DE102020001243A1

DE102020001243A1 - Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum Positionieren einer Abtriebswelle einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102020001243A1
Application number: DE102020001243.4A
Authority: DE
Inventors: Alexander von Gaisberg-Helfenberg; Thomas Stolk
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (16), mit einer relativ zu einem Gehäuse (22) drehbaren Abtriebswelle (24), und mit einem Speicherelement (36), welches einen ersten Teil (T1) und einen zweiten Teil (T2) aufweist, welcher durch eine relativ zu dem Gehäuse (22) erfolgende Drehung der Abtriebswelle (24) von der Abtriebswelle (24) antreibbar und dadurch relativ zu dem Gehäuse (22) und relativ zu dem ersten Teil (T1) bewegbar ist, wodurch Rotationsenergie der Abtriebswelle (24) in das Speicherelement (36) einspeicherbar und dadurch das Speicherelement (36) aufladbar ist. Es ist eine Sperreinrichtung (38) vorgesehen, welche zwischen einem den ersten Teil (T1) für eine relativ zu dem Gehäuse (22) in wenigstens eine Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung freigebenden Freigabezustand und einem den ersten Teil (T1) gegen eine relativ zu dem Gehäuse (22) in die Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung sichernden Sperrzustand verstellbar ist, in welchem die Abtriebswelle (24) in einer vorgegebenen Drehstellung positionierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Positionieren einer Abtriebswelle einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
Die DE 10 2009 001 317 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors, mit einem Energiespeicher, welcher die restliche Rotationsenergie des Verbrennungsmotors beim Abschalten speichert und beim erneuten Starten zum Drehen der Kurbelwelle in entgegengesetzter Richtung freigibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Positionieren einer Abtriebswelle einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass ein besonders vorteilhafter Start der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine weist eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, welche um eine Drehachse relativ zu einem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine drehbar ist. Beispielsweise umfasst die Verbrennungskraftmaschine das Gehäuse, welches beispielsweise als Kurbelgehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildet sein kann. Beispielsweise bildet oder begrenzt das Gehäuse wenigstens einen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine, wobei der Zylinder beispielsweise wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine teilweise begrenzt. Über die Abtriebswelle kann die Verbrennungskraftmaschine Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen.
Die Verbrennungskraftmaschine weist außerdem wenigstens ein auch als Energiespeicher bezeichnetes Speicherelement auf, welches zumindest einen ersten Teil und zumindest einen zweiten Teil aufweist. Der zweite Teil ist durch eine um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse erfolgende Drehung der Abtriebswelle von der Abtriebswelle antreibbar und dadurch relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem ersten Teil, insbesondere in wenigstens eine Bewegungsrichtung, bewegbar. Beispielsweise kann der zweite Teil mittels der Abtriebswelle und dabei durch eine um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse und in eine Drehrichtung erfolgende Drehung der Abtriebswelle angetrieben und dabei beispielsweise relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem ersten Teil translatorisch bewegt oder gedreht werden. Somit ist die Bewegungsrichtung beispielsweise eine oder die Drehrichtung, in welche beispielsweise die Abtriebswelle zu drehen ist, um dadurch den zweiten Teil anzutreiben.
Durch Bewegen des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil ist Rotationsenergie der Abtriebswelle in das Speicherelement einspeicherbar, wodurch das Speicherelement aufladbar ist. Mit anderen Worten, wird der zweite Teil des Speicherelements dadurch relativ zu dem ersten Teil des Speicherelements bewegt, insbesondere gedreht, dass der zweite Teil durch um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse erfolgendes Drehen der Abtriebswelle angetrieben wird, sodass also Rotationsenergie der Abtriebswelle genutzt wird, um den zweiten Teil relativ zu dem ersten Teil zu bewegen, so wird zumindest ein Teil der zum Bewegen des zweiten Teils genutzten Rotationsenergie der Abtriebswelle in das Speicherelement eingespeichert, das heißt in dem Speicherelement gespeichert, wodurch das Speicherelement aufgeladen wird. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt speichert somit das Speicherelement die Rotationsenergie der Abtriebswelle.
Um nun einen beispielsweise auf eine Deaktivierung der zunächst aktivierten Verbrennungskraftmaschine folgenden Start der Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhaft sowie bauraum-, gewichts- und kostengünstig durchführen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine eine Sperreinrichtung aufweist, welche zwischen einem Freigabezustand und einem Sperrzustand verstellbar beziehungsweise umschaltbar ist. Beispielsweise ist die Sperreinrichtung hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder elektrisch betreibbar, sodass beispielsweise die Sperreinrichtung hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder elektrisch zwischen dem Freigabezustand und dem Sperrzustand verstellbar ist. In dem Freigabezustand gibt die Sperreinrichtung den ersten Teil des Speicherelements für eine relativ zu dem Gehäuse in die Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung frei. In dem Sperrzustand ist der erste Teil mittels der Sperreinrichtung gegen eine relativ zu dem Gehäuse in die Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung gesichert. Beispielsweise kann durch Drehen der Abtriebswelle der zweite Teil in die Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuse bewegt werden. Durch Drehen der Abtriebswelle kann beispielsweise der zweite Teil dadurch beziehungsweise dann und vorzugsweise nur dann in die Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem ersten Teil bewegt werden, wenn sich die Sperreinrichtung in ihrem Sperrzustand befindet. Befindet sich jedoch beispielsweise die Sperreinrichtung in ihrem Freigabezustand, und wird dabei durch Drehen der Abtriebswelle der zweite Teil relativ zu dem Gehäuse in die Bewegungsrichtung bewegt, so wird beispielsweise der erste Teil mit dem zweiten Teil in die Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuse mitbewegt, sodass beispielsweise Relativbewegungen zwischen den Teilen beziehungsweise insbesondere ein Aufladen des Speicherelements, das heißt ein Einspeichern von Rotationsenergie die Abtriebswelle in das Speicherelement unterbleibt.
In dem Sperrzustand ist die Abtriebswelle infolge ihres aus einer Deaktivierung der zunächst aktivierten Verbrennungskraftmaschine resultierenden Auslaufs über die Teile mittels der Sperreinrichtung in wenigstens einer vorgegebenen Drehstellung relativ zu dem Gehäuse positionierbar und arretierbar beziehungsweise positioniert und arretiert. Unter dem Auslauf der Abtriebswelle ist insbesondere folgendes zu verstehen: Ist die Verbrennungskraftmaschine aktiviert, so befindet sich die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise in ihrem befeuerten Betrieb. In dem befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine laufen in der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in dem zuvor genannten Brennraum, Verbrennungsvorgänge ab, mittels welchen die Abtriebswelle angetrieben und dadurch um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse gedreht wird. Die zuvor genannte Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine wird auch als Abstellen, Abschalten oder Abschaltung der Verbrennungskraftmaschine bezeichnet. Durch Abschalten beziehungsweise Deaktivieren der Verbrennungskraftmaschine wird der befeuerte Betrieb beendet. Dabei wird beispielsweise eine Kraftstoffzufuhr in den Brennraum und/oder eine in dem Brennraum stattfindende Zündung beendet. Infolge der Deaktivierung der zunächst aktivierten und sich somit in ihrem befeuerten Betrieb befindende Verbrennungskraftmaschine kann sich die Abtriebswelle insbesondere aufgrund ihrer Trägheit noch eine gewisse Zeit weiterdrehen, ohne jedoch angetrieben zu werden. Dieses infolge der Deaktivierung stattfindende Drehen der Abtriebswelle, ohne dass die Abtriebswelle angetrieben wird, wird als Auslauf oder Auslaufen oder Motorauslauf bezeichnet.
