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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung beinhaltet im Allgemeinen ein System zur Dämpfung der Schwingung während des Übertragens von Drehmoment, wie etwa eine Drehmomentwandlerkonstruktion.
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HINTERGRUND
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Ein Drehmomentwandler ist eine hydrodynamische Einheit, die das Drehmoment zwischen einem Motor und einem Getriebe überträgt und das Entkoppeln des Motors und Getriebes ermöglicht. Der Drehmomentwandler beinhaltet im Allgemeinen einen Drehmomentwandler-Pumpabschnitt (Antriebselement), einen Turbinenabschnitt (angetriebenes Element) und einen Statorabschnitt, die in einem Gehäuse gefüllt mit Hydraulikflüssigkeit angeordnet sind. Der Drehmomentwandler-Pumpabschnitt dreht sich mit einer Kurbelwelle eines Motors. Der Turbinenabschnitt ist normalerweise an eine Getriebe-Antriebswelle verbunden. Eine Flüssigkeitskupplung des Turbinenabschnitts und des Pumpabschnitts kann erzielt werden, um das Drehmoment durch den Drehmomentwandler zu übertragen. Bei relativ niedrigem Verhältnis der Geschwindigkeit des Turbinenabschnitts zur Geschwindigkeit des Pumpabschnitts, bewirkt die Neuausrichtung von Hydraulikflüssigkeit innerhalb des Drehmomentwandlers Drehmomentvervielfachung. Eine Drehmomentwandlerkupplung kann angewendet werden, um das Drehmoment mechanisch über den Drehmomentwandler, durch das Umleiten der Flüssigkeitskupplung, zu übertragen. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, die Drehmomentwandlerkupplung bei niedrigster Motorgeschwindigkeit anzuwenden, um die Effizienz zu erhöhen.
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Eine Lösung die Verbrennungsmotor-Schwingungen zu absorbieren, sobald die Drehmomentwandlerkupplung eingestellt ist, sind zentrifugale Pendeldämpfer (CPAs), manchmal als zentrifugale Pendel-Schwingungsdämpfer (CPVAs) bezeichnet, die Pendelmassen beinhalten, die an einen drehbaren Abschnitt des Drehmomentwandlers gesichert sind. Die Pendelmassen schwingen, während sich der drehbare Abschnitt dreht, was Drehmomentschwankungen, die durch Motorbetrieb ausgelöst werden, entgegenwirkt und dadurch die Drehschwingung des drehbaren Abschnitts, wie etwa Schwingungen, die nach Einstellung der Drehmomentwandlerkupplung auftreten können, reduziert. CPVAs können so konstruiert sein, dass die Schwingfrequenz der Pendelmasse mit der Verbrennungsmotorfrequenz für nur einen festgelegten Zündreihenmodus des Motors übereinstimmt. Jedoch können Motoren konstruiert werden, die mehrere Ausführungsarten für höhere Effizienz aufweisen, einschließlich Ausführungsarten, in denen ein oder mehrere Zylinder deaktiviert sind (d. h., kein Zünden oder Arbeiten während des Abschaltvorgangs). Die verschiedenen Ausführungsarten erzeugen eine Vielzahl von Schwingungsmustern, die verwaltet werden müssen.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein System zum Dämpfen von Schwingungen und Übertragen von Drehmoment von einer drehbaren Energiequelle auf eine drehbare Last, beinhaltet ein drehbares Antriebselement, das zum Antrieb durch die Energiequelle als Eingabe konfiguriert ist. Das System beinhaltet ein drehbares angetriebenes Element, das zum Antrieb durch das Antriebselement über eine Flüssigkeitskupplung mit dem Antriebselement konfiguriert ist. Das System weist weiterhin eine drehbare Komponente auf, die als Auslass zum Antrieb der Last konfiguriert ist und einen zentrifugalen Pendeldämpfer, der an der drehbaren Komponente befestigt ist. Ein erstes elastisches Element verbindet das angetriebene Element mit der drehbaren Komponente.
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Das System kann auch ein zweites elastisches Element mit der drehbaren Komponente und eine Kupplung beinhalten, die gezielt zuschaltbar ist, um das Antriebselement an das zweite elastische Element in einer Ausführungsform sowie die drehbare Komponente in einer anderen Ausführungsform zu verbinden, wodurch ein Drehmomentweg von der Energiequelle zur Last über das zweite elastische Element und die drehbare Komponente mit dem zentrifugalen Pendeldämpfer darin bereitgestellt wird, wenn die Kupplung eingestellt ist. Dieser Drehmomentweg leitet die Flüssigkeitskupplung zwischen dem Antriebselement und dem angetriebenen Element um.
