DE19929866A1 - Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Abstützung einer Brennkraftmaschine gegen Rollbewegungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abstützung einer Brennkraftmaschine (1) gegen Rollbewegungen, mit zumindest einem schwingungsdämpfenden Motorauflagerelement (3), welches eine vordefinierte konstante Steifigkeit und Dämpfungscharakteristik aufweist. Um die Rollbewegungen der Brennkraftmaschine infolge des Antriebsmomentes (6) zu vermindern, ist vorgesehen, daß zusätzlich zum Motorauflagerelement (3) eine Kraftaufbringeinrichtung (5) vorgesehen ist, welche parallel zur Feder- und Dämpfungskraft (3a, 3b) des Motorauflagerelementes (3) zumindest in bestimmten Motorbetriebsbereichen entgegen den Rollbewegungen auf die Brennkraftmaschine (1) einwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Abstützung einer Brenn­ kraftmaschine gegen Rollbewegungen, mit zumindest einem schwingungsdämpfenden Motor­ auflager, welches eine vordefinierte Steifigkeit und Dämpfungscharakteristik aufweist.

Transient betriebene Brennkraftmaschinen, wie sie insbesondere bei Kraftfahrzeugen einge­ setzt werden, erzeugen stark von der Betriebsart und Betriebsdrehzahl abhängige unterschied­ liche Schwingungen, deren ungedämpfte Übertragung in das Motortragwerk und das Chassis des Fahrzeuges durch schwingungsdämpfende Motorauflager möglichst verhindert werden soll. Im Bereich von großen Motordrehmomenten, welche beispielsweise beim Anfahren oder Beschleunigen aus niedrigen Gängen auftreten, kann es zu starken Rollbewegungen der Brennkraftmaschine und damit großen Auslenkungen im Bereich der Motorauflager kommen, welche die Brennkraftmaschine gegenüber dem Chassis abstützen. Dabei werden relativ star­ ke und/oder subjektiv unangenehme Vibrationen in das Chassis übertragen. Diese Problema­ tik tritt insbesondere bei vorderradbetriebenen Kraftfahrzeugen mit quer eingebauter Brenn­ kraftmaschine auf, bei denen das die Getriebeabstützung bildende Motorauflager einerseits durch das Antriebsdrehmoment extrem belastet und andererseits in sehr geringer Entfernung zum Fahrgastraum positioniert ist. Die Steifigkeitsauslegung solcher Motorauflager wird im wesentlichen durch die Forderung nach entsprechend niedrigen Eigenfrequenzen der An­ triebseinheit relativ zum Chassis bestimmt. Dies bewirkt, daß eine leistungsstarke Brenn­ kraftmaschine relativ große Rollbewegungen aufgrund des Antriebsmomentes durchführen kann. Derartige Motorauflager werden üblicherweise so ausgeführt, daß ihre Steifigkeit und/oder Dämpfung mit der Rollbewegung bzw. dem Antriebsdrehmoment zunimmt. Zusätz­ lich oder anstelle dazu können derartige Motorauflager zur Begrenzung der Rollbewegung einen relativ steifen Anschlag aufweisen. Dadurch ergibt sich allerdings der Nachteil, daß mit steigendem Antriebsmoment höhere Vibrationen in das Chassis geleitet werden.

Aus der US 4 516 545 A ist eine Vorrichtung zur Steuerung der Rollbewegung einer Brenn­ kraftmaschine bekannt, bei der die Steifigkeit eines als hydraulischer Dämpfer ausgebildeten Motorauflagers in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern verändert wird. Bei Änderun­ gen der Schaltposition und/oder der Getriebeposition wird über einen Solenoidantrieb ein Drehventil im Motorauflager betätigt, welches einen Dämpfungsquerschnitt des hydraulischen Dämpfers vermindert und damit die Dämpfungskraft erhöht. Dadurch soll verhindert werden, daß Schwingungen der Brennkraftmaschine aufgrund eines großen Antriebsmomentes nicht in das Chassis des Kraftfahrzeuges eingeleitet werden. Die Vorrichtung erfordert allerdings ei­ nen relativ hohen, konstruktiven und regeltechnischen Aufwand.