Befindet sich beispielsweise zumindest während eines Teils des Auslaufs zunächst die Sperreinrichtung in ihrem Freigabezustand, so führt beispielsweise der Auslauf der Abtriebswelle beziehungsweise das während des Auslaufs stattfindende Drehen der Abtriebswelle dazu, dass der zweite Teil und mit diesem beziehungsweise über diesen der erste Teil von der Abtriebswelle durch deren Drehung während des Auslaufs angetrieben und somit beispielsweise in die Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuse bewegt werden. Wird dann beispielsweise die Sperreinrichtung aus ihrem Freigabezustand in ihren Sperrzustand geschaltet, so wird der erste Teil gegen eine in die Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuse erfolgende Bewegung gesichert, insbesondere während jedoch der zweite Teil noch von der sich während ihres Auslaufs drehenden Abtriebswelle angetrieben und somit relativ zu dem Gehäuse in die Bewegungsrichtung bewegt wird. Daraus resultiert eine Relativbewegung zwischen den Teilen des Speicherelements, wodurch Rotationsenergie der Abtriebswelle in das Speicherelement eingespeichert und das Speicherelement aufgeladen wird. Durch das Aufladen des Speicherelements wird beispielsweise die Abtriebswelle im Hinblick auf ihre um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse erfolgende und während des Auslaufs stattfindende Drehung beziehungsweise Drehzahl abgebremst, insbesondere solange, bis die Abtriebswelle in ihren Stillstand kommt.
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass sich die Abtriebswelle zunächst in eine erste Drehrichtung um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse dreht, wodurch das Speicherelement aufgeladen wird, insbesondere solange, bis die Abtriebswelle in ihren Stillstand kommt. Daraufhin kann beispielsweise das Speicherelement unter Nutzung der in dem Speicherelement gespeicherten Rotationsenergie der Abtriebswelle, deren Rotationsenergie beispielsweise als Federenergie beziehungsweise potentielle Energie in dem Speicherelement gespeichert ist, die Abtriebswelle aus ihrem Stillstand heraus in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehen, woraufhin sich beispielsweise die Abtriebswelle in die zweite Drehrichtung dreht. Daraus kann resultieren, dass die sich in die zweite Drehrichtung drehende Abtriebswelle aufgrund ihrer Massenträgheit beziehungsweise ihres Trägheitsmoments das Speicherelement durch das in die zweite Drehrichtung erfolgende Drehen der Abtriebswelle erneut auflädt, indem erneut Rotationsenergie der sich in die zweite Drehrichtung drehenden Abtriebswelle in das Speicherelement eingespeichert wird. Dies erfolgt beispielsweise solange, bis die Abtriebswelle zum zweiten Mal in ihren Stillstand kommt. Daraufhin kann die Abtriebswelle mittels des erneut aufgeladenen Speicherelements beispielsweise wieder in die erste Drehrichtung gedreht werden, sodass beispielsweise infolge der Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine das Speicherelement mehrmals abwechselnd aufeinanderfolgend aufgeladen und zumindest teilweise entladen und die Abtriebswelle mehrmals abwechselnd aufeinanderfolgend in die erste Drehrichtung und in die zweite Drehrichtung gedreht wird, insbesondere solange, bis die Abtriebswelle zum Stillstand kommt und das Speicherelement entladen ist beziehungsweise bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Unter dem Entladen des Speicherelements ist insbesondere zu verstehen, dass das Speicherelement infolge des Aufladens des Speicherelements die in dem Speicherelement gespeicherte Rotationsenergie bereitstellt beziehungsweise nutzt, um die Abtriebswelle anzutreiben, mithin um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse zu drehen.
Insgesamt ist erkennbar, dass insbesondere dann, bis die Abtriebswelle stillsteht und das Speicherelement entladen ist, das Speicherelement Relativbewegungen zwischen den Teilen des Speicherelements und somit um die Drehachse erfolgende Relativdrehungen zwischen der Abtriebswelle und dem Gehäuse und zwischen der Abtriebswelle und dem ersten Teil zulässt beziehungsweise bewirkt. In dem zuvor genannten Gleichgewicht beziehungsweise dann, wenn das Speicherelement entladen ist und sich die Abtriebswelle in ihrem Stillstand befindet, befindet sich die Abtriebswelle in der wenigstens einen vorgegebenen Drehstellung, in der die Abtriebswelle dadurch über die Teile des Speicherelements mittels der Sperreinrichtung relativ zu dem Gehäuse und insbesondere um die Drehachse positioniert und arretiert wird, dass der erste Teil mittels der Sperreinrichtung gegen in die Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuse erfolgende Bewegungen gesichert wird. Hierdurch wird die Abtriebswelle über die Teile mittels der Sperreinrichtung in der wenigstens einen vorgegebenen Drehstellung gehalten.
Insgesamt ist erkennbar, dass die Abtriebswelle die wenigstens eine vorgegebene Drehstellung zumindest nahezu selbstständig beziehungsweise durch Verwendung des Speicherelements und der Sperreinrichtung und somit ohne Zuhilfenahme von zusätzlichen Aktoren zum Positionieren der Abtriebswelle einnimmt. Mit anderen Worten kann die Abtriebswelle in die wenigstens eine vorgegebene Drehstellung gebracht und in der wenigstens einen vorgegebenen Drehstellung positioniert und arretiert werden, ohne dass die Abtriebswelle mittels eines zusätzlichen, beispielsweise elektrisch betreibbaren Aktors angetrieben beziehungsweise positioniert wird. Dabei ist vorzugsweise die wenigstens eine vorgegebene Drehstellung eine für einen Direktstart der Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhafte Drehstellung, sodass beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine ausgehend von der wenigstens einen vorgegebenen Drehstellung, in welcher sich die Abtriebswelle befindet, besonders vorteilhaft per Direktstart starten lässt.