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Eine elektronische Steuerung kann funktionsfähig mit der Kupplung verbunden und so konfiguriert sein, dass sie den Einsatz der Kupplung unter vorgegebenen Betriebsbedingungen regelt. Beispielsweise unter Bedingungen, bei denen Drehmomentvervielfachung nicht erforderlich ist und die Flüssigkeitskupplung die Betriebseffizienz verringert, kann die Kupplung eingestellt werden. Das zweite elastische Element wird etwas Schwingungsdämpfung bereitstellen. Dieser zentrifugale Pendeldämpfer und das angetriebene Element (über dem ersten elastischen Element) funktionieren auch zusammen, um Schwingung der drehbaren Komponente aufzunehmen und damit auch aus der angetriebenen Last, die mit der drehbaren Komponente verbunden ist.
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In einer Ausführungsform ist mindestens eines der ersten elastischen Elemente und das zweite elastische Element ist eine Schraubenfeder. Beispielsweise kann das zweite elastische Element mehrere Schraubenfedern aufweisen, die sich jeweils bogenförmig um eine Drehachse der drehbaren Komponente befinden und kann in Reihe oder mehreren Reihen angebracht sein. Weitere Dämpfungs- und Komponenten der Schwingungsdämpfung können in Reihe oder parallel zum System zwischen der Energiequelle und der Last angebracht sein, wie etwa in Reihe oder parallel zum ersten elastischen Element.
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Das System kann für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs oder ein nicht-automobiles Fahrzeug, wie etwa ein Landfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Luftfahrzeug usw., angewendet werden. Es ist weiterhin wünschenswert, dass das System Geräte, Baumaschinen, Gartengeräte usw., anstatt von Fahrzeugen, umfasst.
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Das angetriebene Element absorbiert somit dynamisch Drehschwingung der drehbaren Komponente über das erste elastische Element. Beispielsweise kann das erste elastische Element konfiguriert sein, Drehschwingung der drehbaren Komponente bei einer vorgegebenen Schwingungsfrequenz der drehbaren Komponente zu trennen. Dieser zentrifugale Pendeldämpfer dämpft im Gegensatz dazu Drehschwingungen über einen gesamten Bereich von Winkelfrequenzen der drehbaren Komponente, wenn sie für eine bestimmte Ausführungsart des Motorbetriebs eingestellt ist. -Eine Spitzenamplitude der drehbaren Komponente wird verringert, indem der zentrifugale Pendelabsorber verwendet wird. Dadurch kann eine Verriegelung der Kupplung bei niedriger Winkelfrequenz des angetriebenen Elements aktivieren, was die Kraftstoffeffizienz in einer Fahrzeugantriebsstrang-Anmeldung erhöht. Zusätzlich kann durch Verwendung sowohl des zentrifugalen Pendeldämpfers und des angetriebenen Elements mit dem ersten elastischen Element mit der drehbaren Komponente, die Masse des zentrifugalen Pendeldämpfers kleiner sein, als wenn nur ein zentrifugaler Pendeldämpfer verwendet wurde, um das gleiche Schwingungsleistungsziel zu erzielen.
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In einem Beispiel einer Fahrzeuganmeldung ist eine Drehmomentwandlerkonstruktion zum Absorbieren von Schwingungen und Übertragen von Drehmoment vom Motor-Abtriebselement an ein Getriebe-Antriebselement konfiguriert. Die Drehmomentwandlerkonstruktion beinhaltet einen Pumpabschnitt, der zum Antrieb durch das Motor-Abtriebselement konfiguriert ist, einen Turbinenabschnitt, der zum Antrieb durch den Pumpabschnitt (über eine Flüssigkeitskupplung des Pumpabschnitts mit dem Turbinenabschnitt) konfiguriert ist und eine drehbare Komponente, die zum Antrieb des Getriebe-Antriebselements als Auslass konfiguriert ist. Ein zentrifugaler Pendeldämpfer ist mit der drehbaren Komponente verbunden und ein erstes elastisches Element verbindet den Turbinenabschnitt der drehbaren Komponente, wodurch der Turbinenabschnitt die Drehschwingung der drehbaren Komponente über das erste elastische Element im Zusammenwirken mit dem zentrifugalen Pendeldämpfer dynamisch absorbiert, wenn eine Kupplung zur Drehmomentübertragung vom Pumpabschnitt an die drehbare Komponente eingestellt ist.
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Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren gehen aus der folgenden ausführliche Beschreibung der bestmöglichen praktischen Ausführungsart der vorliegenden Lehren in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang, der eine Drehmomentwandlerkonstruktion beinhaltet.
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2 ist eine schematische Darstellung der Drehmomentwandlerkonstruktion, die im Antriebsstrang von 1 beinhaltet ist, angeordnet, zur Veranschaulichung der Stromwege des Drehmoments.
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3 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts der Drehmomentwandlerkonstruktion aus 2.
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4 ist eine schematische Darstellung eines anderen Abschnitts der Drehmomentwandlerkonstruktion aus 2.