Aus der US 5 492 311 A ist ein aktives Positionierelement für ein hydraulisch gedämpftes Auflager mit einem Gummilager, einer Kompressionsfeder und einer Gasdruckfeder bekannt, wobei Gummiauflager, Kompressionsfeder und Gasdruckfeder im wesentlichen in Serie hin­ tereinander geschaltet sind. Rollbewegungen der Brennkraftmaschine können mit diesem Po­ sitionierelement allerdings nicht wesentlich vermindert werden. Auch dieses Motorauflager ist relativ aufwendig im Aufbau.

Die US 5 299 789 A beschreibt ein Motorauflager mit variabler Steifigkeit mit einem inneren und einem äußeren Gummifederelement. Das innere Gummifederelement weist einen Hohl­ raum auf, welcher mit einem Fluid befüllbar ist. Durch Befüllen des Hohlraumes nimmt die Elastizität des Motorauflagers ab und die Steifigkeit zu. Durch Erhöhung der Steifigkeit wer­ den allerdings Vibrationen in das Chassis geleitet.

Die US 5 344 128 A behandelt ein ähnliches Motorauflager mit variabler Steifigkeit mit ei­ nem elastischen Gummielement und einer Hauptflüssigkeitskammer, deren Flüssigkeitsdruck durch Drucksteuerelemente veränderbar ist, wobei die Hauptflüssigkeitskammer über Dros­ selkanäle mit einer Nebenflüssigkeitskammer verbunden ist. Die Drucksteuerelemente weisen einen Metallbalg oder einen Kolben auf, über welchen das Volumen und damit der Druck innerhalb der Hauptflüssigkeitskammer erhöht oder vermindert werden kann. Durch die Druckänderung wird die Steifigkeit und die Dämpfungscharakteristik des Motorauflagers ver­ ändert. Das Motorauflager ist konstruktiv und steuerungstechnisch relativ aufwendig.

Auch die US 5 344 127 A behandelt ein schaltbares Motorauflager, dessen Dämpfungscha­ rakteristik verändert werden kann. Das bekannte Motorauflager weist eine hydraulische Dämpfungseinrichtung mit mehreren Drosselkanälen auf, deren Querschnitte über einen Ven­ tilkörper zumindest teilweise verschlossen werden können. Der Ventilkörper wird pneuma­ tisch, beispielsweise durch Unterdruck, betätigt. Dadurch soll eine Dämpfung von niederfre­ quenten Schwingungen, als auch von hochfrequenten Schwingungen realisiert werden. Es kann allerdings nicht verhindert werden, daß bei größeren Antriebsmomenten Schwingungen auf das Chassis übertragen werden.

Weiters ist aus Automotive Engineering International, April 1998, S. 22-26, ein aktives Mo­ torauflagersystem für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges bekannt, welches ein Motor­ auflager mit einer vakuumbetätigten, solenoidgesteuerten Membran aufweist, um den Motor­ schwingungen entgegengerichtete Impulse zu erzeugen, welche über ein Gummilager auf den Motor übertragen werden. Auch hier ist eine aufwendige Steuerung notwendig.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennkraftmaschine die Schwingungseinleitung aufgrund eines großen Antriebsmomentes in das Chassis des Kraftfahrzeuges auf möglichst einfache Weise zu vermindern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zusätzlich zum Motorauflagerelement eine Kraftaufbringeinrichtung vorgesehen ist, welche parallel zur Feder- und Dämpfungskraft des Motorauflagerelementes zumindest in bestimmten Motorbetriebsbereichen entgegen den Rollbewegungen auf die Brennkraftmaschine einwirkt. Es wird somit eine Gegenkraft zu den Rollbewegungen der Brennkraftmaschine aufgebracht, welche direkt auf die Brennkraftma­ schine einwirkt und somit deren Rollbewegung direkt unterbindet. Die Steifigkeit und die Dämpfungscharakteristik des gesamten Motorauflagerelementes selbst bleibt während des Motorbetriebes unverändert.

Die Kraftaufbringeinrichtung kann dabei pneumatisch und/oder hydraulisch betätigbar sein. Im Falle einer pneumatischen Betätigung, mit welcher eine hohe Ansprechgeschwindigkeit möglich ist, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Kraftaufbringeinrichtung einen Hohlkörper aufweist, dessen Innenraum mit Überdruck oder Unterdruck beaufschlagbar ist.

