DE112016005475T5

DE112016005475T5 - Dreimassen-schwungrad

Info

Publication number: DE112016005475T5
Application number: DE112016005475.0T
Authority: DE
Inventors: Wesley L. Shaw
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2018-08-09
Also published as: WO2017116699A1; US20190011010A1; US11384812B2

Abstract

Ein Dreimassen-Schwungrad (104, 304, 504, 604) umfasst einen ersten Schwungradteil (112, 312, 512, 612), einen zweiten Schwungradteil (114, 314, 514, 614) und einen dritten Schwungradteil (116, 316, 516, 616), die alle zur Drehung an einer Achse (118, 318) angeordnet sind. Das Dreimassen-Schwungrad (104, 304, 504, 604) umfasst auch einen ersten Torsionsdämpfer (120, 320, 520, 620), der mit dem ersten Schwungradteil (112, 312, 512, 612) und dem zweiten Schwungradteil (114, 314, 514, 614) verbunden ist, und einen zweiten Torsionsdämpfer (122, 322, 522, 622), der mit dem zweiten Schwungradteil (114, 314, 514, 614) und dem dritten Schwungradteil (116, 316, 516, 616) verbunden ist. Der zweite Schwungradteil (114, 314, 514, 614) wird durch einen Elektromotor (110, 310, 510, 610) angetrieben, um die Spannung des ersten Torsionsdämpfer (120, 320, 520, 620) relativ zu dem ersten Schwungradteil (112, 312, 512, 612) und des zweiten Torsionsdämpfers (122, 322, 522, 622) relativ zu dem dritten Schwungradteil (116, 316, 516, 616) einzustellen. Der Elektromotor (110, 310, 510, 610) kann auch durch Drehung des zweiten Schwungradteils (114, 314, 514, 614) angetrieben werden, um elektrische Energie zur Verwendung in einem Fahrzeug zu speichern.

Description

HINTERGRUND
Ein Schwungrad ist eine Scheibe mit beträchtlicher Masse, die ein hohes Trägheitsmoment aufweist. Eine Funktion des Schwungrads ist es, Drehzahlveränderungen zu widerstehen. Auf dem Gebiet der Fahrzeugantriebsstränge wird ein Schwungrad mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors verbunden. Somit widersteht das Schwungrad in einem Verbrennungsmotor der Winkelbeschleunigung und -verzögerung der Kurbelwelle. Dieser Widerstand gegen Beschleunigung und Verzögerung verringert Schwankungen in der Drehzahl der Kurbelwelle, die andernfalls durch die lineare Oszillationsbewegung der Kolben verursacht werden würden. Ohne das Schwungrad könnten die Schwankungen in der Drehzahl der Kurbelwelle potenziell starke Schwingungen innerhalb des Fahrzeugs verursachen.
Ein Doppelmassen-Schwungrad umfasst zwei separate Schwungradteile, die miteinander durch einen Torsionsdämpfer verbunden sind. Der Torsionsdämpfer verbindet die beiden Schwungradteile so, dass eine relative Drehung zwischen ihnen um die Achse der Drehung des Schwungrads möglich ist, wobei der Torsionsdämpfer der relativen Drehung der beiden Schwungradteile widersteht und sie in eine drehungsmäßig neutrale Stellung drängt. Das herkömmliche Doppelmassen-Schwungrad ist jedoch durch die Federrate und Kapazität des Torsionsdämpfers eingeschränkt, was den Bereich der Drehzahlen, die effektiv gedämpft werden können, ebenfalls begrenzt.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der offenbarten Ausführungsformen ist ein Dreimassen-Schwungrad umfassend einen ersten Schwungradteil, der zur Drehung an einer Achse angeordnet ist, einen zweiten Schwungradteil, der zur Drehung an der Achse angeordnet ist, einen dritten Schwungradteil, der zur Drehung an der Achse angeordnet ist, einen ersten Torsionsdämpfer, der mit dem ersten Schwungradteil und dem zweiten Schwungradteil verbunden ist, und einen zweiten Torsionsdämpfer, der mit dem zweiten Schwungradteil und dem dritten Schwungradteil verbunden ist. Der zweite Schwungradteil wird durch einen Elektromotor angetrieben, um die Spannung des ersten Torsionsdämpfers relativ zu dem ersten Schwungradteil und des zweiten Torsionsdämpfers relativ zu dem dritten Schwungradteil einzustellen.