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5 ist ein Diagramm der Drehschwingungen in Dezibel (dB) an ein Getriebe-Abtriebselement des Antriebsstrangs gegenüber der Frequenz in Herz (Hz) der Motorzündungsschwingung auf der horizontalen Achse.
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6 ist ein Diagramm eines Effektivwerts der Geschwindigkeit der Schwingung in Umdrehungen pro Minute (U/min) des Getriebe-Abtriebselement gegenüber der Motorgeschwindigkeit in Umdrehungen pro Minute (U/min) für den Antriebsstrang von 1, das die Drehmomentwandlerkonstruktion beinhaltet und ein Diagramm eines Effektivwerts der Geschwindigkeit der Schwingung in Umdrehungen pro Minute (U/min) gegenüber Motorgeschwindigkeit in Umdrehungen pro Minute (U/min) für eine herkömmliche Drehmomentwandlerkonstruktion darstellt.
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7 ist ein Diagramm eines Effektivwerts der Geschwindigkeit der Schwingung in Umdrehungen pro Minute (U/min) des Getriebe-Abtriebselement gegenüber der Motorgeschwindigkeit in Umdrehungen pro Minute (U/min) für den Antriebsstrang von 1 im Vergleich zu anderen Konfigurationen.
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8 ist eine schematische Darstellung eines Vierzylinder-Reihenmotors in einer Vierzylinder-Ausführungsart.
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9 ist ein Diagramm eines Drehmoments am Motor-Abtriebselement der 2 gegenüber dem Kurbelwinkel des Motors für den Motor in der Vierzylinder-Ausführungsart der 8.
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10 ist eine schematische Darstellung der 8 in einer Zweizylinder-Ausführungsart.
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11 ist ein Diagramm eines Drehmoments am Motor-Abtriebselement der 2 gegenüber dem Kurbelwinkel des Motors für den Motor in der Zweizylinder-Ausführungsart der 10.
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12 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang, der eine alternative Ausführungsform einer Drehmomentwandlerkonstruktion innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Lehre beinhaltet.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten in den Ansichten beziehen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10, das einen Antriebsstrang 12 aufweist. Der Antriebsstrang 12 ist bedienbar, um Triebkraft für den Antrieb des Fahrzeugs 10 bereitzustellen. Der Antriebsstrang 12 beinhaltet eine Energiequelle 14, wie etwa einen Motor. Der Motor 14 kann jede Art von Motor, wie etwa ein Ottomotor, ein Selbstzündungsmotor oder ein anderer, sein. Außerdem kann der Motor 14 ein beliebiges Layout oder eine beliebige Konfiguration und eine beliebige Anzahl von Zylindern aufweisen. In 8 und 10 ist der Motor 14 exemplarisch als eine Reihe, Vierzylindermotor mit gezielt abschaltbarem Zylinder 26 dargestellt, was dem Motor 14 ermöglicht, entweder über eine Vierzylinder-Ausführungsart oder Zweizylinder-Ausführungsart betrieben zu werden.
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Der Antriebsstrang 12 beinhaltet auch eine Last, die durch die Energiequelle 14 angetrieben wird. Die Last wird durch ein Getriebe 16 repräsentiert. Mit anderen Worten wird ein drehbares Drehmoment an ein Motor-Abtriebselement 18, wie etwa eine Kurbelwelle, an ein Getriebe-Antriebselement 20 übertragen. Das Getriebe 16 ist zum Verändern des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen dem Getriebe-Antriebselement 20 und dem Getriebe-Abtriebselement 22 bedienbar, das das Antriebsdrehmoment für die Fahrzeugräder (nicht dargestellt) bereitstellt. Das Getriebe 16 kann ein Automatikgetriebe, ein Handschaltgetriebe, ein automatisiertes Handschaltgetriebe sein und ein beliebiges Layout oder eine beliebige Konfiguration aufweisen.
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Der Antriebsstrang 12 beinhaltet ein System 24 zum Dämpfen von Schwingungen und Übertragen von Drehmoment von einer drehbaren Energiequelle, wie etwa der Kurbelwelle des Motors 18 auf einer drehbaren Last, wie durch das Getriebe-Antriebselement 20 repräsentiert. In der dargestellten Anmeldung wird das System 24 als Drehmomentwandlerkonstruktion 24 bezeichnet. Es sollte jedoch beachtet werden, dass das System für nicht-automobile und/oder nicht-fahrzeugbezogene Anmeldungen verwendet werden kann, um Schwingungen zu dämpfen und Drehmoment zwischen einer drehbaren Energiequelle und einer drehbaren Last, wie hierin offenbart, zu übertragen. Das System 24 kann für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs oder ein nicht-automobiles Fahrzeug, wie etwa ein Landfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Luftfahrzeug usw., angewendet werden. Es ist weiterhin wünschenswert, dass das System Geräte, Baumaschinen, Gartengeräte usw., anstatt von Fahrzeugen, beinhaltet.
