DE102016200726A1

DE102016200726A1 - Brennkraftmaschine mit einem Riementrieb und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016200726A1
Application number: DE102016200726.2A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kindl; Andreas Kuske; Jörg Kemmerling; Vanco Smiljanovski; Franz Arnd Sommerhoff; Hanno Friederichs
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2017-07-20
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: DE102016200726B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (1a) und einem Riementrieb (6), der neben einem Riemen (6a) als Zugmittel ein auf der Kurbelwelle (1a) angeordnetes erstes Rad (1) sowie ein zweites Rad (2), das auf einer Welle einer riementriebzugehörigen Startvorrichtung (2a) angeordnet ist, umfasst, wobei der Riemen (6a) um das erste Rad (1) sowie das zweite Rad (2) geführt ist. Es soll eine Brennkraftmaschine der genannten Art bereitgestellt werden, die hinsichtlich des Startens und Neustartens verbessert ist. Erreicht wird dies mit einer Brennkraftmaschine, die dadurch gekennzeichnet ist, dass – das erste Rad (1) ein in eine Drehrichtung freilaufendes Rad (1) ist, welches freiläuft, wenn die Drehzahl nwheel des ersten Rades (1) größer ist als die Drehzahl ncrankshaft der Kurbelwelle (1a), – ein Drehmomentwandler (4) vorgesehen ist, wobei mittels Reibflüssigkeit ein Drehmoment von einer mit dem ersten Rad (1) drehfest verbundenen ersten antreibenden Wandlerkomponente (4a) auf eine mit der Kurbelwelle (1a) drehfest verbundene zweite angetriebene Wandlerkomponente (4b) übertragbar ist, und – keine weitere Startvorrichtung vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einem Riementrieb, der neben einem Riemen als Zugmittel ein auf der Kurbelwelle angeordnetes erstes Rad sowie ein zweites Rad, das auf einer Welle einer riementriebzugehörigen Startvorrichtung angeordnet ist, umfasst, wobei der Riemen um das erste Rad sowie das zweite Rad geführt ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, und Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
Ein Riementrieb der eingangs genannten Art wird beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verwendet. Dabei wird ein Teil der von der Brennkraftmaschine durch die chemische Umsetzung des Kraftstoffes gewonnenen Leistung genutzt, um die für den Betrieb der Brennkraftmaschine und des Kraftfahrzeuges erforderlichen Nebenaggregate, insbesondere die Einspritzpumpe, die Ölpumpe, die Kühlmittelpumpe, die Lichtmaschine und dergleichen oder die für die Steuerung der Ventile erforderlichen Nockenwellen eines Ventiltriebs anzutreiben.
Für den Antrieb werden neben Riementrieben auch Kettentriebe verwendet, bei denen anstelle des Riemens eine Kette als Zugmittel verwendet wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Riementrieb betrachtet.
Der Riementrieb soll unter möglichst geringen Energieverlusten und mit möglichst wenig Wartungsaufwand durch Nachspannen ein großes Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nebenaggregate, beispielsweise die Lichtmaschine und die Wasserpumpe, übertragen. Häufig wird dabei der Antrieb mehrerer Nebenaggregate in einem Riementrieb zusammengefasst.
Um den Riemen unter Spannung zu halten und damit einen möglichst sicheren und verschleißfreien Antrieb zu gewährleisten, wird regelmäßig eine Spanneinrichtung vorgesehen, welche den Riemen unter Spannung hält. Spanneinrichtungen machen ein Nachspannen im Rahmen von Instandhaltungsmaßnahmen, beispielsweise einer Inspektion, entbehrlich, weshalb die Wartungsintervalle vergrößert werden können.
Dennoch gibt es weitere Aspekte und Effekte, die im Zusammenhang mit dem Einsatz von Riementrieben bei Brennkraftmaschinen zu berücksichtigen sind.
Zunehmend häufig werden Riementriebe der beschriebenen Art nämlich mit einer sogenannten riementriebzugehörigen Startvorrichtung ausgestattet. Die riementriebzugehörige Startvorrichtung wird nach dem Stand der Technik zusätzlich zu einem herkömmlichen Starter, d. h. Anlasser, vorgesehen, um den Neustart der Brennkraftmaschine via Riementrieb zu initiieren bzw. zu ermöglichen.