Ein weiterer Aspekt der offenbarten Ausführungsformen ist ein Fahrzeugantriebsstrang. Der Fahrzeugantriebsstrang umfasst einen Motor, der Drehantriebsleistung bereitstellt, sowie ein Dreimassen-Schwungrad, das die Drehantriebsleistung von dem Motor aufnimmt. Das Dreimassen-Schwungrad umfasst einen ersten Schwungradteil, der zur Drehung an einer Achse angeordnet ist und in Kommunikation mit einem Motor steht, einen zweiten Schwungradteil, der zur Drehung an der Achse angeordnet ist, einen dritten Schwungradteil, der zur Drehung an der Achse angeordnet ist. Der erste Schwungradteil und der zweite Schwungradteil und der dritte Schwungradteil sind in Reihe entlang der Achse angeordnet. Das Dreimassen-Schwungrad umfasst auch einen ersten Torsionsdämpfer, der mit dem ersten Schwungradteil und dem zweiten Schwungradteil verbunden ist, und einen zweiten Torsionsdämpfer, der mit dem zweiten Schwungradteil und dem dritten Schwungradteil verbunden ist. Eine dem zweiten Torsionsdämpfer zugeordnete Dämpfungskonstante ist niedriger als eine dem ersten Torsionsdämpfer zugeordnete Dämpfungskonstante.
Der Fahrzeugantriebsstrang umfasst auch einen Elektromotor. Der Elektromotor treibt das zweite Schwungradteil an, um die Spannung des ersten Torsionsdämpfers relativ zu dem ersten Schwungradteil und des zweiten Torsionsdämpfers relativ zu dem dritten Schwungradteil einzustellen. Der Elektromotor wird alternativ durch den zweiten Schwungradteil angetrieben, um elektrische Energie zur Verwendung in einem Fahrzeug zu speichern. Der Elektromotor ist von der Achse beabstandet, um die sich der erste, zweite und dritte Schwungradteil drehen. Der Fahrzeugantriebsstrang umfasst auch ein Getriebe in Kommunikation mit dem dritten Schwungradteil, das Drehantriebsleistung erhält.
Figurenliste
Die hierin enthaltene Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen sich innerhalb der verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile beziehen.

1 ist eine schematische Veranschaulichung und zeigt einen Abschnitt eines Fahrzeugantriebsstrangs.
2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung und zeigt das Dreimassen-Schwungrad in dem Fahrzeugantriebsstrang von 1.
3 ist eine schematische Veranschaulichung und zeigt einen Abschnitt eines weiteren F ahrzeugantri eb sstrangs.
4 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung und zeigt ein weiteres Dreimassen-Schwungrad in dem Fahrzeugantriebsstrang von 3.
5 ist eine schematische Veranschaulichung und zeigt einen Abschnitt eines weiteren Fahrzeugantriebsstrangs.
6 ist eine schematische Veranschaulichung und zeigt einen Abschnitt eines weiteren Fahrzeugantriebsstrangs.
7 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Isolationsleistung der Dreimassen-Schwungräder der 1-6.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Offenbarung hierin betrifft Dreimassen-Schwungräder mit drei Schwungradteilen, die zur Drehung an einer Achse angeordnet sind. Erste Torsionsdämpfer verbinden den ersten Schwungradteil und den zweiten Schwungradteil, und zweite Torsionsdämpfer mit unterschiedlichen Dämpfungskonstanten verbinden den zweiten Schwungradteil und den dritten Schwungradteil, wobei beide Sätze von Torsionsdämpfern die Drehung der Schwungradteile in Bezug aufeinander steuern. Ein Elektromotor kann unabhängig den zweiten Schwungradteil antreiben, um die Spannung des ersten Torsionsdämpfers relativ zu dem ersten Schwungradteil und des zweiten Torsionsdämpfers relativ zu dem dritten Schwungradteil einzustellen. Der Elektromotor kann auch durch Drehung des zweiten Schwungradteils angetrieben werden, um elektrische Energie zur Verwendung zu speichern, zum Beispiel in einem Hybridfahrzeug.
1 ist eine Veranschaulichung, die einen Abschnitt eines Fahrzeugantriebsstrangs 100 zeigt, der einen Motor 102, ein Dreimassen-Schwungrad 104, eine Kupplung 106, ein Getriebe 108 und einen Elektromotor 110 umfasst.
Der Motor 102 kann ein Verbrennungsmotor wie etwa Verbrennungsmotor mit linear oszillierenden Kolben sein, der mit dem Rest des Fahrzeugantriebsstrangs 100 durch eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Der Motor 102 kann einen positiven Drehmomentimpuls erzeugen, wenn ein Zylinder (nicht dargestellt) feuert, und einen negativen Drehmomentimpuls, wenn der Zylinder das Kraftstoff-/Luft-Gemisch verdichtet. Die Drehmomentimpulse werden durch die Beschleunigung/Verzögerung der Kolben (nicht dargestellt) verursacht, und führen zu Schwankungen in der Drehzahl der Kurbelwelle.
Die Kupplung 106 kann eine selektive Drehmomentübertragungsvorrichtung sein, die manuell betätigt oder elektronisch gesteuert wird. Die Kupplung 106 kann eine eingerückte Stellung, in der die Kupplung 106 Drehantriebsleistung überträgt, und eine ausgerückte Stellung umfassen, in der die Kupplung 106 keine Drehantriebsleistung überträgt. In einigen Implementierungen entfällt die Kupplung 106. Das Getriebe 108 kann eine herkömmliche Drehzahl- und Drehmoment- Wandlervorrichtung sein, etwa ein manuelles Getriebe, ein elektronisch gesteuertes manuelles Getriebe, ein Automatikgetriebe oder ein stufenlos variables Getriebe. Der Elektromotor 110 kann eine herkömmliche Läufer-/Ständerkonfiguration aufweisen und kann ein elektrischer Traktionsmotor sein, der in einem Hybridfahrzeug verwendet wird, und/oder ein Elektromotor, der zum Starten des Motors 102 verwendet wird.