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Drehmoment, das durch eine drehbare Energiequelle erzeugt wird, kann Drehschwingungen aufweisen, wie etwa eine harmonisch variierende Drehzahl, dessen Ausmaß abhängig von der Drehzahl variieren kann. Wie Fachleuten bekannt ist, weist ein Motor 14, der über Verbrennung Drehmoment erzeugt, Drehschwingungen an der Kurbelwelle 18, aufgrund der verteilten Zündfolge in den Motorzylindern, auf. Beispielsweise zeigt 8 den Motor 14 mit Vierzylindern 26, bezeichnet mit A, B, C, D, die jeweils in einer ausgewählten Zündfolge in einer Vierzylinder-Ausführungsart des Betriebs des Motors 14 gezündet werden. Ein Beispiel-Diagramm T1 zeigt das periodische Drehmoment T in Newtonmeter (Nm) an der Kurbelwelle des Motors 18 auf der vertikalen Achse gegenüber der Kurbelwinkeldrehung (CA) auf der horizontalen Achse und wird mit einer 0 bis 720 Grad Drehung eines Viertakt-Zyklus des Motors 14 in 9 dargestellt. Mit anderen Worten variiert das Ausmaß des Drehmoments T1 mit dem Kurbelwinkel (Drehwinkel). Vier Spitzen des Drehmoments werden, gemäß Diagramm T1 mit dem Verbrennungszyklus der vier Zylinder 26 assoziiert.
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Einige moderne Motoren sind in verschiedenen Ausführungsarten bedienbar, bei denen die aktivierte Zylinderzahl, der Ventilhub oder die Ventilzeiteinstellung, in Abhängigkeit von Fahrzeugbetriebsbedingungen, wie etwa zur Erhöhung der Kraftstoffeffizienz, variiert werden kann. Wenn ein Motor in mehr als einer Ausführungsart bedienbar ist, kann ein anderes periodisches Drehmoment an der Kurbelwelle 18 resultieren. Beispielsweise wird der Motor 14 in 10 mit einer Zweizylinder-Ausführungsart, nur mit Zylinder A und D, die in zeitlicher Reihenfolge zünden, und mit den abgeschalteten Zylindern B und C (d. h., nicht betrieben oder gezündet) betrieben. Ein resultierendes exemplarisches Diagramm eines periodischen Drehmoments T2 an der Kurbelwelle des Motors 18 auf der vertikalen Achse gegenüber der Kurbelwinkeldrehung (CA) mit einer 0 bis 720 Grad Drehung über einen Viertakt-Zyklus des Motors 14 ist in 11 dargestellt. Das periodische Drehmoment T2 ist in Ausmaß und Dauer des periodischen Drehmomentes, während der Vierzylinder-Ausführungsart, unterschiedlich. Lediglich zwei Spitzen des periodischen Drehmoments T2 resultieren aus dem Verbrennungszyklus in jedem der beiden aktiven Zylinder A, D.
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Bezugnehmend auf 1–4, verbessert eine Drehmomentwandlerkonstruktion 24 das Management der Schwingungsdämpfung. Die Drehmomentwandlerkonstruktion 24 beinhaltet ein drehbares Antriebselement, hierin auch als Pumpabschnitt 30 bezeichnet, das zum Antrieb durch die Energiequelle (Motor 14) als Eingang konfiguriert ist. Der Pumpabschnitt 30 kann durch den Motor 14 über eine Verbindung zur Motorkurbelwelle 18 angetrieben werden, wie etwa durch ein Schwungrad und eine Flexplatten-Verbindung (nicht dargestellt). Die Drehmomentwandlerkonstruktion 24 beinhaltet ferner ein drehbares Abtriebselement, das im Folgenden als ein Turbinenabschnitt 32 bezeichnet ist, der zum Antrieb durch den Pumpabschnitt 30 über eine Flüssigkeitskupplung 34 des Pumpabschnitts 30 am Turbinenabschnitt 32 konfiguriert ist. Wie Fachleuten hinreichend bekannt ist, kann ein Drehmomentwandler konfiguriert sein, eine Flüssigkeitskupplung eines Pumpabschnitts an einem Turbinenabschnitt, durch die in der Drehmomentwandlerkonstruktion 24 enthaltene Flüssigkeit, herzustellen. Die Drehmomentwandlerkonstruktion 24 weist einen oder mehrere Abdeckabschnitte auf, die die Komponenten zwischen der Kurbelwelle 18 und das Getriebe-Antriebselement 20 umgeben und die Flüssigkeit zwischen dem Pumpabschnitt 30 und dem Turbinenabschnitt 32 beinhalten. Die Übertragung des Drehmoments über die Flüssigkeitskupplung 34 vervielfacht das Drehmoment vom Pumpabschnitt 30 am Turbinenabschnitt 32 bei niedrigen Geschwindigkeitsverhältnissen der Geschwindigkeit des Getriebe-Antriebselements 20 zur Geschwindigkeit der Kurbelwelle 18. Es entsteht etwas Schlupf durch die Flüssigkeitskupplung 34, was die Kraftstoffeffizienz verringert. Dementsprechend