Auf aufwendige Regeleinrichtungen kann weitgehend verzichtet werden, wenn der Hohlkör­ per mit dem Einlaßsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist. Bei geeigneter Dimensio­ nierung des Hohlkörpers ist die Kraftaufbringeinrichtung somit selbstregulierend, da der Saugrohrdruck des Einlaßsystems im wesentlichen vom Brennkraftmaschinenmoment ab­ hängt und durch die Kraftaufbringeinrichtung ein Gegenmoment erzeugt, das der Rollbewe­ gung der Brennkraftmaschine entgegenwirkt. Um eine besonders kurze Reaktionszeit zu er­ reichen, sollte das Volumen des Hohlkörpers und der Verbindungsleitungen bis zum Saugrohr so klein wie möglich sein.

Die Kraftaufbringeinrichtung kann zusätzlich zu herkömmlichen Motorauflagerelementen vorgesehen sein. Dabei ist wesentlich, daß die Steifigkeit und Dämpfungscharakteristik des Motorauflagerelementes durch die Kraftaufbringeinrichtung nicht, bzw. so wenig wie möglich beeinflußt wird. Die Kraftaufbringeinrichtung sollte somit eine wesentlich geringere Steifig­ keit aufweisen als das Motorauflagerelement. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Stei­ figkeit und Dämpfungscharakteristik der Kraftaufbringeinrichtung schon bei der Auslegung des Motorauflagerelementes zu berücksichtigen, so daß sich die Gesamtsteifigkeit und Dämp­ fungscharakteristik aus der Summe der Steifigkeits- und Dämpfungskennwerte des Motor­ auflagerelementes und der Kraftaufbringeinrichtung zusammensetzt.

Die Kraftaufbringeinrichtung kann entweder durch eine Zugkraft, oder durch eine Druckkraft auf die Brennkraftmaschine einwirken.

Die Kraftaufbringeinrichtung kann dabei separat zum Motorauflagerelement ausgeführt sein und auch an einer anderen Stelle als das Motorauflagerelement an der Brennkraftmaschine oder einem mit dieser verbundenen Getriebeteil angreifen.

In einer sehr einfachen und platzsparenden Ausführung ist dagegen vorgesehen, daß der Hohlkörper konzentrisch zum Motorauflagerelement ausgebildet ist, wobei vorzugsweise das Motorauflagerelement innerhalb des Hohlkörpers angeordnet ist.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, daß der Hohlkörper zumindest teilweise in das Motor­ auflagerelement integriert ist. Der Hohlkörper wird dabei durch das aus einem elastischen Material bestehenden Motorauflager gebildet, wodurch die Anzahl an Teilen auf ein Min­ destmaß reduziert werden kann.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Prinzip der Erfindung anhand eines Kräfteschaubildes,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer schematischen Darstellung,

Fig. 3 das Detail III aus Fig. 2 und

Fig. 4 ein Drehmoment-Drehzahl-Diagramm.

Die Brennkraftmaschine 1 ist über Motorauflagerelemente 2, 3 mit dem Chassis des Fahrzeu­ ges verbunden. Mit 2a, 3a sind die Federkräfte, mit 2b, 3b die Dämpfungskräfte der Motor­ auflagerelemente 2, 3 angedeutet. Das Motorauflagerelement 3 stützt Rollbewegungen der Brennkraftmaschine 1 gegen das Chassis 4 ab. Durch eine Kraftaufbringeinrichtung 5 wird eine Zusatzkraft F erzeugt, welche parallel zur Feder- und Dämpfungskraft 3a, 3b des Motor­ auflagerelementes 3 auf die Brennkraftmaschine 1 einwirkt, wie in Fig. 1 angedeutet ist. Mit 5a und 5b ist die Feder- und Dämpfungskraft der Kraftaufbringeinrichtung 5 bezeichnet. Die Zusatzkraft F erzeugt ein entgegen dem die Rollbewegung verursachenden Antriebsmoment 6 der Brennkraftmaschine 1 gerichtetes Gegenmoment 7, welches die Rollbewegungen wesent­ lich vermindert.