Der Fahrzeugantriebsstrang 100 ist ein Beispiel für eine Implementierung, in der das Dreimassen-Schwungrad 104 verwendet werden kann. In diesem Beispiel wird Drehantriebsleistung sowohl von dem Motor 102 als auch dem Elektromotor 110 an das Dreimassen-Schwungrad 104 geliefert. Die Antriebsleistung wird dann an die Kupplung 106 geliefert. Die Kupplung 106 liefert, wenn sie in der eingerückten Stellung ist, die Antriebsleistung an das Getriebe 108. Zusätzliche Komponenten (nicht dargestellt) können in den Automobilantriebsstrang 100 einbezogen sein, um die Antriebsleistung von dem Getriebe 108 auf die Räder (nicht dargestellt) des Fahrzeugs (nicht dargestellt) zu übertragen. Weitere Antriebsstrang-Konfigurationen können in Verbindung mit dem Dreimassen-Schwungrad 104 eingesetzt werden, darunter solche, in denen zusätzliche Komponenten zwischen den in dem veranschaulichten Beispiel vorgesehenen Komponenten angeordnet sind.
Das Dreimassen-Schwungrad 104 von 1 umfasst einen ersten Schwungradteil 112, einen zweiten Schwungradteil 114 und einen dritten Schwungradteil 116. Alle drei Schwungradteile 112, 114, 116 drehen sich an der Achse 118 (siehe 2) und sind der Reihe nach entlang der Achse 118 angeordnet, das heißt, in sequenzieller Abfolge entlang der Achse 118 angeordnet. Der erste Schwungradteil 112 erhält Drehantriebsleistung direkt von dem Motor 102, zum Beispiel durch Verbindung mit der Kurbelwelle des Motors 102, wodurch die Drehung des ersten Schwungradteils 112 im Gleichsinn mit der Kurbelwelle verursacht wird. Der dritte Schwungradteil 116 sendet Drehantriebsleistung an das Getriebe 108.
2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung und zeigt das Dreimassen-Schwungrad 104 von 1. Der zweite Schwungradteil 114 ist mit dem ersten Schwungradteil 112 durch einen Torsionsdämpfer 120 verbunden. Der Torsionsdämpfer 120 verbindet den ersten Schwungradteil 112 mit dem zweiten Schwungradteil 114, so dass die relative Drehung des zweiten Schwungradteils 114 relativ zu dem ersten Schwungradteil 112 um die Achse 118 über einen begrenzten Winkelbereich der Bewegung erlaubt ist. Der Torsionsdämpfer 120 widersteht dieser relativen Drehung und drängt den zweiten Schwungradteil 114 in eine drehungsmäßig neutrale Stellung in Bezug auf den ersten Schwungradteil 112.
Der zweite Schwungradteil 114 ist auch mit dem dritten Schwungradteil 116 durch einen Torsionsdämpfer 122 verbunden. Der Torsionsdämpfer 122 verbindet den zweiten Schwungradteil 114 mit dem dritten Schwungradteil 116, so dass die relative Drehung des dritten Schwungradteils 116 relativ zu dem zweiten Schwungradteil 114 um die Achse 118 über einen begrenzten Winkelbereich der Bewegung erlaubt ist. Wenn die Kupplung 106 eingerückt ist, widersteht der Torsionsdämpfer 122 dieser relativen Drehung und drängt den dritten Schwungradteil 116 zu einer drehungsmäßig neutralen Stellung in Bezug auf den zweiten Schwungradteil 114.
Der Torsionsdämpfer 120 passt in entgegengesetzte Öffnungen 224, 226, die innerhalb des ersten Schwungradteils 112 und des zweiten Schwungradteils 114 definiert sind. Der Torsionsdämpfer 122 passt in entgegengesetzte Öffnungen 228, 230, die innerhalb des zweiten Schwungradteils 114 und des dritten Schwungradteils 116 definiert sind. Die Öffnungen 226, 228 in dem zweiten Schwungradteil 114 sind durch die gegebene zweiteilige Konstruktion des zweiten Schwungradteils 114 wie gezeigt axial voneinander beabstandet.