Das Neustarten der Brennkraftmaschine gewinnt zunehmend an Bedeutung, da man bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ständig bemüht ist, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, und ein Konzept zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs darin besteht, die Brennkraftmaschine abzuschalten, wenn kein momentaner Leistungsbedarf vorliegt, anstatt diese im Leerlauf weiter zu betreiben (Start-Stop-Strategie). In der Praxis bedeutet dies, dass zumindest bei Fahrzeugstillstand die Brennkraftmaschine abgeschaltet wird, d. h. außer Betrieb befindlich ist, d. h. unbefeuert ist. Ein Anwendungsfall ist der Stop-and-Go-Verkehr, wie er sich beispielsweise im Stau auf Autobahnen und Landstraßen einstellt. Im innerstädtischen Verkehr ist der Stop-and-Go-Verkehr infolge der vorhandenen und nicht aufeinander abgestimmten Ampelanlagen sowie des gestiegenen Verkehrsaufkommens nicht mehr die Ausnahme, sondern sogar die Regel.
Soll die Brennkraftmaschine bei fehlender Leistungsanforderung zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs abgeschaltet werden, ist es erforderlich, die abgeschaltete Brennkraftmaschine wieder zu starten, d. h. neu zu starten. Dabei ist das Neustarten, d. h. das Wiederstarten einer kürzlich noch in Betrieb befindlichen, mehr oder weniger aufgeheizten Brennkraftmaschine deutlich von dem Starten einer kalten, nicht aufgeheizten Brennkraftmaschine, d. h. einem Kaltstart zu unterscheiden.
Denn das Drehmoment bzw. Antriebsmoment, welches beim Starten mittels Startvorrichtung in die Kurbelwelle einzubringen ist, damit die Kurbelwelle sich dreht, ist bei einer wenig aufgeheizten bzw. kalten Brennkraftmaschine deutlich größer als bei einer aufgeheizten Brennkraftmaschine. Das Losbrechmoment, bei dem die Kurbelwelle in Drehung versetzt wird, ist nämlich infolge der erhöhten Reibung bei einer wenig aufgeheizten bzw. kalten Brennkraftmaschine deutlich größer als bei einer aufgeheizten Brennkraftmaschine.
Riementriebzugehörige Startvorrichtungen werden nach dem Stand der Technik ausschließlich zum Neustarten der Brennkraftmaschine eingesetzt, d. h. genutzt, da diese Startvorrichtungen kein ausreichend großes Antriebsmoment via Riemen in die Kurbelwelle einleiten können, um die Kurbelwelle einer kalten bzw. nicht genügend aufgeheizten Brennkraftmaschine in Drehung zu versetzen. Daher muss nach dem Stand der Technik zusätzlich zu einer riementriebzugehörigen Startvorrichtung grundsätzlich ein herkömmlicher Starter, d. h. Anlasser, vorgesehen werden, um den Kaltstart der nicht aufgeheizten Brennkraftmaschine zu gewährleisten bzw. zu ermöglichen.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich des Startens und Neustartens verbessert ist.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einem Riementrieb, der neben einem Riemen als Zugmittel ein auf der Kurbelwelle angeordnetes erstes Rad sowie ein zweites Rad, das auf einer Welle einer riementriebzugehörigen Startvorrichtung angeordnet ist, umfasst, wobei der Riemen um das erste Rad sowie das zweite Rad geführt ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass

– das erste Rad unter Verwendung eines Freilauflagers auf der Kurbelwelle gelagert ist, wobei das erste Rad ein in eine Drehrichtung freilaufendes Rad ist, welches freiläuft, wenn die Drehzahl n_wheel des ersten Rades größer ist als die Drehzahl n_crankshaft der Kurbelwelle,
– ein Drehmomentwandler vorgesehen ist, der eine mit dem ersten Rad drehfest verbundene erste antreibende Wandlerkomponente und eine mit der Kurbelwelle drehfest verbundene zweite angetriebene Wandlerkomponente umfasst, wobei mittels Reibflüssigkeit ein Drehmoment von der ersten antreibenden Wandlerkomponente auf die zweite angetriebene Wandlerkomponente bei Vergrößerung dieses Drehmoments übertragbar ist, wenn die Drehzahl n_wheel des ersten Rades größer ist als die Drehzahl n_crankshaft der Kurbelwelle, und
– keine weitere Startvorrichtung vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verfügt über einen Drehmomentwandler, der im Kraftfluss zwischen der riementriebzugehörigen Startvorrichtung und der Kurbelwelle angeordnet ist und während des Startens bzw. des Neustartens das von der riementriebzugehörigen Startvorrichtung in den Riementrieb eingebrachte Drehmoment bzw. Antriebsmoment beim Überleiten in die Kurbelwelle verstärkt, d. h. vergrößert.