liegt eine Drehmomentwandlerkupplung 36 parallel zur Flüssigkeitskupplung 34 und ist gezielt zuschaltbar, um Übertragung des Drehmoments vom Pumpabschnitt 30 durch die Drehmomentwandlerkonstruktion 24 an das Getriebe-Antriebselement 20 entlang eines mechanischen Weges, der die Flüssigkeitskupplung 34 umleitet, herzustellen. Genauer gesagt ist eine elektronische Steuerung 38 funktionsfähig mit der Drehmomentwandlerkupplung 36 verbunden und stellt die Kupplung 36 unter vorgegebenen Betriebsbedingungen des Antriebsstrangs 12 ein. Die vorgegebenen Betriebsbedingungen, unter denen die Steuerung 38 den Einsatz der Drehmomentwandlerkupplung 36 regelt, werden der Steuerung 38 bereitgestellt, die durch verschiedene Sensoren oder andere Komponenten (nicht dargestellt) zur Bestimmung der Betriebsbedingungen konfiguriert ist. Die Betriebsbedingungen können beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, Drehmoment oder Geschwindigkeit der Kurbelwelle 18, Drehmoment oder das Getriebe-Antriebselement 20, eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Pumpabschnitt 30 und dem Turbinenabschnitt 32, Fahrzeuggeschwindigkeit und eine geregelte Motorbetrieb-Ausführungsart.
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Die Flüssigkeitskupplung 34 des Pumpabschnitts 30 und des Turbinenabschnitts 32 dient zur Dämpfung von Schwingungen und zum Vervielfältigen des Drehmoments bei relativ niedriger Geschwindigkeit des Getriebe-Antriebselements 20. Jedoch verringert Schlupf der Flüssigkeitskupplung 34 die Effizienz. Dementsprechend verriegelt die elektronische Steuerung 38 die Drehmomentwandlerkupplung 36 bei einer relativ niedrigen Geschwindigkeit des Getriebe-Antriebselements 22 und wenn Schlupf (d. h., der Unterschied der Drehzahl des Pumpabschnitts 30 und des Turbinenabschnitts 32 der Flüssigkeitskupplung 34) unter einem vorgegebenen Niveau ist, um eine mechanische Verbindung zur drehbaren Komponente 40, anstatt über eine Flüssigkeitskupplung 34 herzustellen.
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Die Drehmomentwandlerkonstruktion 24 beinhaltet eine drehbare Komponente 40, die als Auslass der Drehmomentwandlerkonstruktion 24 zum Antrieb des Getriebe-Antriebselements 20 konfiguriert ist. Mit anderen Worten, die drehbare Komponente 40 ist direkt mit dem Getriebe-Antriebselement 20 verbunden. Es sollte beachtet werden, dass der Turbinenabschnitt 32 nicht unmittelbar mit dem Getriebe-Antriebselement 20 verbunden ist. Die drehbare Komponente 40 kann als eine Platte, ein Gehäuse oder anderweitig konfiguriert sein und ist um eine gemeinsame Drehachse 42 des Pumpabschnitts 30 und des Turbinenabschnitts 32 rotierbar. Es sollte beachtet werden, dass die Drehmomentwandlerkonstruktion 24 schematisch in 1 dargestellt ist, um die Reihenfolge der Komponenten im Drehmomentstrom zwischen der Kurbelwelle 18 und dem Getriebe-Antriebselement 20 zu repräsentieren. Jedoch können Komponenten unterschiedliche Formen und relative Größen als dargestellt aufweisen.
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Die Drehmomentwandlerkonstruktion 24 beinhaltet einen zentrifugalen Pendeldämpfer 43 mit einem Pendel 44 mit einem Ende 46, das an der drehbaren Komponente 40 an einer Aufhängestelle befestigt ist, sodass das Pendel 44 an der drehbaren Komponente 40 eingehängt ist. Das Pendel 44 weist eine Masse 48 auf, die in einer Ebene senkrecht zur Drehachse 42 der drehbaren Komponente 40 als die drehbare Komponente 40 schwingt. In 1 ist nur ein Pendel 44 und die Masse 48 nach außen von der drehbaren Komponente 40 abgewinkelt dargestellt. Dieser zentrifugale Pendeldämpfer 43 kann mehrere Pendel 44 aufweisen, die sich um die drehbare Komponente 40 abstandsgleich von der Drehachse 42 verteilen. Zusätzlich kann die Stelle, an der drehbaren Komponente 40, an der das Ende 46 sowie die Länge l, die Masse 48 und die verschiedenen Pendel 44 befestigt sind, gewählt werden, sodass die Pendel 44 die Schwingung bei allen Drehzahlen der drehbaren Komponente 40 unter einer bestimmten Ausführungsart des Betriebs des Motors 14 dämpfen; d. h. für eine vorgegebene Zündfolge und eine vorgegebene Anzahl der aktiven Zylinder 26.