Unter dem Direktstart ist ein Start zum Starten der zunächst deaktivierten Verbrennungskraftmaschine zu verstehen, wobei die zunächst deaktivierte Verbrennungskraftmaschine durch das Starten der Verbrennungskraftmaschine in ihren befeuerten Betrieb überführt wird. Unter dem Direktstart ist insbesondere zu verstehen, dass die zunächst deaktivierte, das heißt sich in einem deaktivierten Zustand befindende Verbrennungskraftmaschine, deren beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle während des deaktivierten Zustands und insbesondere während eines Stillstands des Kraftfahrzeugs stillsteht und sich dabei insbesondere in der vorgegebenen Drehstellung befindet, insbesondere während des Stillstands des Kraftfahrzeugs gestartet, das heißt in einen aktivierten Zustand überführt wird, ohne dass zum Starten der Verbrennungskraftmaschine die Abtriebswelle mittels eines Elektromotors wie beispielsweise eines Starters oder eines Startergenerators während des Stillstands gedreht wird. Zum Starten der Verbrennungskraftmaschine per Direktstart wird die Abtriebswelle in Drehung versetzt. Dies geschieht im Rahmen des Direktstarts ohne einen Elektromotor und lediglich dadurch, dass Kraftstoff, mittels welchem die Verbrennungskraftmaschine in ihrem befeuerten Betrieb betreibbar ist, mittels eines Injektors direkt in den Brennraum eingespritzt und anschließend, insbesondere in einem den Kraftstoff und Luft umfassenden Kraftstoff-Luft-Gemisch, gezündet und verbrannt wird.
Durch die vorteilhafte, mittels der Sperreinrichtung und mittels des Federelements bewirkbare Positionierung der Abtriebswelle in der wenigstens einen vorgebbaren Drehstellung nimmt die Abtriebswelle bereits zu Beginn eines beziehungsweise des auf die Deaktivierung folgenden Starts eine vorteilhafte Winkelposition ein, aus welcher beispielsweise eine für den Direktstart besonders vorteilhafte Position eines gelenkig mit der Abtriebswelle verbundenen und in dem Zylinder aufgenommenen Kolbens resultiert. Da die Abtriebswelle bereits infolge der dem Start vorweggehenden Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine in diese vorteilhafte, wenigstens eine vorgegebene Drehstellung gebracht wird und somit nicht erst während des eigentlichen Starts der Verbrennungskraftmaschine in eine vorteilhafte Drehposition gebracht werden muss, kann durch die Erfindung die Verbrennungskraftmaschine zumindest nahezu verzögerungsfrei per Direktstart gestartet werden.
Insgesamt ist erkennbar, dass das Speicherelement und die Sperreinrichtung beispielsweise Bestandteile eines Systems sind, mit welchem die Verbrennungskraftmaschine ausgestattet ist, wobei das System Rotationsenergie der Abtriebswelle speichert, um die Abtriebswelle bei beziehungsweise infolge der Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine in oder auf eine bestimmte Winkelstellung in Form der wenigstens einen vorgegebenen Drehstellung auszurichten beziehungsweise zu bringen. Das System ist dabei eine einfache, bauraum-, gewichts- und kostengünstige Vorrichtung, welche es ermöglicht, die Abtriebswelle ohne kosten-, gewichts- und bauraumintensive Aktoren wie beispielsweise Elektromotoren in der wenigstens einen vorgegebenen Drehstellung zu positionieren. Gleichzeitig ermöglicht die Erfindung einen zuverlässigen Start der Verbrennungskraftmaschine per Direktstart.
Insbesondere ist das Speicherelement dazu ausgebildet, zur Positionierung beziehungsweise Ausrichtung der Abtriebswelle deren Rotationsenergie mechanisch zu speichern.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Speicherelement ein mechanisches Federelement, insbesondere eine Drehfeder, ist. Dadurch kann ein besonders einfacher, gewichts-, kosten- und bauraumgünstiger Aufbau des Systems realisiert werden, und die Rotationsenergie der Abtriebswelle kann besonders vorteilhaft gespeichert und zur Positionierung der Abtriebswelle genutzt werden.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Teile des Speicherelements einstückig miteinander ausgebildete Federteile des Federelements sind, wobei beispielsweise der jeweilige Teil zumindest einen Teil einer Federwindung des Federelements bildet. Dadurch kann der Direktstart besonders zuverlässig realisiert werden.
Um den vorteilhaften Direktstart besonders bauraumgünstig realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das beispielsweise als Schraubenfeder oder Schraubenbogenfeder ausgebildete Federelement Bestandteil eines eine Primärmasse und eine Sekundärmasse aufweisenden Zweimassenschwungrades (ZMS) ist. Die Primärmasse wird auch als primäre Schwungmasse bezeichnet, wobei die Sekundärmasse auch als sekundäre Schwungmasse bezeichnet wird. Die Primärmasse ist in um die Drehachse verlaufender Umfangsrichtung des Zweimassenschwungrades und somit beispielsweise in die zuvor genannte Drehrichtung sowie in eine der Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung über das Federelement an der Sekundärmasse abgestützt. Somit wird also als das Federelement ein Federelement des Zweimassenschwungrades genutzt. Dem Federelement kommt somit eine Doppelfunktion zu. Zum einen wird das Federelement genutzt, um Rotationsenergie der Abtriebswelle zu speichern und hierdurch die Abtriebswelle vorteilhaft in der wenigstens einen vorgegebenen Drehstellung zu positionieren. Zum anderen wird das Federelement, insbesondere während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, genutzt, um beispielsweise um die Drehachse verlaufende Relativdrehungen zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse zuzulassen und in der Folge Drehschwingungen der Verbrennungskraftmaschine zu isolieren beziehungsweise zu dämpfen.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Verbrennungskraftmaschine ein separat von dem Federelement und separat von der Abtriebswelle ausgebildetes und drehfest mit dem ersten Teil des Speicherelements verbundenes Sperrelement auf, mit welchem die Sperreinrichtung in dem Sperrzustand, insbesondere formschlüssig, zusammenwirkt, wodurch das Sperrelement und über dieses der erste Teil gegen eine relativ zu dem Gehäuse in die Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung zu sichern beziehungsweise gesichert sind. Durch Verwendung des Sperrelements kann eine bedarfsgerechte Arretierung beziehungsweise Freigabe des ersten Teils realisiert werden, sodass die Abtriebswelle bedarfsgerecht positionierbar ist und in der Folge der Direktstart besonders vorteilhaft durchgeführt werden kann.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Federelement beispielsweise als eine Dreh- oder Torsionsfeder ausgebildet ist. Dabei ist beispielsweise das Federelement in axialer Richtung der Abtriebswelle zwischen der Abtriebswelle und dem Sperrelement angeordnet, wobei beispielsweise der erste Teil des Federelements drehfest mit dem Sperrelement und der zweite Teil des Federelements beispielsweise drehfest mit der Abtriebswelle verbunden sind. Beispielsweise ist der zweite Teil an einer Stirnseite der Abtriebswelle angeordnet und drehfest mit der Stirnseite verbunden, wobei die Stirnseite beispielsweise in axialer Richtung dem Federelement und insbesondere dem Sperrelement zugewandt ist. Insbesondere dann, wenn das Sperrelement mittels der Sperreinrichtung gegen eine um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse erfolgende Drehung gesichert wird, was beispielsweise in dem Sperrzustand der Sperreinrichtung der Fall ist, werden die Teile um die Drehachse relativ zueinander gedreht, wenn sich die Abtriebswelle beispielsweise aufgrund ihres Trägheitsmoments um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem ersten Teil dreht. Dann wird das Federelement gespannt, wodurch das Speicherelement aufgeladen wird. Das Sperrelement kann dabei ein separat von dem Zweimassenschwungrad ausgebildetes, zusätzlich dazu vorgesehenes Bauelement sein.
Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn das Sperrelement die Sekundärmasse oder Bestandteil der Sekundärmasse oder separat von der Sekundärmasse ausgebildet und drehfest mit der Sekundärmasse verbunden ist. Somit ist das Sperrelement beispielsweise in das Zweimassenschwungrad integriert, sodass der Bauraumbedarf, die Kosten und das Gewicht in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.
Die Primärmasse ist beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, drehfest mit der Abtriebswelle verbunden.
Um die Abtriebswelle besonders vorteilhaft in der wenigstens einen vorgegebenen Drehstellung positionieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Sperrelement eine Anzahl an Formschlusselementen aufweist, wobei die Sperreinrichtung in dem Sperrzustand mit einem jeweiligen der Formschlusselemente, insbesondere mit genau einem der Formschlusselemente, insbesondere formschlüssig, zusammenwirkt, wodurch das Sperrelement und über dieses der erste Teil gegen eine relativ zu dem Gehäuse in die Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung formschlüssig gesichert sind.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine eine Anzahl an Brennräumen aufweist, wobei die Anzahl der Brennräume der Anzahl der Formschlusselemente entspricht. Dadurch kann die Abtriebswelle besonders vorteilhaft in einer solchen Drehstellung oder in solchen Drehstellungen positioniert und um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse arretiert werden, wobei die Drehstellung beziehungsweise die Drehstellungen als besonders vorteilhaft für den Direktstart gewählt beziehungsweise ausgebildet werden können.
Um die Abtriebswelle besonders vorteilhaft für den Direktstart positionieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Formschlusselemente in um die Drehachse verlaufender Umfangsrichtung des Sperrelements gleichmäßig verteilt angeordnet und somit beispielsweise paarweise den gleichen, in Umfangsrichtung verlaufenden Abstand zueinander aufweisen.
Der Erfindung liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Um eine auch als Brennkraftmaschine bezeichnete Verbrennungskraftmaschine per Direktstart starten, das heißt in Betrieb nehmen zu können, sollte die Abtriebswelle in einem definierten Winkelbereich stehen beziehungsweise in einer vorteilhaften Drehposition stillstehen. Weist die Verbrennungskraftmaschine mehrere Brennräume auf, welche beispielsweise jeweils teilweise durch jeweilige Zylinder begrenzt sind, so ist es beispielsweise bei dem Direktstart vorgesehen, dass zum Starten der Verbrennungskraftmaschine bei dem Direktstart in einem der Brennräume beziehungsweise Zylinder zuerst eine Zündung durchgeführt wird, um dadurch beispielsweise in dem Zylinder, in welchem die Zündung zuerst durchgeführt wird, den Kraftstoff beziehungsweise das vorgenannte Kraftstoff-Luft-Gemisch zu zünden. Hierbei ist es von Vorteil, wenn dabei die Abtriebswelle eine solche Drehstellung einnimmt, in welcher sich der Kolben, der in dem Zylinder angeordnet ist, in welchem bei dem Direktstart zuerst gezündet wird, in der Mitte seines Hubes befindet. Diese Drehstellung, welche dazu führt, dass sich der Kolben, welcher in dem Zylinder angeordnet ist, in welchem bei dem Direktstart zuerst gezündet wird, in der Mitte seines Hubes befindet, wird beispielsweise auch als Mittenstellung bezeichnet. Dabei ist es von Vorteil, wenn zum Durchführen des Direktstarts beziehungsweise zu Beginn des Direktstarts die Abtriebswelle die Mittenstellung oder eine solche Drehstellung einnimmt, welche höchstens um 10 Grad Kurbelwinkel, insbesondere höchstens um 15 Grad Kurbelwinkel, von der Mittenstellung abweicht. Diesbezüglicher Hintergrund ist, dass der jeweilige, in dem jeweiligen Zylinder angeordnete Kolben über einen jeweiligen Pleuel gelenkig mit der Abtriebswelle verbunden ist. Befindet sich der Kolben in der Mitte seines Hubs, so hat der Kolben beziehungsweise seinen zugehörigen Pleuel einen besonders vorteilhaften und insbesondere maximalen Hebelarm bezüglich der Drehachse, sodass zum Starten der Verbrennungskraftmaschine die Abtriebswelle besonders gut in Rotation versetzt werden kann.
Üblicherweise muss die Abtriebswelle nach einer Deaktivierung einer herkömmlichen Verbrennungskraftmaschine - sofern die Abtriebswelle in einer ungünstigen Drehposition zum Stillstand kommt - mittels eines zusätzlichen Elektromotors in eine für den Direktstart vorteilhafte Winkellage gedreht werden. Die Erfindung ermöglicht es nun, auf zusätzliche Aktoren und insbesondere Elektromotoren zum Positionieren der Abtriebswelle zu verzichten, wobei die Abtriebswelle besonders einfach, kosten-, gewichts- und bauraumgünstig in die wenigstens eine vorgegebene Drehstellung gebracht und dort arretiert werden kann. In der Folge kann die Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhaft per Direktstart gestartet werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren einer Abtriebswelle einer Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Bei dem Verfahren ist die Abtriebswelle um eine Drehachse relativ zu einem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine drehbar, wobei die Verbrennungskraftmaschine über die Abtriebswelle Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Bei dem Verfahren ist wenigstens ein Speicherelement vorgesehen, welches zumindest ein erstes Teil und zumindest ein zweites Teil aufweist. Der zweite Teil wird durch eine um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse erfolgende Drehung der Abtriebswelle relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem ersten Teil bewegt, wodurch Rotationsenergie der Abtriebswelle in das Speicherelement eingespeichert und dadurch das Speicherelement aufgeladen wird.
Um nun auf besonders einfache, gewichts-, kosten- und bauraumgünstige Weise einen besonders vorteilhaften Start der zunächst deaktivierten Verbrennungskraftmaschine per Direktstart realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine eine Sperreinrichtung aufweist, welche zwischen einem dem ersten Teil des Speicherelements für eine relativ zu dem Gehäuse in wenigstens eine Bewegungsrichtung, insbesondere um die Drehachse, erfolgende Bewegung, insbesondere Drehung, freigebenden Freigabezustand und einen den ersten Teil gegen eine relativ zu dem Gehäuse in die Bewegungsrichtung, insbesondere um die Drehachse, erfolgende Bewegung, insbesondere Drehung, sichernden Sperrzustand verstellt wird, in welchem die Abtriebswelle infolge ihres aus einer Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine resultierenden Auslaufs über die Teile mittels der Sperreinrichtung in wenigstens einer vorgegebenen Drehstellung relativ zu dem Gehäuse positioniert und arretiert wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine umfasst.