Der mittels Drehmomentwandler erzielte Effekt, nämlich die Vergrößerung des von der Startvorrichtung bereitgestellten Antriebsmoments beim Überleiten in die Kurbelwelle, schafft die notwendige Voraussetzung, um die Kurbelwelle einer wenig aufgeheizten bzw. kalten Brennkraftmaschine mittels einer riementriebzugehörigen Startvorrichtung in Drehung zu versetzen. Die riementriebzugehörige Startvorrichtung kann in Zusammenwirken mit dem Drehmomentwandler ein größeres Antriebsmoment an der Kurbelwelle bereitstellen, welches größer ist als das Losbrechmoment einer wenig aufgeheizten bzw. kalten Brennkraftmaschine und somit ausreichend groß, um eine kalte Brennkraftmaschine zu starten.
Erfindungsgemäß kann die riementriebzugehörige Startvorrichtung folglich nicht nur zum Neustarten, sondern auch zum normalen Starten der Brennkraftmaschine eingesetzt und genutzt werden, so dass grundsätzlich kein zusätzlicher Starter vorgesehen werden muss, um die kalte, nicht aufgeheizte Brennkraftmaschine zu starten. Es ergeben sich erhebliche Kostenvorteile, aber auch Vorteile hinsichtlich des Packagings der Antriebseinheit.
Um die notwendigen konstruktiven Voraussetzungen zu schaffen, muss der Riementrieb dahingehend modifiziert werden, dass das erste Rad mittels Freilauflager auf der Kurbelwelle gelagert ist.
Das erste Rad ist erfindungsgemäß ein in eine Drehrichtung freilaufendes Rad, wobei diese eine Drehrichtung der Drehrichtung der Kurbelwelle bei befeuerter Brennkraftmaschine entspricht und das erste Rad freiläuft, wenn die Drehzahl n_wheel des ersten Rades größer ist als die Drehzahl n_crankshaft der Kurbelwelle.
Wird nun ausgehend von einer stillstehenden Kurbelwelle beim Starten bzw. Neustarten ein Drehmoment von der riementriebzugehörigen Startvorrichtung in den Riementrieb eingeleitet, dreht das erste Rad frei auf der Kurbelwelle. Aufgrund der Drehzahldifferenz ∆n = n_wheel – n_crankshaft zwischen dem ersten Rad und der Kurbelwelle arbeitet der Drehmomentwandler, wobei der Wandler das von der riementriebzugehörigen Startvorrichtung bereitgestellte Drehmoment verstärkt. Das an der Kurbelwelle zur Verfügung gestellte vergrößerte Drehmoment versetzt die Kurbelwelle in Drehung, sobald dieses Moment größer ist als das Losbrechmoment der Kurbelwelle.
Nach dem Starten bzw. Neustarten der Brennkraftmaschine wird die riementriebzugehörige Startvorrichtung deaktiviert und die Kurbelwelle der befeuerten Brennkraftmaschine bringt via erstem Rad ein Antriebsmoment in den Riementrieb ein und treibt auf diese Weise den Riementrieb an. Die Kurbelwelle nimmt nun das erste Rad mit, da bzw. solange die Drehzahl n_crankshaft der Kurbelwelle nicht kleiner ist als die Drehzahl n_wheel des ersten Rades, d. h. solange gilt: n_crankshaft ≥ n_wheel. Aufgrund der fehlenden Drehzahldifferenz ∆n zwischen dem ersten Rad und der Kurbelwelle arbeitet der Drehmomentwandler nicht.