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Die Drehmomentwandlerkonstruktion 24 beinhaltet auch ein erstes elastisches Element 50, das das angetriebene Element, d. h. den Turbinenabschnitt 32, mit der drehbaren Komponente 40 verbindet. Obgleich sich in Längsrichtung zwischen dem Turbinenabschnitt 32 und der drehbaren Komponente 40 parallel zur Drehachse 42 erstreckend, zur Übersichtlichkeit in der schematischen Zeichnung dargestellt, kann das elastische Element 50 eine bogenförmig um die Drehachse 42 angeordnete Schraubenfeder sein. In 1 ist das erste elastische Element 50 sowohl mit einem Federsymbol 52 und einem Dämpfersymbol 54 dargestellt, wobei das erste elastische Element 50 sowohl ein Schwingungsdämpfer durch die Federfunktion und ein Dämpfer durch Reibung zwischen der Feder und dem Turbinenabschnitt 32 oder zwischen der Feder und der drehbare Komponente 40 ist.
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Die Drehmomentwandlerkonstruktion 24 weist ferner ein zweites elastisches Element 60 auf, das mit der drehbaren Komponente 40 verbunden ist. Wenn die Drehmomentwandlerkupplung 36 eingestellt ist, entweder vollständig oder mit einem Schlupf (d. h. einer geregelten Menge von Schlupf zwischen dem Turbinenabschnitt 30 und der drehbaren Komponente 40), ist der Pumpabschnitt 30 mit der drehbaren Komponente 40 verbunden, der somit einen Drehmomentweg von der Energiequelle (d. h. dem Motor 14) zur Last (d. h. dem Getriebe 16) über das zweite elastische Element 60 und die drehbare Komponente 40 mit dem zentrifugalen Pendeldämpfer 43 darauf bereitstellt und die Flüssigkeitskupplung 34 zwischen dem Pumpabschnitt 30 und dem Turbinenabschnitt 32 umleitet. Obgleich sich in Längsrichtung zwischen der Kupplung 36 und der drehbaren Komponente 40 parallel zur Drehachse 42 erstreckend, zur Übersichtlichkeit in der schematischen Zeichnung dargestellt, kann das zweite elastische Element 60 eine Schraubenfeder sein, die in Längsrichtung bogenförmig um die Drehachse 42 angeordnet ist. In 1 ist das zweite elastische Element 60 sowohl mit einem Federsymbol 62 und einem Dämpfersymbol 64 dargestellt, wobei das zweite elastische Element 60 sowohl ein Schwingungsdämpfer durch die Federfunktion und ein Dämpfer durch Reibung zwischen der Feder und der drehbaren Komponente 40 ist. Das zweite elastische Element 60 kann als Drehmomentwandlerkupplungsdämpfer bezeichnet werden, da es Dämpfung von Verbrennungsmotor-Schwingungen bereitstellt, wenn die Drehmomentwandlerkupplung 36 verriegelt ist. Verpackungseinschränkungen können die Verwendung eines sehr langen Federdämpfers für das zweite elastische Element 60 verhindern, wie etwa eine oder mehrere Federn, die bogenförmig in Reihe angeordnet sind. Lange Federdämpfer ermöglichen Schwingungsdämpfung mit einer geringeren Federrate (d. h. weicheren Federn) der Federn über einen größeren Bereich von Motorgeschwindigkeiten, als eine steifere Feder, die größeren Komfort bietet, mit einem Kompromiss einer langsameren Reaktion an der Gaspedalspitze.
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2 zeigt einige der Komponenten des Antriebsstrangs 12, die funktional im Bezug zueinander, als in den relativen Positionsanordnungen aus 1, angeordnet sind. Genauer gesagt zeigt 2 den parallelen Charakter eines ersten Drehmomentstromwegs vom Pumpabschnitt 30 durch die Flüssigkeitskupplung 34 zum Turbinenabschnitt 32 und einen zweiten Drehmomentstromweg durch die Drehmomentwandlerkupplung 36 (wenn vollständig oder teilweise eingestellt) der drehbaren Komponente 40. Wenn der Drehmomentstrom durch die Flüssigkeitskupplung 34 geht, wird ein Großteil der Drehschwingung durch die Flüssigkeitskupplung 34 gedämpft. Eine zusätzliche Schwingungsdämpfung kann zwischen dem Turbinenabschnitt 32 und der drehbaren Komponente 40 über das erste elastische Element 50 auftreten. Das Getriebe-Antriebselement 20 wird als Feder in 2–4 dargestellt, aufgrund der Fähigkeit der Dämpfung der Drehschwingung einer verlängerten Welle.