1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Darstellung einen Antriebsstrang 10 für ein Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet sein kann. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand den Antriebsstrang 10 aufweist. Außerdem weist das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens oder genau zwei in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordnete Achsen auf, von denen in der Fig. eine mit 12 bezeichnete Achse erkennbar ist. Die Achse 12 weist wenigstens oder genau zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete und einfach auch als Räder bezeichnete Fahrzeugräder 14 auf. Der Antriebsstrang 10 umfasst dabei eine Verbrennungskraftmaschine 16, ein Getriebe 18 und ein auch als Differentialgetriebe bezeichnetes Achsgetriebe 20, welches beispielsweise Bestandteil der Achse 12 ist. Dabei sind die Räder über das Achsgetriebe 20 von dem Getriebe 18 antreibbar, welches wiederum von der Verbrennungskraftmaschine 16 angetrieben werden kann. Somit sind die Fahrzeugräder 14 über das Achsgetriebe 12 und das Getriebe 18 von der Verbrennungskraftmaschine 16 antreibbar, wodurch das Kraftfahrzeug insgesamt angetrieben werden kann.
Die Verbrennungskraftmaschine 16 weist ein Gehäuse 22 auf, welches beispielsweise als Kurbelgehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildet sein kann. Beispielsweise bildet oder begrenzt das Gehäuse 22 wenigstens einen oder aber mehrere Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 16, wobei der jeweilige Zylinder einen jeweiligen Brennraum teilweise begrenzt. Ist die Verbrennungskraftmaschine 16 aktiviert, so befindet sich die Verbrennungskraftmaschine 16 in ihrem befeuerten Betrieb. Während des befeuerten Betriebs laufen in den Brennräumen und somit in den Zylindern Verbrennungsvorgänge ab.
Die Verbrennungskraftmaschine 16 weist dabei eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle 24 auf, welche um eine Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 drehbar ist. In dem jeweiligen Zylinder ist ein jeweiliger Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Der jeweilige Kolben ist dabei über einen jeweiligen Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle (Abtriebswelle 24) verbunden, sodass die translatorische Bewegung des jeweiligen Kolbens in den jeweiligen Zylindern in eine rotatorische Bewegung der Abtriebswelle 24 um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 umgewandelt werden kann. Durch die während des befeuerten Betriebs in den Brennräumen ablaufenden Verbrennungsvorgänge werden die Kolben angetrieben und somit translatorisch bewegt, wodurch die Abtriebswelle 24 angetrieben und dadurch relativ zu dem Gehäuse 22 um die Drehachse 26 gedreht wird. Über die Abtriebswelle 24 kann die Verbrennungskraftmaschine 16 Drehmomente zum Antreiben der Fahrzeugräder 14 und somit zum Antreiben des Kraftfahrzeugs insgesamt bereitstellen.
Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Verbrennungskraftmaschine 16 ein separat von der Abtriebswelle 24 ausgebildetes Zweimassenschwungrad 28 aufweist, welches beispielsweise eine Primärmasse 30 und eine Sekundärmasse 32 aufweist. Die Primärmasse 30 ist beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, drehfest mit der Abtriebswelle 24 verbunden. Die Sekundärmasse 32 ist beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, drehfest mit einer Getriebeeingangswelle 34 des Getriebes 18 verbunden. In um die Drehachse 26 verlaufender Umfangsrichtung ist die Primärmasse 30 an der Sekundärmasse 32 über wenigstens eine in der Fig. nicht näher erkennbare Feder abgestützt, welche somit um die Drehachse 26 verlaufende Relativdrehungen zwischen der Primärmasse 30 und der Sekundärmasse 32 zulässt. Infolge dieser Relativdrehungen zwischen der Primärmasse 30 und der Sekundärmasse 32 wird die Feder des Zweimassenschwungrades 28 gespannt, insbesondere komprimiert, wodurch die Relativdrehungen zwischen der Primärmasse 30 und der Sekundärmasse 32 gedämpft werden. Hierdurch werden Torsionsschwingungen der Abtriebswelle 24 gedämpft.
Die Verbrennungskraftmaschine 16 weist außerdem ein Speicherelement 36 auf, welches zumindest einen ersten Teil T1 und zumindest einen zweiten Teil T2 aufweist. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist der zweite Teil T2 durch eine um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse 22 erfolgende Drehung der Abtriebswelle 24 von der Abtriebswelle 24 antreibbar und dadurch relativ zu dem Gehäuse 22 und relativ zu dem ersten Teil T1 bewegbar, insbesondere drehbar. Insbesondere können die Teile T1 und T2 um die Drehachse 26 in eine erste Drehrichtung und in ein der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung relativ zu dem Gehäuse 22 gedreht werden, sodass beispielsweise der Teil T2 dadurch in die erste Drehrichtung um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 gedreht wird beziehungsweise gedreht werden kann, wenn die Abtriebswelle 24 in die erste Drehrichtung um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 gedreht wird beziehungsweise wenn sich die Abtriebswelle 24 in die erste Drehrichtung um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 dreht. Ferner kann beispielsweise der zweite Teil T2 dadurch um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 in die zweite Drehrichtung gedreht werden, dass die Abtriebswelle 24 um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 in die zweite Drehrichtung gedreht wird beziehungsweise dass sich die Abtriebswelle 24 um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 in die zweite Drehrichtung dreht.
Durch Bewegen, insbesondere Drehen, des Teils T2 relativ zu dem Teil T1 wird Energie in das Speicherelement 36 eingespeichert, das heißt in dem Speicherelement 36 gespeichert, wodurch das Speicherelement 36 aufgeladen wird. Da die Teile T1 und T2 dadurch relativ zueinander bewegt, insbesondere relativ zueinander gedreht, werden, dass die Abtriebswelle 24 um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 gedreht wird beziehungsweise sich dreht, kann mittels Rotationsenergie der Abtriebswelle 24 der Teil T2 relativ zum Teil T1 bewegt, insbesondere gedreht, werden, sodass mittels Rotationsenergie der Abtriebswelle 24 das Speicherelement 36 aufgeladen werden kann, mithin Rotationsenergie der Abtriebswelle 24 in das Speicherelement 36 eingespeichert beziehungsweise in dem Speicherelement 36 gespeichert werden kann.