Die Torsionsdämpfer 120, 122 können eine beliebige derzeit bekannte Konstruktion oder jede später noch entwickelte Konstruktion aufweisen. Hier liegen die Torsionsdämpfer 120, 122 in der Form von Spiralfedern vor. Die Verwendung von zwei Stufen oder einer Reihe von Torsionsdämpfern 120, 122 und drei Schwungradteilen 112, 114, 116 erlaubt ungefähr die doppelte Drehung im Vergleich zur Verwendung eines Doppelmassendämpfers, das Verringern der Federraten und die Reduktion der Resonanzdrehzahlen, wodurch der Bereich der Motorbetriebsdrehzahlen erweitert wird, in dem eine Dämpfung erzielt wird. In dem Beispiel von 2 ist eine dem Torsionsdämpfer 122 zugeordnete Dämpfungskonstante niedriger als eine dem Torsionsdämpfer 120 zugeordnete Dämpfungskonstante, was durch die geringere Größe des Torsionsdämpfers 122 im Vergleich zu dem Torsionsdämpfer 120 deutlich wird.
In dem Dreimassen-Schwungrad 104 erfordert der zweite Schwungradteil 114 eine stabilisierende Verbindung, ähnlich wie der Motor 102 mit dem ersten Schwungradteil 112 verbunden ist und wie die Kupplung 106 mit dem dritten Schwungradteil 116 verbunden ist, um eine unkontrollierte freie Drehung zu verhindern und den Reihendämpfungseffekt zu erzielen, während gleichzeitig der Dämpfungseffekt auf Grundlage der Drehmomentimpulse, die von dem Motor 102 erhalten werden, abgestimmt wird. Zum Beispiel kann der Elektromotor 110 während einer Zylinderabschaltung in dem Motor 102, einer bekannten Resonanzquelle, den zweiten Schwungradteil 114 antreiben.
Der Elektromotor 110 kann von der Achse 118 beabstandet sein und unter Verwendung einer Kette (nicht dargestellt) zum Eingriff mit einem Kettenrad 232, das im Zentrum des zweiten Schwungradteils 114 angeordnet ist, den zweiten Schwungradteil 114 von 2 antreiben. Das Antreiben des Elektromotors 110 kann die Spannung der Torsionsdämpfer 120, 122 relativ zu dem ersten Schwungradteil 112 und dem dritten Schwungradteil 116 einstellen, um den zweiten Schwungradteil 114 zu stabilisieren. So kann der Elektromotor 110 verwendet werden, um die zweiten und dritten Schwungradteile 114, 116 von einer Resonanz abzuhalten, wenn die Kupplung 106 zum Beispiel beim Starten des Motors 102 nicht eingerückt ist. Dies stellt eine Verbesserung gegenüber der derzeit bekannten Doppelmassen-Schwungradkonstruktion dar, die eine erhöhte Reibung innerhalb des Doppelmassen-Schwungrads oder zusätzliche Merkmale, etwa Verriegelungen, erfordert, die dem Doppelmassen-Schwungrad hinzugefügt werden müssen, um die Schwingung des zweiten Schwungradteils 114 zu steuern, wenn die Kupplung 106 nicht eingerückt ist.
Zusätzlich zur Hinzufügung von Energie zu dem System durch Antreiben des zweiten Schwungradteils 114 kann der Elektromotor 110 auch verwendet werden, um den System Energie zu entziehen, wenn er durch den zweiten Schwungradteil 114 angetrieben wird. Wenn der zweite Schwungradteil 114 den Elektromotor 110 antreibt, kann Leistung gespeichert oder zum Beispiel an eine Fahrzeugbatterie (nicht dargestellt) geleitet werden. Dies ist insbesondere in einem Hybridfahrzeug-Antriebsstrang vorteilhaft. Das Entziehen von Leistung kann implementiert werden, wenn ein Fahrer des Fahrzeugs das Gaspedal bei weit geöffneter Drossel durchdrückt, oder wenn der Motor 102 innerhalb bestimmter Drehzahlbereiche betrieben wird. 1 und 2 beschreiben eine erste Implementierung des Dreimassen-Schwungrads 104. Weitere Beispiele eines Dreimassen-Schwungrads werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben.
3 ist eine schematische Veranschaulichung, die einen Abschnitt eines weiteren Fahrzeugantriebsstrangs 300 zeigt, der einen Motor 302, ein Dreimassen-Schwungrad 304, eine Kupplung 306, ein Getriebe 308 und einen Elektromotor 310 umfasst. Der Motor 302, die Kupplung 306, das Getriebe 308 und der Elektromotor 310 sind ähnlich jenen, die in 1 beschrieben wurden.
Das Dreimassen-Schwungrad 304 von 3 umfasst einen ersten Schwungradteil 312, einen zweiten Schwungradteil 314 und einen dritten Schwungradteil 314, der zwischen dem ersten Schwungradteil 312 und dem zweiten Schwungradteil 314 angeordnet ist. Mit anderen Worten können der erste Schwungradteil 312 und der zweite Schwungradteil 314 ein Gehäuse oder eine Abdeckung bilden, die den dritten Schwungradteil 316 umgibt, um Bauraum innerhalb des Fahrzeugantriebsstrang 300 zu sparen. Alle drei Schwungradteile 312, 314, 316 drehen sich an einer Achse 318 (siehe 4).