Fig. 2 zeigt eine sehr einfache Ausführung der Erfindung, bei der die Kraftaufbringeinrichtung 5 konzentrisch um das Motorauflagerelement 3 angeordnet ist. Das Motoorauflagerelement 3 kann dabei sehr einfach durch ein Gummielement gebildet sein. Die Kraftaufbringeinrichtung 5 weist dabei einen balgartigen Hohlkörper 8 auf, dessen Wände beispielsweise aus dünnem Blech bestehen. Wesentlich ist, daß der Hohlkörper 8 eine bedeutend geringere Steifigkeit 5a und Dämpfung 5b aufweist, als das Motorauflagerelement 3. Dies ist Voraussetzung, um zu verhindern, daß Schwingungen ungedämpft in das Chassis 4 geleitet werden. Mit Bezugszei­ chen 9 ist ein Tragteil der Brennkraftmaschine 1 bzw. des an die Brennkraftmaschine 1 ange­ schlossenen Getriebes bezeichnet. Der Pfeil D deutet die Fahrtrichtung an.

Fig. 3 zeigt die Kraftaufbringeinrichtung 5 aus Fig. 2 im Detail. Der Hohlkörper 8 der pneu­ matisch betätigbaren Kraftaufbringeinrichtung 5 weist dabei einen Anschluß 9 auf, welcher mit einem nicht weiter dargestellten Einlaßsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist. Die Kraftaufbringeinrichtung 5 wird somit direkt durch den Saugrohrdruck betätigt.

Fig. 4 zeigt ein Drehmoment-Drehzahl-Diagramm, in welchem das Antriebsmoment 6 der Brennkraftmaschine 1 für verschiedene Getriebeübersetzungen über der Drehzahl 10 darge­ stellt ist. Mit G₁, G₂, . . ., G₅ sind die Antriebsmomente 6 für den ersten, zweiten . . . fünften Gang bezeichnet. Weiters ist in dem Diagramm als fette Linie das über die Kraftaufbringein­ richtung 5 pneumatisch erzeugte Gegenmoment 7 eingezeichnet. Deutlich ist ersichtlich, daß fast in jedem Betriebspunkt die Differenz zwischen Antriebsmoment 6 und Gegenmoment 7 kleiner ist als das Antriebsmoment 6, so daß die Rollbewegung der Brennkraftmaschine 1 mit der Kraftaufbringeinrichtung 5 wesentlich vermindert werden kann.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Abstützung einer Brennkraftmaschine (1) gegen Rollbewegungen, mit zumindest einem schwingungsdämpfenden Motorauflagerelement (3), welches eine vor­ definierte konstante Steifigkeit und Dämpfungscharakteristik aufweist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zusätzlich zum Motorauflagerelement (3) eine Kraftaufbringeinrich­ tung (5) vorgesehen ist, welche parallel zur Feder- und Dämpfungskraft (3a, 3b) des Motorauflagerelementes (3) zumindest in bestimmten Motorbetriebsbereichen entgegen den Rollbewegungen auf die Brennkraftmaschine (1) einwirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufbringeinrich­ tung (5) pneumatisch und/oder hydraulisch betätigbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufbring­ einrichtung (5) einen Hohlkörper (8) aufweist, dessen Innenraum mit Überdruck oder Unterdruck beaufschlagbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (8) mit einem Einlaßsystem der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufbringeinrichtung (5) eine wesentlich geringere Steifigkeit als das Motoraufla­ gerelement (5) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kraftaufbringeinrichtung (5) eine Zug- oder eine Druckkraft (F) auf die Brennkraftma­ schine (1) aufbringbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (8) konzentrisch zum Motorauflagerelement (3) ausgebildet ist, wobei vor­ zugsweise das Motorauflagerelement (3) innerhalb des Hohlkörpers (8) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Motorauflagerelement (3) aus einem elastischen Material, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (8) zumin­ dest teilweise in das Motorauflager (3) integriert ist.

9. Verfahren zur Abstützung einer Brennkraftmaschine gegen Rollbewegungen mit zumin­ dest einem schwingungsdämpfenden Motorauflagerelement (3), welches eine vordefi­ nierte Steifigkeit und Dämpfungscharakteristik aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in bestimmten Motorbetriebsbereichen zusätzlich und parallel zur Feder- und Dämpfungskraft (3a, 3b) des Motorauflagerelementes (3) eine entgegen den Rollbewe­ gungen der Brennkraftmaschine (1) wirkende Abstützkraft (F) aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützkraft (F) pneu­ matisch, vorzugsweise durch den Druck im Einlaßsystem der Brennkraftmaschine er­ zeugt wird.