Erfindungsgemäß ist die Brennkraftmaschine mit keiner weiteren Startvorrichtung ausgestattet. Die riementriebzugehörige Startvorrichtung kann zum Starten der kalten, nicht aufgeheizten Brennkraftmaschine genutzt werden, so dass kein Bedarf für einen zusätzlichen Starter bzw. herkömmlichen Anlasser besteht.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, die hinsichtlich des Startens und Neustartens verbessert ist. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden in Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die riemenzugehörige Startvorrichtung auch als Generator betreibbar ist, der Leistung aufnimmt. Die riemenzugehörige Startvorrichtung stellt eine Elektromaschine dar, die grundsätzlich die Möglichkeit für einen Generatorbetrieb bietet.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Generator als Lichtmaschine verwendbar ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Batterie vorgesehen ist, welche elektrische Energie speichert und liefert.
Vorliegend kann die riemenzugehörige Startvorrichtung auch als Generator dienen bzw. verwendet werden. Dann dient die Startvorrichtung nach dem Starten beispielsweise als Lichtmaschine, wobei das auf der Welle der Startvorrichtung angeordnete zweite Rad dann ein im Riementrieb befindliches angetriebenes Rad ist.
Vorzugsweise wird die riemenzugehörige Startvorrichtung als Generator betrieben, wenn der Riementrieb als Antrieb nicht benötigt wird, beispielsweise im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine, oder falls eine vorgesehene Batterie einen vorgebbaren Mindestladezustand unterschreitet. Die Elektromaschine bzw. Startvorrichtung dient dann der Energierückgewinnung, wodurch die Bemühungen unterstützt werden, den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zu senken.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein weiteres angetriebenes Rad, das auf einer Welle eines Nebenaggregats angeordnet ist, im Riementrieb vorgesehen ist, wobei der Riemen um das erste Rad und das zweite Rad sowie das mindestens eine weitere angetriebene Rad geführt ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine Nebenaggregat eine Wasserpumpe, eine Ölpumpe, eine Kühlmittelpumpe, eine Lichtmaschine oder eine Hydraulikpumpe ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein zu einer Spanneinrichtung gehörendes bewegliches Spannmittel vorgesehen ist, welches mittels Feder kraftbeaufschlagt und unter Ausbildung einer Kontaktzone in den Riemen eingreift, um den Riemen zwecks Spannen entlang seiner Längsachse mit Zugkräften zu beaufschlagen.
An geeigneter Stelle des Riementriebes wird eine Spanneinrichtung vorgesehen, welche den Riemen durch Eingreifen quer zur Laufrichtung mit einer Kraft beaufschlagt, so dass der Riemen ständig unter Spannung steht und gehalten wird. Dies ist für die sichere Übertragung eines genügend großen Drehmomentes bzw. Antriebsmomentes unumgänglich, insbesondere um einen Schlupf des Riemens zu vermeiden, d. h. einen schlupffreien Antrieb zu gewährleisten.
Der Verschleiß des Riemens ist ein kontinuierlicher Vorgang, der sich unter anderem dadurch bemerkbar macht, dass sich die Länge des Riemens kontinuierlich vergrößert. Eine Spanneinrichtung der beschriebenen Art reagiert auf diese verschleißbedingte Längenänderung des Riemens während des Betriebes ständig und hält den Riemen trotz Längenänderung weiter unter Spannung.
Vorteilhaft können Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen die Spanneinrichtung eine passive Spanneinrichtung ist.
Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Spanneinrichtung eine aktive Spanneinrichtung ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die aktive Spanneinrichtung eine elektro-hydraulische Spanneinrichtung ist. Die aktive Spanneinrichtung kann aber auch als pneumatische, mechanische oder piezoelektrische Spanneinrichtung ausgebildet sein.
Eine elektro-hydraulische Spanneinrichtung umfasst ein bewegliches Spannmittel, beispielsweise ein Rad, das drehbar von einem verschwenkbaren Hebel aufgenommen wird, der an einem Ende motorfest gelagert und an seinem anderen frei verschwenkbaren Ende mit einer Federstange verbunden ist. Die translatorisch verschiebbare Federstange nimmt eine Feder auf, die das Spannmittel bzw. Rad in der Art kraftbeaufschlagt, dass das Spannmittel bzw. Rad unter Ausbildung einer Kontaktzone in den Riemen eingreift und den Riemen spannt. Die translatorisch verschiebbare Federstange wird in einem Gehäuse der Spanneinrichtung gelagert, wobei in dem Gehäuse mindestens zwei Hydraulikkammern vorgesehen sind, die via einem Rückschlagventil und einem elektromagnetischen Ventil verbindbar sind. Das Rückschlagventil lässt den Fluss des Hydrauliköls nur in eine Richtung zu, nämlich von einer ersten Hydraulikkammer in eine zweite Hydraulikkammer, die federstangenseitig angeordnet ist und die Federstange kraftbeaufschlagt. Das elektromagnetische Ventil hingegen lässt sowohl einen Fluss des Hydrauliköls von der ersten Hydraulikkammer in die zweite Hydraulikkammer zu als auch umgekehrt.