Der erste Schwungradteil 312 erhält Drehantriebsleistung direkt von dem Motor 302, und der zweite Schwungradteil 314 ist mit dem ersten Schwungradteil 312 durch einen Torsionsdämpfer 320 verbunden, so dass die relative Drehung des zweiten Schwungradteils 314 in Bezug auf den ersten Schwungradteil 312 um die Achse 318 über einen begrenzten Winkelbereich der Bewegung erlaubt ist. Der Torsionsdämpfer 320 widersteht dieser relativen Drehung und drängt den zweiten Schwungradteil 314 in eine drehungsmäßig neutrale Stellung in Bezug auf den ersten Schwungradteil 312.
Der zweite Schwungradteil 314 ist auch mit dem dritten Schwungradteil 316 durch einen Torsionsdämpfer 322 verbunden. Der Torsionsdämpfer 322 verbindet den zweiten Schwungradteil 314 mit dem dritten Schwungradteil 316, so dass die relative Drehung des dritten Schwungradteils 316 in Bezug auf den zweiten Schwungradteil 314 um die Achse 318 über einen begrenzten Winkelbereich der Bewegung erlaubt ist. Wenn die Kupplung 306 eingerückt ist, widersteht der Torsionsdämpfer 322 dieser relativen Drehung und drängt den dritten Schwungradteil 316 zu einer drehungsmäßig neutralen Stellung in Bezug auf den zweiten Schwungradteil 314 hin.
2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung und zeigt das Dreimassen-Schwungrad 304 in dem Fahrzeugantriebsstrang 300 von 3. In diesem Dreimassen-Schwungrad 304 liegt der Torsionsdämpfer 320 gegen einen Vorsprung 334 an, der innerhalb des ersten Schwungradteils 312 angeordnet ist, und gegen einen Vorsprung 336, der sich von dem zweiten Schwungradteil 314 erstreckt. Der Torsionsdämpfer 322 liegt gegen einen Vorsprung 338 an, der sich von dem dritten Schwungradteil 316 erstreckt, und gegen einen Vorsprung 340, der innerhalb des zweiten Schwungradteils 314 angeordnet ist. Die Positionierung der Torsionsdämpfer 320, 322 in der im Allgemeinen selben Ebene senkrecht auf die Achse 318 ermöglicht eine verringerte Packdichte. Die Torsionsdämpfer 320, 322 können eine beliebige derzeit bekannte Konstruktion oder jede später noch entwickelte Konstruktion aufweisen. Hier liegen die Torsionsdämpfer 320, 322 in der Form von Spiralfedern vor.
In dem Dreimassen-Schwungrad 304 von 3 und 4 kann der Elektromotor 310 von der Achse 318 beabstandet sein und den zweiten Schwungradteil 314 unter Verwendung einer Kette (nicht dargestellt) zum Eingriff mit einem Kettenrad 332, das an einem äußeren Abschnitt des zweiten Schwungradteils 314 angeordnet ist, antreiben. Wie bei dem Dreimassen-Schwungrad 104 von 1 und 2 kann das Antreiben des Elektromotors 310 die Spannung der Torsionsdämpfers 320, 322 relativ zu dem ersten Schwungradteil 312 und dem dritten Schwungradteil 316 einstellen, um den zweiten Schwungradteil 314 zu stabilisieren. In Situationen, in denen der Motor 302 einen Leistungsüberschuss produziert, kann auch der Elektromotor 310 durch den zweiten Schwungradteil 314 angetrieben werden, um elektrische Energie zu speichern.
5 ist eine schematische Veranschaulichung, die einen Abschnitt eines weiteren Fahrzeugantriebsstrangs 500 zeigt, der einen Motor 502, ein Dreimassen-Schwungrad 504, eine Kupplung 506, ein Getriebe 508 und einen Elektromotor 510 umfasst. Der Motor 502, die Kupplung 506 und das Getriebe 508 sind ähnlich jenen, die in 1 beschrieben wurden.
Das Dreimassen-Schwungrad 504 von 5 umfasst einen ersten Schwungradteil 512, einen zweiten Schwungradteil 514 und einen dritten Schwungradteil 314, die in Reihe angeordnet sind. Ein Torsionsdämpfer 520 verbindet den ersten Schwungradteil 512 mit dem zweiten Schwungradteil 514, so dass die relative Drehung des zweiten Schwungradteils 514 in Bezug auf den ersten Schwungradteil 512 über einen begrenzten Winkelbereich der Bewegung erlaubt ist. Ein Torsionsdämpfer 522 verbindet auch den zweiten Schwungradteil 514 mit dem dritten Schwungradteil 516, so dass die relative Drehung des dritten Schwungradteils 516 in Bezug auf den zweiten Schwungradteil 514 über einen begrenzten Winkelbereich der Bewegung erlaubt ist. Die Torsionsdämpfer 520, 522 können eine beliebige derzeit bekannte Konstruktion oder jede später noch entwickelte Konstruktion aufweisen. Hier liegen die Torsionsdämpfer 520, 522 in der Form von Spiralfedern vor.