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Wenn die Drehmomentwandlerkupplung 36 eingestellt ist, geht der Drehmomentstrom vom Motor 14 durch den Pumpabschnitt 30, Kupplung 36 und das zweite elastische Element 60 der drehbaren Komponente 40. Da der Turbinenabschnitt 32 nicht an den Pumpabschnitt 30 in gleicher Weise wie die drehbare Komponente 40 gekoppelt ist, kann dieser eine andere Drehzahl als die drehbare Komponente 40 gegenüber dem Pumpabschnitt 30 aufweisen. Dies ermöglicht dem Turbinenabschnitt 32 als ein Drehschwingungsdämpfer im Bezug zur drehbaren Komponente 40 zu agieren. Das erste elastische Element 50 kann eingestellt werden, sodass der Turbinenabschnitt 32 Drehschwingung des drehbaren Elements 40 mit einer vorgegebenen Schwingungsfrequenz des drehbaren Elements 40 trennt. 5 stellt ein repräsentatives Diagramm 70 der Frequenzreaktion der Drehschwingung 71 des Antriebsstrangs 12 in Dezibel (dB) auf der vertikalen Achse dar, wie am Getriebe-Abtriebselement 22 von 1 gegenüber der Frequenz 72 in Hz der Motorzündungsschwingung auf der horizontalen Achse gemessen. Das Diagramm 70 ergibt sich, wenn die Drehmomentwandlerkonstruktion 24 verwendet wird und das erste elastische Element 50 zur Trennung der Drehschwingung bei einer Frequenz von 44 Hz, wie in einem Beispiel, eingestellt ist. Der Betrieb des Turbinenabschnitts 32 wird mit Bezug zur drehbaren Komponente 40 in 3 dargestellt, wenn die Drehmomentwandlerkupplung 36 verriegelt ist. Wenn die Drehmomentwandlerkupplung 36 eingestellt ist, dämpft der Turbinenabschnitt 32 somit dynamisch die Drehschwingung des drehbaren Elements 40 über das erste elastische Element 50.
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Im Gegensatz dazu dämpft der Pendeldämpfer 43 Drehschwingung des drehbaren Elements 40 über einen gesamten Bereich von Motorgeschwindigkeiten, jedoch nur für eine festgelegte Zündfolge der Zylinder 26 (d. h. nur für eine Motorbetrieb-Ausführungsart). 6 stellt Diagramme für den Effektivwert der Geschwindigkeit der Schwingung in Umdrehungen pro Minute (U/min) 74 auf der vertikalen Achse dar, die am Getriebe-Abtriebselement 22 in 1 gegenüber der Motorgeschwindigkeit 76 in U/min auf der horizontalen Achse (nach rechts erhöhend) gemessen werden. Diagramm 78 ist für einen Antriebsstrang 12 mit einer Drehmomentwandlerkonstruktion 24, wie in 1, jedoch ohne die erste elastische Feder 50 oder den Pendel-Schwingungsdämpfer 43 und Diagramm 80 ist für eine Drehmomentwandlerkonstruktion, wie in 1, die nur die Pendel-Schwingungsdämpfer 43 (und nicht die erste elastische Feder 50) beinhaltet. Dieser zentrifugale Pendeldämpfer 43, wie auf der drehbaren Komponente 40 angebracht, ermöglicht somit eine Verringerung der Schwingungsspitzen und eine Bewegung von Schwingungsspitzen zu einer niedrigeren Motorgeschwindigkeit (wie durch die unteren Spitzen in Diagramm 80, das bei niedrigerer Motorgeschwindigkeit stattfindet, angedeutet wird), das Verriegelung der Drehmomentwandlerkupplung bei niedrigerer Motorgeschwindigkeit ermöglicht. Dieser zentrifugale Pendeldämpfer 43 kann zum Dämpfen der Drehschwingung, die nur einer bestimmten Zündfolge der Motorzylinder zugeordnet wird, optimiert werden und ist daher in seiner Fähigkeit zum effektiven Dämpfen von Verbrennungsmotor-Schwingungsmustern durch andere Motor-Ausführungsarten (d. h. andere Zylinder-Zündfolgen, Ausführungsarten, bei denen ein oder mehrere Zylinder deaktiviert sind usw.) beschränkt.
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Die Anordnung des Turbinenabschnitts 32, der mit der drehbaren Komponente 40 über das erste elastische Element 50 und dem zentrifugalen Pendeldämpfer 43 verbunden ist, der auch auf die drehbare Komponente 40 wirkt, ermöglicht somit eine vollständige Trennung der Verbrennungsmotor-Schwingungen bei einer gewählten Frequenz (über den Turbinenabschnitt 32 und das erste elastische Element 50), während dieses auch eine Schwingungsspitzenamplitude und eine Bewegung der Spitzenamplitude zu einer niedrigeren Motorgeschwindigkeit mit Schwingungsdämpfung über einen weiten Bereich von Motorgeschwindigkeit (über den Fliehkraft-Pendel-Absorber 43) erlaubt, was die Verriegelung der Drehmomentwandler-Kupplung bei einer niedrigeren Motorgeschwindigkeit ermöglicht.