Eine elektro-hydraulische Spanneinrichtung der vorstehend beschriebenen Art kann in der Weise angesteuert werden, dass einer Kompression der Feder zumindest entgegen gewirkt wird, vorzugsweise eine Kompression der Feder völlig verhindert wird. Hierzu ist lediglich das elektromagnetische Ventil zu schließen bzw. geschlossen zu halten, wobei bereits eine minimale Kompressibilität des Hydrauliköls und Leckagen eine kleinere ungewollte Kompression der Feder zulassen bzw. unvermeidlich machen.
Die vom Hydrauliköl kraftbeaufschlagte Federstange kann dann vorzugsweise nicht in das Gehäuse eintauchen. Eine Kompression der Feder und damit eine Bewegung des Spannmittels unter Belastung des Riemens ist nicht möglich bzw. wird erschwert. Die Federstange kann hingegen bei gleichzeitiger Expansion der Feder translatorisch verschoben werden, wobei Hydrauliköl via Rückschlagventil von der ersten Hydraulikkammer in die zweite Hydraulikkammer strömt. Das Spannmittel bzw. Rad rückt dabei weiter in den Riemen, wodurch der Riemen gespannt wird.
Wird die Brennkraftmaschine bei fehlender Leistungsanforderung zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs abgeschaltet, kann eine aktive – beispielsweise elektrohydraulische – Spanneinrichtung in der Weise angesteuert werden, dass eine Kompression der Feder verhindert wird und der Riemen durch weiteres Einrücken des Spannmittels gespannt wird.
Dies erfolgt in vorausschauender Vorbereitung des Neustarts, der eine ausreichende Mindestspannung im Riemen erfordert, um die Brennkraftmaschine unter Verwendung der riementriebzugehörigen Startvorrichtung zu starten bzw. neu zu starten.
Wird die Brennkraftmaschine hingegen unkontrolliert abgeschaltet, ist ein vorausschauendes vorbereitendes Spannen des Riemens infolge der Unvorhersehbarkeit des Ereignisses nicht möglich. Dann wird die aktive Spanneinrichtung bei außer Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine in der Weise angesteuert, dass der Riemen des Riementriebs gespannt wird. Hierzu wird der Riemen unter Verwendung der Startvorrichtung in der Kontaktzone zum Spannmittel zu Schwingungen angeregt, so dass das mittels Feder kraftbeaufschlagte Spannmittel infolge einer Expansion der Feder weiter in Richtung des Riemens bewegt wird, wodurch der Riemen gespannt wird. Vorzugsweise wird die aktive Spanneinrichtung vorher in der Weise angesteuert, dass einer Kompression der Feder zumindest entgegen gewirkt wird, so dass eine Bewegung des Spannmittels unter Belastung des Riemens zumindest erschwert wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine Spannmittel ein linear bewegliches Spannmittel ist.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen das mindestens eine Spannmittel ein auf einem Kreisbogen bewegliches Spannmittel ist.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Spanneinrichtung einen drehbar gelagerten Hebel umfasst, welcher der Aufnahme des mindestens einen Spannmittels dient.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine bewegliche Spannmittel eine bewegliche, vorzugsweise drehbar gelagerte Spannrolle ist. Idealerweise ist die Relativgeschwindigkeit zwischen Rolle und Riemen bei umlaufendem Riementrieb gleich Null.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen das mindestens eine bewegliche Spannmittel ein leistenartig ausgebildetes Spannelement ist.
Vorteilhaft sind grundsätzlich Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Spanneinrichtung mitsamt Spannmittel auch als Führungseinrichtung für den Riemen dient.