In dem Beispiel von 5 ist der Elektromotor 510 so konstruiert, dass er einen Ständer 542 umfasst, der den zweiten Schwungradteil 514 umgibt. Der zweite Schwungradteil 514 dient wiederum als ein Läufer innerhalb des Elektromotors 510. Der Ständer 542 des Elektromotors 510 kann den zweiten Schwungradteil 514 antreiben, um den Dämpfungseffekt innerhalb des Dreimassen-Schwungrads 504 durch Einstellen der Spannung des Torsionsdämpfers 520, 522 relativ zu dem ersten Schwungradteil 512 und dem dritten Schwungradteil 516 abzustimmen, während gleichzeitig der zweite Schwungradteil 514 stabilisiert wird. So kann der Elektromotor 510 verwendet werden, um die zweiten und dritten Schwungradteile 514, 516 von einer Resonanz abzuhalten, wenn die Kupplung 506 zum Beispiel beim Starten des Motors 502 nicht eingerückt ist. In Situationen, in denen der Motor 502 einen Leistungsüberschuss produziert, kann die Drehung des zweiten Schwungradteils 514 durch den Ständer 542 eingefangen werden, um elektrische Energie zu speichern.
6 ist eine schematische Veranschaulichung, die einen Abschnitt eines weiteren Fahrzeugantriebsstrangs 600 zeigt, der einen Motor 602, ein Dreimassen-Schwungrad 604, eine Kupplung 606, ein Getriebe 608 und einen Elektromotor 610 umfasst. Der Motor 602, die Kupplung 606 und das Getriebe 308 sind ähnlich jenen, die in 1 beschrieben wurden.
Das Dreimassen-Schwungrad 604 von 6 umfasst einen ersten Schwungradteil 612, einen zweiten Schwungradteil 614 und einen dritten Schwungradteil 614, der zwischen dem ersten Schwungradteil 612 und dem zweiten Schwungradteil 314 angeordnet ist. Der erste Schwungradteil 612 und der zweite Schwungradteil 614 bilden ein Gehäuse oder eine Abdeckung, die den dritten Schwungradteil 616 umgibt, um Bauraum innerhalb des Fahrzeugantriebsstrang 600 zu sparen. Ein Torsionsdämpfer 620 verbindet den ersten Schwungradteil 612 mit dem zweiten Schwungradteil 614, so dass die relative Drehung des zweiten Schwungradteils 614 in Bezug auf den ersten Schwungradteil 612 über einen begrenzten Winkelbereich der Bewegung erlaubt ist. Ein Torsionsdämpfer 622 verbindet auch den zweiten Schwungradteil 614 mit dem dritten Schwungradteil 616, so dass die relative Drehung des dritten Schwungradteils 616 in Bezug auf den zweiten Schwungradteil 614 über einen begrenzten Winkelbereich der Bewegung erlaubt ist. Die Torsionsdämpfer 620, 622 können eine beliebige derzeit bekannte Konstruktion oder jede später noch entwickelte Konstruktion aufweisen. Hier liegen die Torsionsdämpfer 620, 622 in der Form von Spiralfedern vor.
Der Elektromotor 610 in 6 ist so konstruiert, dass er einen Ständer 642 umfasst, der den zweiten Schwungradteil 614 umgibt. Der zweite Schwungradteil 614 dient als ein Läufer innerhalb des Elektromotors 610. Der Ständer 642 des Elektromotors 610 kann den zweiten Schwungradteil 614 antreiben, um den Dämpfungseffekt innerhalb des Dreimassen-Schwungrads 604 durch Einstellen der Spannung des Torsionsdämpfers 620, 622 relativ zu dem ersten Schwungradteil 612 und dem dritten Schwungradteil 516 abzustimmen, während gleichzeitig der zweite Schwungradteil 614 stabilisiert wird. So kann der Elektromotor 610 verwendet werden, um die zweiten und dritten Schwungradteile 614, 616 beide von einer Resonanz abzuhalten, wenn die Kupplung 606 nicht eingerückt ist. In Situationen, in denen der Motor 602 einen Leistungsüberschuss produziert, kann die Drehung des zweiten Schwungradteils 614 durch den Ständer 642 eingefangen werden, um elektrische Energie zu speichern.
7 ist eine graphische Darstellung der Isolationsleistung des Dreimassen-Schwungrads 104, 304, 504 oder 604 im Vergleich zu einem Doppelmassen-Schwungrad. Die Kurve 744 zeigt den Schwingungseingang von einem Verbrennungsmotor, etwa dem Motor 102, 302, 502 oder 602 an einen Fahrzeugantriebsstrang, etwa den Fahrzeugantriebsstrang 100, 300, 500 oder 600. Der Motor 102, 302, 502 oder 602 kann einen positiven Drehmomentimpuls erzeugen, wenn ein Zylinder feuert, einen negativen Drehmomentimpuls, wenn ein Zylinder das Luft-/Kraftstoff-Gemisch verdichtet, und positive oder negative Drehmomentimpulse auf Grundlage der Beschleunigung und Verzögerung der Kolben. Die Impulse sind Schwingungsquellen und werden hier in Einheiten der Winkelbeschleunigung (rad/s²) gegen die Motordrehzahl (U/min) an der Kurve 744 dargestellt.