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Durch das Umordnen des Turbinenabschnitts 32 zu einem frei hängenden Element im Bezug zur drehbaren Komponente 40, wenn die Drehmomentwandler-Kupplung 36 eingestellt und von (d. h. nicht unmittelbar verbunden mit) dem Getriebe-Antriebselement 20 getrennt ist, kann Drehschwingung durch einen unterschiedlichen Drehmomentweg erzeugt werden, wenn die Drehmomentwandlerkupplung 36 eingestellt ist und kann durch das Einstellen des ersten elastischen Elements 50 beeinflusst werden, die Schwingung vollständig an einer spezifischen Winkelfrequenz des drehbaren Elements 40 aufzunehmen. Die Freiheit, das erste elastische Element 50 einzustellen ist größer als bei einer Anordnung, bei der sich ein zentrifugaler Pendeldämpfer an einer Zwischenplatte zwischen zwei elastischen Elementen befindet, d. h. mit einem der elastischen Elemente zwischen dem Pumpabschnitt und der Zwischenplatte und dem anderen der elastischen Elemente zwischen der Zwischenplatte und dem Turbinenabschnitt. Bei einer solchen Anordnung befinden sich alle Komponenten, vom Pumpabschnitt bis zum Getriebe-Antriebselement, in einem linearen Drehmomentstromweg und somit haben der Turbinenabschnitt und das elastische Element, das mit dem Turbinenabschnitt verbunden ist, keinen Freiheitsgrad im Bezug zum Getriebe-Antriebselement (d. h. weder frei hängend).
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7 zeigt die kombinierte Wirkung der Drehmomentwandlerkonstruktion 24 auf den Effektivwert der Geschwindigkeit der Schwingung in Umdrehungen pro Minute (U/min) 81 am Getriebe-Abtriebselement 22 auf der vertikalen Achse gegenüber der Motorgeschwindigkeit 83 in Umdrehungen pro Minute auf der horizontalen Achse. Diagramm 84 zeigt die Eigenschaften einer Drehmomentwandlerkonstruktion, die wie in 1, jedoch nur mit Pendeldämpfer 43 an der drehbaren Komponente 40 sowie dem mit der drehbaren Komponente 40 verbundenen Getriebe-Antriebselement 20 und ohne das eingestellte erste elastische Element 50, das zwischen dem Turbinenabschnitt 32 und der drehbaren Komponente 40, wie in 1, angeordnet ist. Diagramm 86 zeigt die Eigenschaften einer Drehmomentwandlerkonstruktion, die wie in 1 das eingestellte erste elastische Element 50 zwischen dem Turbinenabschnitt 32 und der drehbaren Komponente 40 aufweist sowie das mit der drehbaren Komponente 40 verbundene Getriebe-Antriebselement 20, jedoch ohne den zentrifugalen Pendeldämpfer 43. Diagramm 88 zeigt die Eigenschaften der Drehmomentwandlerkonstruktion 24, die die kombinierten Vorteile jeweils des zentrifugalen Pendeldämpfers 43 und des eingestellten ersten elastischen Elements 50 zwischen dem Turbinenabschnitt 32 und der drehbaren Komponente 40, wobei das Getriebe-Antriebselement 20 mit der drehbaren Komponente 40 verbunden ist, aufweist.
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12 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 110 mit einem Antriebsstrang 112 mit einem System 124 zum Dämpfen von Schwingungen und Übertragen von Drehmoment von der Motor-Kurbelwelle 18 an das Getriebe-Antriebselement 20. System 124 funktioniert in gleicher Weise wie das System 24 der 1. Gleiche Bezugsziffern werden für Bauteile verwendet, die im Wesentlichen identisch sind und in gleicher Weise, wie beschrieben in Bezug auf 1, arbeiten. Das zweite elastische Element 60 ist zwischen dem drehbaren Element 40 und dem Getriebe-Antriebselement 20 angebracht, stellt jedoch die gleiche Funktion der Schwingungsdämpfung bereit, als wenn dieses zwischen Kupplung 36 und der drehbaren Komponente 40 in 1 angebracht ist.
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Während die besten Arten zur Durchführung der vielen Aspekte der vorliegenden Lehren im Detail geschildert wurden, werden diejenigen, die mit diesen Lehren vertraut sind, realisieren, dass es verschiedene alternative Aspekte für die praktische Umsetzung der hierin angeführten Lehren gibt, die innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche liegen.