Dann hat die Spanneinrichtung eine Doppelfunktion der Art, dass sie den Riemen führt und gleichzeitig mit einer Querkraft beaufschlagt. Die Spanneinrichtung kann hierzu modular aufgebaut sein, d. h. separate Führungsmittel umfassen, aber auch einteilig ausgebildet sein.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die im Drehmomentwandler verwendete Reibflüssigkeit Öl ist.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die im Drehmomentwandler verwendete Reibflüssigkeit Silikonöl oder dergleichen ist.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine einer vorstehend beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zum Starten der Brennkraftmaschine

– die Startvorrichtung aktiviert wird, um ein Drehmoment in den Riementrieb einzubringen, welches das erste Rad antreibt, wobei der Drehmomentwandler aufgrund eines Drehzahlunterschieds ∆n = n_wheel – n_crankshaft zwischen dem ersten Rad und der Kurbelwelle ein vergrößertes Drehmoment auf die Kurbelwelle überträgt, welches größer ist als ein Losbrechmoment, bei dem die Kurbelwelle in Drehung versetzt wird, so dass die Kurbelwelle rotiert.

Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemachten Ausführungen. Die verschiedenen Brennkraftmaschinen erfordern teils unterschiedliche Verfahrensvarianten.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Startvorrichtung wieder deaktiviert wird, sobald eine vorgebbare Mindestzeitspanne erreicht wird.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Startvorrichtung wieder deaktiviert wird, sobald die Kurbelwelle eine vorgebbare Anzahl an Umdrehungen absolviert hat.
Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Startvorrichtung wieder deaktiviert wird, sobald die Brennkraftmaschine befeuert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des Riementriebs einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine und gemäß den 1a und 1b näher erläutert. Hierbei zeigt:
1a schematisch den Riementrieb einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine in der Seitenansicht, und
1b schematisch ein Fragment des in 1a dargestellten Riementriebs mit Kurbelwelle, erstem Rad und Drehmomentwandler.
1a zeigt schematisch den Riementrieb 6 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine in der Seitenansicht.
Der Riementrieb 6 umfasst neben dem Riemen 6a als Zugmittel ein auf der Kurbelwelle 1a angeordnetes erstes Rad 1 sowie ein zweites Rad 2, das auf einer Welle einer riementriebzugehörigen Startvorrichtung 2a angeordnet ist, wobei der Riemen 6a um das erste Rad 1 sowie das zweite Rad 2 geführt ist.
Vorliegend kann die riemenzugehörige Startvorrichtung 2a nach dem Starten bzw. Neustarten der Brennkraftmaschine auch als Generator 3 verwendet werden und als Lichtmaschine 3a dienen. Das auf der Welle der Startvorrichtung 2a angeordnete zweite Rad 2 ist dann nicht wie beim Starten ein antreibendes Rad 2, sondern ein vom Riementrieb 6 angetriebenes Rad 2.
Vorliegend ist das erste Rad 1 unter Verwendung eines Freilauflagers 5 auf der Kurbelwelle 1a gelagert. Das erste Rad 1 ist ein in eine Drehrichtung freilaufendes Rad 1, welches freiläuft, wenn die Drehzahl n_wheel des ersten Rades 1 größer ist als die Drehzahl n_crankshaft der Kurbelwelle 1a.
1b zeigt schematisch ein Fragment des in 1a dargestellten Riementriebs 6 mit Kurbelwelle 1a, Freilauflager 5, erstem Rad 1 und Drehmomentwandler 4.
Der Drehmomentwandler 4 umfasst eine mit dem ersten Rad 1 drehfest verbundene erste antreibende Wandlerkomponente 4a und eine mit der Kurbelwelle 1a drehfest verbundene zweite angetriebene Wandlerkomponente 4b. Mittels einer Reibflüssigkeit lässt sich ein Drehmoment von der ersten antreibenden Wandlerkomponente 4a auf die zweite angetriebene Wandlerkomponente 4b und damit von der Startvorrichtung 2a auf die Kurbelwelle 1a übertragen, wenn die Drehzahl n_wheel des ersten Rades 1 größer ist als die Drehzahl n_crankshaft der Kurbelwelle 1a. Dabei wird das Drehmoment verstärkt, d. h. vergrößert.