Kurve 746 zeigt den Schwingungsausgang für ein Doppelmassen-Schwungrad, wieder in den Einheiten rad/s² gegen U/min des Motors, auf Grundlage der Schwingungseingänge von Kurve 744. Bei niedrigen bis mittleren Motordrehzahlen, zum Beispiel, zwischen 750 U/min und 1.250 U/min dämpft das Doppelmassen-Schwungrad die Schwingungseingänge von dem Motor 102, 302, 502 oder 602 nicht effektiv, und eine Amplitudenspitze im Schwingungsausgang liegt vor, an der Kurve 746 bei ungefähr 1.000 U/min zu sehen.
Kurve 748 zeigt die Isolationsleistung des Doppelmassen-Schwungrads. Die Isolationsleistung ist das Verhältnis der Ausgangsschwingungsamplitude geteilt durch die Eingangsschwingungsamplitude, dargestellt in Prozent Isolation bei einer gegebenen Motordrehzahl auf der rechten Seite des Graphs. Obwohl die Schwungradleistung 100 % Isolation erreichen würde, bei keinen Schwingungen in dem Ausgang des Schwungrads, zeigt die Kurve 748 einen Abfall der Isolation bei 1.000 U/min auf Grundlage der Schwingungsausgangsspitze der Kurve 744. Kurz gesagt, kann das Doppelmassen-Schwungrad nur ungefähr 50 % Isolation bei 1.000 U/min erreichen.
Kurve 750 zeigt den Schwingungsausgang für ein Dreimassen-Schwungrad, etwa das Dreimassen-Schwungrad 104, 304, 504 oder 604, wieder in den Einheiten rad/s² gegen U/min des Motors und auf Grundlage der Schwingungseingänge von der Kurve 744. Es gibt keine erkennbaren Amplitudenspitzen in dem Vibrationsausgang an der Kurve 750, mit Ausnahme eines geringen Anstiegs bei ungefähr 900 U/min. Die effiziente Dämpfung des Dreimassen-Schwungrads 104, 304, 504 oder 604 wird in Kurve 752 verdeutlicht, die die Isolationsleistung zeigt. Über den gesamten Bereich der Motordrehzahlen erreicht das Dreimassen-Schwungrad 104, 304, 504 oder 604 über 90 % Isolation. So kann die Isolation bei niedrigen Motordrehzahlen um bis zu 40 % verbessert werden, indem das Dreimassen-Schwungrad 104, 304, 504 oder 604 anstelle eines Doppelmassen-Schwungrads implementiert wird.
Während die Offenbarung in Verbindung mit der aktuell als praktischste und bevorzugte geltenden Implementierung dargelegt wurde, sollte klar sein, dass die Offenbarung verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen mit abdecken soll.

Claims

Dreimassen-Schwungrad (104, 304, 504, 604), umfassend: einen ersten Schwungradteil (112, 312, 512, 612), der zur Drehung an einer Achse (118, 318) angeordnet ist; einen zweiten Schwungradteil (114, 314, 514, 614), der zur Drehung an der Achse (118, 318) angeordnet ist; einen dritten Schwungradteil (116, 316, 516, 616), der zur Drehung an der Achse (118, 318) angeordnet ist; einen ersten Torsionsdämpfer (120, 320, 520, 620), der mit dem ersten Schwungradteil (112, 312, 512, 612) und dem zweiten Schwungradteil (114, 314, 514, 614) verbunden ist; und einen zweiten Torsionsdämpfer (122, 322, 522, 622), der mit dem zweiten Schwungradteil (114, 314, 514, 614) und dem dritten Schwungradteil (116, 316, 516, 616) verbunden ist; wobei der zweite Schwungradteil (114, 314, 514, 614) durch einen Elektromotor (110, 310, 510, 610) angetrieben wird, um die Spannung des ersten Torsionsdämpfers (120, 320, 520, 620) relativ zu dem ersten Schwungradteil (112, 312, 512, 612) und des zweiten Torsionsdämpfers (122, 322, 522, 622) relativ zu dem dritten Schwungradteil (116, 316, 516, 616) einzustellen.
Dreimassen-Schwungrad (104, 504) nach Anspruch 1, wobei der erste Schwungradteil (112, 512) und der zweite Schwungradteil (114, 514) und der dritte Schwungradteil (116, 516) in Reihe entlang der Achse (118) angeordnet sind.
Dreimassen-Schwungrad (304, 604) nach Anspruch 1, wobei der dritte Schwungradteil (316, 616) zwischen und radial innerhalb des ersten Schwungradteils (312, 612) und des zweiten Schwungradteils (314, 614) angeordnet ist.
Dreimassen-Schwungrad (104, 304, 504, 604) nach Anspruch 1, wobei eine dem zweiten Torsionsdämpfer (122, 322, 522, 622) zugeordnete Dämpfungskonstante niedriger als eine dem ersten Torsionsdämpfer (120, 320, 520, 620) zugeordnete Dämpfungskonstante ist.