Um nun einen besonders vorteilhaften Direktstart der Verbrennungskraftmaschine 16 durchführen, das heißt die Verbrennungskraftmaschine 16 besonders vorteilhaft per Direktstart starten zu können, weist die Verbrennungskraftmaschine 16 eine separat von der Abtriebswelle 24 und separat von dem Speicherelement 36 ausgebildete Sperreinrichtung 38 auf, welche gegen relativ zu dem Gehäuse 22 um die Drehachse 26 erfolgende Drehungen beziehungsweise gegen relativ zu dem Gehäuse 22 entlang der oder in die Bewegungsrichtung erfolgende Bewegungen gesichert ist. Hierzu ist beispielsweise die Sperreinrichtung 38 zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Gehäuse 22 gehalten. Die Sperreinrichtung 38 ist zwischen einem Freigabezustand und einem Sperrzustand verstellbar beziehungsweise umschaltbar. In dem Sperrzustand wird der erste Teil T1 des Speicherelements 36 mittels der Sperreinrichtung 38 gegen eine relativ zu dem Gehäuse 22 in die beziehungsweise entlang der Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung, das heißt vorliegend gegen eine relativ zu dem Gehäuse 22 um die Drehachse 26 erfolgende Drehung sowohl in die erste Drehrichtung als auch in die zweite Drehrichtung gesichert, sodass in dem Sperrzustand der erste Teil T1 weder in die erste Drehrichtung noch in die zweite Drehrichtung relativ zu dem Gehäuse 22 um die Drehachse 26 gedreht werden kann. In dem Freigabezustand jedoch gibt die Sperreinrichtung 38 den ersten Teil T1 des Speicherelements 36 für eine relativ zu dem Gehäuse 22 in die beziehungsweise entlang der Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung, das heißt vorliegend für eine relativ zu dem Gehäuse 22 um die Drehachse 26 erfolgende Drehung sowohl in die erste Drehrichtung als auch in die zweite Drehrichtung frei, sodass beispielsweise im Freigabezustand der erste Teil T1 um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 in die erste Drehrichtung und in die zweite Drehrichtung gedreht werden kann.
Der zweite Teil T2 ist insbesondere dadurch von der Abtriebswelle 24 antreibbar und beispielsweise in der Folge in die oder entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuse 22 bewegbar, insbesondere in die erste Drehrichtung und in die zweite Drehrichtung um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 drehbar, dass der Teil T2 mit der Abtriebswelle 24 zumindest mittelbar, insbesondere direkt, drehfest koppelbar oder vorliegend gekoppelt ist. Wird somit der erste Teil T1 mittels der Sperreinrichtung 38 gegen relativ zu dem Gehäuse 22 um die Drehachse 26 erfolgende Drehungen gesichert, während die Abtriebswelle 24 um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 gedreht wird beziehungsweise während sich die Abtriebswelle 24 um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 dreht, so wird dadurch der Teil T2 mittels der Abtriebswelle 24 um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 und auch relativ zu dem Teil T1 gedreht, wodurch das Speicherelement 36 aufgeladen und Rotationsenergie der Abtriebswelle 24 in das Speicherelement 36 eingespeichert wird. Daraus folgt auch, dass in dem Sperrzustand die Abtriebswelle 24 infolge ihres aus einer Deaktivierung der zunächst aktivierten Verbrennungskraftmaschine 16 resultierenden Auslaufs über die Teile T1 und T2 mittels der Sperreinrichtung 38 in wenigstens eine vorgegebene Drehstellung relativ zu dem Gehäuse 22 positionierbar und arretierbar ist beziehungsweise positioniert und arretiert wird. Mit anderen Worten, wird beispielsweise die zunächst aktivierte und zunächst sich in ihrem befeuerten Betrieb befindende Verbrennungskraftmaschine 16 deaktiviert, so kann sich die Abtriebswelle 24 beispielsweise aufgrund ihres Trägheitsmoments noch eine gewisse Zeit weiterdrehen, ohne angetrieben zu werden. Befindet sich dabei beispielsweise zunächst die Sperreinrichtung 38 in ihrem Freigabezustand, so werden der Teil T2 und über diesen der Teil T1 von der Abtriebswelle 24 angetrieben und somit insbesondere gemeinsam um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 gedreht. Dabei unterbleibt eine Relativbewegung beziehungsweise Relativdrehung zwischen den Teilen T1 und T2.
Wird dann jedoch beispielsweise die Sperreinrichtung 38 aus ihrem Freigabezustand in ihren Sperrzustand umgeschaltet, sodass sich der Teil T1 nicht mehr um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 drehen kann, so dreht beispielsweise die sich in die erste Drehrichtung drehende Abtriebswelle 24 den Teil T2 um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 und relativ zu dem Teil T1 in die erste Drehrichtung, insbesondere solange, bis die Abtriebswelle 24 in ihren Stillstand kommt. Hierdurch wird das Speicherelement 36 aufgeladen beziehungsweise es wird Rotationsenergie der Abtriebswelle 24 in dem Speicherelement 36 gespeichert. Nachdem die Abtriebswelle 24 ihren Stillstand erreicht hat, kann sich das Speicherelement 36 zumindest teilweise entladen. Dies bedeutet, dass das Speicherelement 36 die in ihm gespeicherte Rotationsenergie bereitstellen und insbesondere dazu nutzen kann, um die Abtriebswelle 24 ausgehend von ihrem Stillstand um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 in die zweite Drehrichtung zu drehen. Dabei wird der Teil T2 in die zweite Drehrichtung relativ zu dem Gehäuse 22 um die Drehachse 26 und relativ zu dem Teil T1 gedreht. Das Speicherelement 36 dreht die Abtriebswelle 24 in die zweite Drehrichtung insbesondere solange, bis das Speicherelement 36, insbesondere vollständig, entladen ist. Aufgrund ihres Trägheitsmoments jedoch kann sich die Abtriebswelle 24 weiter in die zweite Drehrichtung drehen, wodurch das Speicherelement 36 erneut aufgeladen wird, insbesondere derart, dass das Teil T2 von der Abtriebswelle 24 in die zweite Drehrichtung relativ zu dem Teil T1 um die Drehachse 26 gedreht wird. Hierbei wird erneut Rotationsenergie in das Speicherelement 36 eingespeichert. Ein solches Hin- und Herdrehen der Abtriebswelle 24 in die erste Drehrichtung und die zweite Drehrichtung kann mehrmals abwechselnd aufeinanderfolgend stattfinden, insbesondere solange, bis sich ein Gleichgewicht einstellt beziehungsweise bis das Speicherelement 36, insbesondere vollständig, entladen ist und sich die Abtriebswelle 24 in ihrem Stillstand befindet. Dann nimmt die Abtriebswelle 24 die zuvor genannte, wenigstens eine vorgegebene Drehstellung ein, welche besonders vorteilhaft zum Durchführen eines Direktstarts zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 16 ist. Somit werden das Speicherelement 36, die Sperreinrichtung 38 und die Rotationsenergie der Abtriebswelle 24 genutzt, um die Abtriebswelle 24 vorteilhaft in die wenigstens eine vorgegebene Drehstellung zu bringen und dort zu arretieren. Zusätzliche Aktoren wie beispielsweise Elektromotoren zum Positionieren der Abtriebswelle 24 sind nicht vorgesehen und nicht erforderlich.
Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Speicherelement 36 ein mechanisches Federelement 40, welches vorliegend als eine Drehfeder ausgebildet ist. Grundsätzlich könnte das mechanische Federelement 40 die zuvor genannte Feder des Zweimassenschwungrades 28 sein. Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel jedoch ist das Federelement 40 ein separat von dem Zweimassenschwungrad 28 ausgebildetes und zusätzlich dazu vorgesehenes Bauelement, welches in axialer Richtung der Abtriebswelle 24 zwischen der Abtriebswelle 24 und einem Sperrelement 42 angeordnet ist. Das Sperrelement 42 ist separat von dem Federelement 40, separat von dem Zweimassenschwungrad 28 und separat von der Abtriebswelle 24 ausgebildet, wobei der Teil T1 drehfest mit dem Sperrelement 42 verbunden ist. Der Teil T2 ist drehfest mit der Abtriebswelle 24 verbunden. Die Teile T1 und T2 sind vorliegend einstückig miteinander ausgebildete Federteile des Federelements 40.