Bezugszeichenliste

1: erstes Rad
1a: Kurbelwelle
2: zweites Rad
2a: Startvorrichtung
3: Generator
3a: Lichtmaschine
4: Drehmomentwandler
4a: erste antreibende Wandlerkomponente
4b: zweite angetriebene Wandlerkomponente
5: Freilauflager
6: Riementrieb
6a: Riemen
n_wheel: Drehzahl des ersten Rades
n_crankshaft: Drehzahl der Kurbelwelle

Claims

Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (1a) und einem Riementrieb (6), der neben einem Riemen (6a) als Zugmittel ein auf der Kurbelwelle (1a) angeordnetes erstes Rad (1) sowie ein zweites Rad (2), das auf einer Welle einer riementriebzugehörigen Startvorrichtung (2a) angeordnet ist, umfasst, wobei der Riemen (6a) um das erste Rad (1) sowie das zweite Rad (2) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Rad (1) unter Verwendung eines Freilauflagers (5) auf der Kurbelwelle (1a) gelagert ist, wobei das erste Rad (1) ein in eine Drehrichtung freilaufendes Rad (1) ist, welches freiläuft, wenn die Drehzahl n_wheel des ersten Rades (1) größer ist als die Drehzahl n_crankshaft der Kurbelwelle (1a), – ein Drehmomentwandler (4) vorgesehen ist, der eine mit dem ersten Rad (1) drehfest verbundene erste antreibende Wandlerkomponente (4a) und eine mit der Kurbelwelle (1a) drehfest verbundene zweite angetriebene Wandlerkomponente (4b) umfasst, wobei mittels Reibflüssigkeit ein Drehmoment von der ersten antreibenden Wandlerkomponente (4a) auf die zweite angetriebene Wandlerkomponente (4b) bei Vergrößerung dieses Drehmoments übertragbar ist, wenn die Drehzahl n_wheel des ersten Rades (1) größer ist als die Drehzahl n_crankshaft der Kurbelwelle (1a), und – keine weitere Startvorrichtung vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die riemenzugehörige Startvorrichtung (2a) auch als Generator (3) betreibbar ist, der Leistung aufnimmt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Batterie vorgesehen ist, welche elektrische Energie speichert und liefert.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres angetriebenes Rad, das auf einer Welle eines Nebenaggregats angeordnet ist, im Riementrieb (6) vorgesehen ist, wobei der Riemen (6a) um das erste Rad (1) und das zweite Rad (2) sowie das mindestens eine weitere angetriebene Rad geführt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Nebenaggregat eine Wasserpumpe, eine Ölpumpe, eine Kühlmittelpumpe, eine Lichtmaschine oder eine Hydraulikpumpe ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zu einer Spanneinrichtung gehörendes bewegliches Spannmittel vorgesehen ist, welches mittels Feder kraftbeaufschlagt und unter Ausbildung einer Kontaktzone in den Riemen (6a) eingreift, um den Riemen (6a) zwecks Spannen entlang seiner Längsachse mit Zugkräften zu beaufschlagen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung eine aktive Spanneinrichtung ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine bewegliche Spannmittel eine bewegliche Spannrolle ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Drehmomentwandler (4) verwendete Reibflüssigkeit Öl ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die im Drehmomentwandler (4) verwendete Reibflüssigkeit Silikonöl ist.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Starten der Brennkraftmaschine – die Startvorrichtung (2a) aktiviert wird, um ein Drehmoment in den Riementrieb (6) einzubringen, welches das erste Rad (1a) antreibt, wobei der Drehmomentwandler (4) aufgrund eines Drehzahlunterschieds ∆n = n_wheel – n_crankshaft zwischen dem ersten Rad (1) und der Kurbelwelle (1a) ein vergrößertes Drehmoment auf die Kurbelwelle (1a) überträgt, welches größer ist als ein Losbrechmoment, bei dem die Kurbelwelle (1a) in Drehung versetzt wird, so dass die Kurbelwelle (1a) rotiert.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung (2a) wieder deaktiviert wird, sobald eine vorgebbare Mindestzeitspanne erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung (2a) wieder deaktiviert wird, sobald die Kurbelwelle (1a) eine vorgebbare Anzahl an Umdrehungen absolviert hat.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung (2a) wieder deaktiviert wird, sobald die Brennkraftmaschine befeuert wird.