Dreimassen-Schwungrad (104) nach Anspruch 1, wobei der erste Schwungradteil (112) eine erste Öffnung (224) definiert, der zweite Schwungradteil (114) eine zweite Öffnung (226) definiert, und der erste Torsionsdämpfer (120) innerhalb der ersten Öffnung (224) und der zweiten Öffnung (226) angeordnet ist.
Dreimassen-Schwungrad (104) nach Anspruch 5, wobei der zweite Schwungradteil (114) eine dritte Öffnung (228) definiert, der dritte Schwungradteil (116) eine vierte Öffnung (230) definiert, und der zweite Torsionsdämpfer (122) innerhalb der dritten Öffnung (228) und der vierten Öffnung (230) angeordnet ist.
Dreimassen-Schwungrad (104, 6) nach Anspruch 226, wobei die zweite Öffnung (226) und die dritte Öffnung (228) entlang der Achse (118) beabstandet sind.
Dreimassen-Schwungrad (104, 304) nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor (110, 310) von der Achse (118, 318) beabstandet ist, um die sich die ersten, zweiten und dritten Schwungradteile (112, 114, 116, 312, 314, 316) drehen.
Dreimassen-Schwungrad (504, 604) nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor (510, 610) zur Drehung um die Achse (118, 318) angeordnet ist.
Dreimassen-Schwungrad (504, 604) nach Anspruch 9, wobei der Elektromotor (510, 610) einen Läufer und einen Ständer (542, 642) umfasst, und wobei der zweite Schwungradteil (514, 614) den Läufer des Elektromotors (510, 610) umfasst.
Dreimassen-Schwungrad (104, 304, 504, 604) nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor (110, 310, 510, 610) durch den zweiten Schwungradteil (114, 314, 514, 614) angetrieben wird, um elektrische Energie zur Verwendung in einem Fahrzeug zu speichern.
Dreimassen-Schwungrad (104, 304) nach Anspruch 1, wobei der zweite Schwungradteil (114, 314) ein Kettenrad (232, 332) umfasst, das durch eine von dem Elektromotor (110, 310) angetriebene Kette drehbar ist.
Dreimassen-Schwungrad (104, 304, 504, 604) nach Anspruch 1, wobei der erste Schwungradteil (112, 312, 512, 612) in Kommunikation mit einem Motor (102, 302, 502, 602) steht, der Drehantriebsleistung an das Dreimassen-Schwungrad (104, 304, 504, 604) bereitstellt.
Dreimassen-Schwungrad (104, 304, 504, 604) nach Anspruch 1, wobei der dritte Schwungradteil (116, 316, 516, 616) in Kommunikation mit einem Getriebe (108, 308, 508, 608) steht, das Drehantriebsleistung von dem Dreimassen-Schwungrad (104, 304, 504, 604) bereitstellt.
Fahrzeugantriebsstrang umfassend: einen Motor (102), der Drehantriebsleistung bereitstellt; ein Dreimassen-Schwungrad (104), das die Drehantriebsleistung von dem Motor (102) erhält; einen ersten Schwungradteil (112), der zur Drehung an einer Achse (118) angeordnet ist und in Kommunikation mit dem Motor (102) steht; einen zweiten Schwungradteil (114), der zur Drehung an der Achse (118) angeordnet ist; einen dritten Schwungradteil (116), der zur Drehung an der Achse (118) angeordnet ist, wobei der erste Schwungradteil (112) und der zweite Schwungradteil (114) und der dritte Schwungradteil (116) in Reihe entlang der Achse (118) angeordnet sind; einen ersten Torsionsdämpfer (120), der mit dem ersten Schwungradteil (112) und dem zweiten Schwungradteil (114) verbunden ist; einem zweiten Torsionsdämpfer (122), der mit dem zweiten Schwungradteil (114) und dem dritten Schwungradteil (116) verbunden ist, wobei eine dem zweiten Torsionsdämpfer (122) zugeordnete Dämpfungskonstante niedriger als eine dem ersten Torsionsdämpfer (120) zugeordnete Dämpfungskonstante ist; einen Elektromotor (110), wobei der Elektromotor (110) das zweite Schwungradteil (114) antreibt, um die Spannung des ersten Torsionsdämpfers (120) relativ zu dem ersten Schwungradteil (112) und des zweiten Torsionsdämpfers (122) relativ zu dem dritten Schwungradteil (116) einzustellen, wobei der Elektromotor (110) durch den zweiten Schwungradteil (114, 514) angetrieben wird, um elektrische Energie zur Verwendung in einem Fahrzeug zu speichern, und wobei der Elektromotor (110) von der Achse (118) beabstandet ist, um die sich der erste, zweite und dritte Schwungradteil (112, 114, 116) drehen; und ein Getriebe (108), das Drehantriebsleistung erhält, in Kommunikation mit dem dritten Schwungradteil (116).