Das Sperrelement 42 weist mehrere Formschlusselemente auf, welche vorliegend als Ausnehmungen 44 ausgebildet sind. Die jeweilige Ausnehmung 44 kann beispielsweise als eine Bohrung ausgebildet sein. Die Ausnehmungen 44 sind in um die Drehachse 26 verlaufender Umfangsrichtung des Sperrelements 42 gleichmäßig verteilt angeordnet und dabei in einer außenumfangsseitigen Mantelfläche 46 des Sperrelements 42 angeordnet oder ausgebildet. Die außenumfangsseitige Mantelfläche 46 des Sperrelements 42 weist dabei in radialer Richtung der Abtriebswelle 24 nach außen.
Die Sperreinrichtung 38 weist einen Aktor 48 und ein weiteres Sperrelement 50 auf, welches mittels des Aktors 48 entlang einer in der Fig. durch eine strichpunktierte Linie 52 veranschaulichten Betätigungsrichtung relativ zu dem Sperrelement 42 und relativ zu der Abtriebswelle 24, insbesondere translatorisch, bewegt werden kann. Vorliegend verläuft die Betätigungsrichtung schräg oder vorliegend senkrecht zur Drehachse 26. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass eine erste Ebene, welche senkrecht zur Drehachse 26 verläuft, senkrecht zu einer zweiten Ebene verläuft, welche senkrecht zur Betätigungsrichtung verläuft.
In dem in der Fig. gezeigten Sperrzustand greift das Sperrelement 50 in, insbesondere genau, eine der Ausnehmungen 44 des Sperrelements 42 ein, sodass in dem Sperrzustand die Sperreinrichtung 38 formschlüssig mit dem Sperrelement 42 zusammenwirkt. Dadurch werden in dem Sperrzustand das Sperrelement 42 und über dieses der drehfest mit dem Sperrelement 42 verbundene Teil T1 des Federelements 40 mittels der Sperreinrichtung 38 formschlüssig gegen um die Drehachse 26 relativ zu dem Gehäuse 22 in die erste Drehrichtung und in die zweite Drehrichtung erfolgende Drehungen gesichert werden.
Um die Sperreinrichtung 38 aus dem Sperrzustand in den Freigabezustand zu verstehen, wird das beispielsweise als Bolzen, Stift oder Arretierungsbolzen ausgebildete Sperrelement 50 derart entlang der Betätigungseinrichtung bewegt, dass das Sperrelement 50 in keine der Ausnehmungen 44 eingreift beziehungsweise nicht mehr mit dem Sperrelement 42 zusammenwirkt.
Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Brennräume der Anzahl der Ausnehmungen 44. Ist somit die Verbrennungskraftmaschine 16 beispielsweise als Vier-Zylinder-Motor ausgebildet, sodass die Verbrennungskraftmaschine 16 genau vier Zylinder und somit genau vier Brennräume aufweist, so sind vorzugsweise genau vier Ausnehmungen 44 vorgesehen.
Aus der Fig. ist besonders gut erkennbar, dass bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel das Sperrelement 42 als eine Positionierscheibe ausgebildet ist, die an einem vorderen Ende der vorliegend als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle 24 angeordnet ist. Das Sperrelement 42 ist über das als Drehfeder ausgebildete Federelement 40 drehmomentübertragend mit der Abtriebswelle 24 verbunden. Der gehäusefeste Aktor 48 kann das beispielsweise als Arretierungsbolzen ausgebildete Sperrelement 50 formschlüssig in die Positionierscheibe einfahren, um dadurch die Positionierscheibe und somit den Teil T1 formschlüssig zu sichern.
Wird die zunächst aktivierte und sich somit in ihrem befeuerten Betrieb befindende Verbrennungskraftmaschine 16 deaktiviert, das heißt abgestellt, so werden eine Zündung in dem jeweiligen Zylinder und eine Einspritzung in den jeweiligen Zylinder abgeschaltet. Als Folge davon geht die Abtriebswelle 24 in ihren Auslauf über, in welchem die Drehzahl der Abtriebswelle 24 sinkt.
Die Verbrennungskraftmaschine 16 weist dabei einen Sensor 54 auf, mittels welchem jeweilige Drehstellungen und somit die Drehzahl der Abtriebswelle 24 erfasst werden. Der Sensor 54 stellt ein elektrisches Signal bereit, welches die mittels des Sensors 54 erfassten Drehstellungen der Abtriebswelle 24 beziehungsweise die mittels des Sensors 54 erfasste Drehzahl der Abtriebswelle 24 charakterisiert. Das von dem Sensor 54 bereitgestellte Signal wird beispielsweise von einer in der Fig. besonders schematisch dargestellten, elektronischen Recheneinrichtung 56 empfangen, die beispielsweise die Sperreinrichtung 38 in Abhängigkeit von dem empfangenen Signal und somit in Abhängigkeit von den Drehstellungen beziehungsweise der Drehzahl der Abtriebswelle 24 betreiben kann. Die jeweilige Drehstellung der Abtriebswelle 24 wird auch als Winkelposition oder Winkelstellung bezeichnet.
Aus der Fig. ist erkennbar, dass der Sensor 54 jeweilige Drehstellungen beziehungsweise eine Drehzahl des Zweimassenschwungrads 28 erfassen kann. Da beispielsweise das Zweimassenschwungrad 28 drehfest mit der Abtriebswelle 24 verbunden ist, korrespondieren die Drehstellungen des Zweimassenschwungrads 28 mit den Drehstellungen der Abtriebswelle 24 beziehungsweise die Drehzahl des Zweimassenschwungrads 28 korrespondiert mit der Drehzahl der Abtriebswelle 24. Wird beispielsweise berechnet, dass der Stillstand der Abtriebswelle 24 während der nächsten 270 Grad Kurbelwinkel, das heißt während der nächsten dreiviertel Umdrehung eintritt, wird beispielsweise das Sperrelement 50 ausgelöst, sodass das Sperrelement 50 in eine der Ausnehmungen 44 des nun langsam drehenden Sperrelements 42 eingreift. Mit anderen Worten wird die Sperreinrichtung 38 in ihren Sperrzustand verstellt. In der Folge wird das Sperrelement 42 in der wenigstens einen vorgegebenen, für den Direktstart vorteilhaften Drehstellung verriegelt, das heißt festgelegt. Die Abtriebswelle 24 kann sich noch einige Winkelgrade drehen, da das Federelement 40 Relativdrehungen zwischen den Teilen T1 und T2 und somit zwischen dem Sperrelement 42 und der Abtriebswelle 24 zulässt. Dabei wird die Abtriebswelle 24 mittels des Federelements 40 gebremst. In der Folge wird die Abtriebswelle 24 mittels des Federelements 40 in die wenigstens eine vorgegebene Drehstellung gedreht, welche mit der Drehstellung korrespondiert, in der das Sperrelement 42 mittels der Sperreinrichtung 38 festgelegt ist. Die wenigstens eine vorgegebene Drehstellung ist dabei eine vorteilhafte Startposition, welche einen zuverlässigen Direktstart der Verbrennungskraftmaschine 16 ermöglicht. Insgesamt ist erkennbar, dass die Abtriebswelle 24 bereits zu Beginn des Direktstarts beziehungsweise vor dem Direktstart die vorteilhafte, wenigstens eine vorgegebene Drehstellung einnimmt, sodass der Direktstart zumindest nahezu verzögerungsfrei und vorteilhaft durchgeführt werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsstrang
12: Achse
14: Fahrzeugrad
16: Verbrennungskraftmaschine
18: Getriebe
20: Achsgetriebe
22: Gehäuse
24: Abtriebswelle
26: Drehachse
28: Zweimassenschwungrad
30: Primärmasse
32: Sekundärmasse
34: Getriebeeingangswelle
36: Speicherelement
38: Sperreinrichtung
40: Federelement
42: Sperrelement
44: Ausnehmung
46: außenumfangsseitige Mantelfläche
48: Aktor
50: Sperrelement
52: strichpunktierte Linie
54: Sensor
56: elektronische Recheneinrichtung
T1: erster Teil
T2: zweiter Teil

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

DE 102009001317 A1 [0002]

Claims

Verbrennungskraftmaschine (16) für ein Kraftfahrzeug, mit einer um eine Drehachse (26) relativ zu einem Gehäuse (22) der Verbrennungskraftmaschine (16) drehbaren Abtriebswelle (24), über welche von der Verbrennungskraftmaschine (16) Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellbar sind, und mit wenigstens einem Speicherelement (36), welches zumindest einen ersten Teil (T1) und zumindest einen zweiten Teil (T2) aufweist, welcher durch eine um die Drehachse (26) relativ zu dem Gehäuse (22) erfolgende Drehung der Abtriebswelle (24) von der Abtriebswelle (24) antreibbar und dadurch relativ zu dem Gehäuse (22) und relativ zu dem ersten Teil (T1) bewegbar ist, wodurch Rotationsenergie der Abtriebswelle (24) in das Speicherelement (36) einspeicherbar und dadurch das Speicherelement (36) aufladbar ist, gekennzeichnet durch eine Sperreinrichtung (38), welche zwischen einem den ersten Teil (T1) des Speicherelements (36) für eine relativ zu dem Gehäuse (22) in wenigstens eine Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung freigebenden Freigabezustand und einem den ersten Teil (T1) gegen eine relativ zu dem Gehäuse (22) in die Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung sichernden Sperrzustand verstellbar ist, in welchem die Abtriebswelle (24) infolge ihres aus einer Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine (16) resultierenden Auslaufs über die Teile (T1, T2) mittels der Sperreinrichtung (38) in wenigstens einer vorgegebenen Drehstellung relativ zu dem Gehäuse (22) positionierbar und arretierbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (36) ein mechanisches Federelement (40), insbesondere eine Drehfeder (40), ist.
Verbrennungskraftmaschine (16) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (T1, T2) einstückig miteinander ausgebildete Federteile des Federelements (40) sind.
Verbrennungskraftmaschine (16) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (40) Bestandteil eines eine Primärmasse (30) und eine Sekundärmasse (32) aufweisenden Zweimassenschwungrades (28) ist, dessen Primärmasse (30) in um die Drehachse (26) verlaufender Umfangsrichtung des Zweimassenschwungrades (28) über das Federelement (40) an der Sekundärmasse (32) abgestützt ist.
Verbrennungskraftmaschine (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein separat von dem Federelement (40) ausgebildetes und drehfest mit dem ersten Teil (T1) verbundenes Sperrelement (42), mit welchem die Sperreinrichtung (38) in dem Sperrzustand, insbesondere formschlüssig, zusammenwirkt, wodurch das Sperrelement (42) und über dieses der erste Teil (T1) gegen eine relativ zu dem Gehäuse (22) in die Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung zu sichern sind.
Verbrennungskraftmaschine (16) nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (42) die Sekundärmasse (32) oder Bestandteil der Sekundärmasse (32) oder separat von der Sekundärmasse (32) ausgebildet und drehfest mit der Sekundärmasse (32) verbunden ist.
Verbrennungskraftmaschine (16) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (42) eine Anzahl an Formschlusselementen (44) aufweist, wobei die Sperreinrichtung (38) in dem Sperrzustand mit einem jeweiligen der Formschlusselemente (44) zusammenwirkt, wodurch das Sperrelement (42) und über dieses der erste Teil (T1) gegen eine relativ zu dem Gehäuse (22) in die Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung formschlüssig gesichert sind.
Verbrennungskraftmaschine (16) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (16) eine Anzahl an Brennräumen aufweist, wobei die Anzahl der Brennräume der Anzahl der Formschlusselemente (44) entspricht.
Verbrennungskraftmaschine (16) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (44) in um die Drehachse (26) verlaufender Umfangsrichtung des Sperrelements (42) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Verfahren zum Positionieren einer Abtriebswelle (24) einer Verbrennungskraftmaschine (16) für ein Kraftfahrzeug, bei welchem die Abtriebswelle (24) um eine Drehachse (26) relativ zu einem Gehäuse (22) der Verbrennungskraftmaschine (16) drehbar ist, über deren Abtriebswelle (24) Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs von der Verbrennungskraftmaschine (16) bereitstellbar sind, wobei wenigstens ein Speicherelement (36) vorgesehen ist, welches zumindest einen ersten Teil (T1) und zumindest einen zweiten Teil (T2) aufweist, welcher durch eine um die Drehachse (26) relativ zu dem Gehäuse (22) erfolgende Drehung der Abtriebswelle (24) relativ zu dem Gehäuse (22) und relativ zu dem ersten Teil (T1) bewegt wird, wodurch Rotationsenergie der Abtriebswelle (24) in das Speicherelement (36) eingespeichert und dadurch das Speicherelement (36) aufgeladen wird, gekennzeichnet durch eine Sperreinrichtung (38), welche zwischen einem den ersten Teil (T1) des Speicherelements (36) für eine relativ zu dem Gehäuse (22) in wenigstens eine Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung freigebenden Freigabezustand und einem den ersten Teil (T1) gegen eine relativ zu dem Gehäuse (22) in die Bewegungsrichtung erfolgende Bewegung sichernden Sperrzustand verstellt wird, in welchem die Abtriebswelle (24) infolge ihres aus einer Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine (16) resultierenden Auslaufs über die Teile (T1, T2) mittels der Sperreinrichtung (38) in wenigstens einer vorgegebenen Drehstellung relativ zu dem Gehäuse (22) positioniert und arretiert wird.