EP1126143A2 - Vorrichtung zum Antrieb von mindestens einem Nebenaggregat einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B67/00—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for
Definitions
- the invention relates to a device for driving at least one Auxiliary unit of an internal combustion engine, the drive torque of the Internal combustion engine via the crankshaft to a first, connected to the crankshaft Pulley and from this by means of belt drive to at least one other than Drive of an auxiliary unit effective pulley is transmitted.
- To start internal combustion engines are usually powered by a battery powered starter used during the starting process with the internal combustion engine be brought into operative connection.
- a battery powered starter used during the starting process with the internal combustion engine be brought into operative connection.
- certain starting speeds must be guaranteed.
- the type and size of the Internal combustion engine is determined, especially during the starting process Belt drive and the auxiliary units driven by it.
- a Vibration state occur in which the natural frequency of the system is hit.
- the internal combustion engine is not in such unfavorable operating situations Able to achieve the necessary idle speed.
- the starting process takes time longer. This is due to the limited capacity of the battery Operating state problematic at least when cold starting.
- Out DE 43 09 548 A 1 is a drive for at least one auxiliary unit Internal combustion engine known. This is done by one, firmly on the crankshaft arranged driven wheel via a belt drive a drive wheel of the auxiliary unit (e.g. generator) driven.
- a freewheel is such arranged that on the one hand accelerated rotary movements of the crankshaft by the Transfer the engaged freewheel directly to the drive wheel of the auxiliary unit be, while on the other hand the freewheel is disengaged when the self-deceleration of the auxiliary unit is below the deceleration occurring on the crankshaft.
- EP 0 652 626 A1 describes a further solution for temporarily interrupting the Connection between the internal combustion engine and an auxiliary unit described.
- the auxiliary unit is a generator, on the drive wheel of which a belt runs the crankshaft is driven. Between the drive wheel of the generator and his Rotor-stator assembly, an electromagnetic clutch is arranged. With this Coupling can be the connection between the drive wheel of the generator and its actual electrical assembly are interrupted. It is possible to do this Establish connection only as soon as the battery charge is below one set value decreases. It is also possible to use this connection predominantly to maintain and to interrupt only when the engine is particularly stressed. Thus, the load on the internal combustion engine in selected operating states can be reduced.
- the drive wheel of the generator is also disengaged Rotor-stator assembly constantly driven by the crankshaft.
- the Vibration behavior in the start phase can therefore only be improved to a limited extent, because even with the generator disconnected, at least the belt drive is in motion.
- Another disadvantage is that the assembly to interrupt the Connection between crankshaft and generator directly in the auxiliary unit is integrated. If several auxiliary units are to be designed so that they can be switched off, a corresponding assembly is consequently required for each of the auxiliary units, so that the solution according to EP 0 652 626 A 1 also has a large component and Requires cost.
- the object of the invention is to provide a device with which the vibrations of belt drive and auxiliary units during the start-up process Internal combustion engine can be significantly reduced. This is to be achieved by the torque path from the crankshaft to several with just one assembly Auxiliary units can be interrupted.
- the internal combustion engine shown consists of an engine block 1 Drive torque is arranged in the interior of the engine block 1 and in the drawing not shown piston-connecting rod assemblies on the crankshaft 2 transferred. On the crankshaft 2 is outside of the engine block 1 Pulley 3 arranged. This first pulley 3 does not drive one either belt drive shown in more detail.
- This belt drive is again called Drive source effective for at least one auxiliary unit of the internal combustion engine.
- the belt drive is in each case with another, on the respective auxiliary unit arranged pulley in operative connection.
- a clutch 4 arranged in the drive train is between the crankshaft 2 and the first one connected to it Pulley 3 a clutch 4 arranged.
- this clutch 4 is provided directly in the contour of the crankshaft 2.
- the clutch 4 can also be integrated in the first pulley 3.
- the Coupling can be designed in various ways, for example as Magnetic clutch or as a centrifugal clutch. Regardless of the specific This coupling 4 is designed for the functionality of the device essential that the clutch 4 can be actuated depending on the crankshaft speed. For this actuation and the necessary detection of the speed preferably used the existing engine control unit.
- the clutch 4 When the internal combustion engine starts, the clutch 4 is first disengaged. In this operating state is the torque path from the crankshaft 2 to Pulley 3 interrupted. The belt running on this pulley 3, the therefore acts as a drive for the subordinate auxiliary units no drive, so that the auxiliary units from the drive torque of the crankshaft 2 are uncoupled. Thus, vibrations on the belt drive and the Ancillaries largely avoided.
- a successful start of the Internal combustion engine which by exceeding a predetermined speed (e.g. the Idle speed) can be seen, the clutch 4 is engaged and the Auxiliary drive now runs in a manner known per se.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb von mindestens einem Nebenaggregat einer Brennkraftmaschine, wobei das Antriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine über die Kurbelwelle auf eine erste, mit der Kurbelwelle verbundene Riemenscheibe und von dieser mittels Riementrieb auf mindestens eine weitere, als Antrieb eines Nebenaggregates wirksame Riemenscheibe übertragen wird. Es wird die Aufgabe gelöst, eine solche Vorrichtung zu schaffen, mit der die Schwingungen von Riementrieb und Nebenaggregaten während des Startvorgangs erheblich reduziert werden können. Hierfür soll mit lediglich einer Baugruppe der Drehmomentenweg von der Kurbelwelle zu mehreren Nebenaggregaten unterbrochen werden können. Dies wird erreicht, indem im Antriebsstrang zwischen der Kurbelwelle (2) und der, mit dieser Kurbelwelle (2) verbundenen ersten Riemenscheibe (3) eine Kupplung (4) angeordnet ist. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb von mindestens einem
Nebenaggregat einer Brennkraftmaschine, wobei das Antriebsdrehmoment der
Brennkraftmaschine über die Kurbelwelle auf eine erste, mit der Kurbelwelle verbundene
Riemenscheibe und von dieser mittels Riementrieb auf mindestens eine weitere, als
Antrieb eines Nebenaggregates wirksame Riemenscheibe übertragen wird.
Zum Starten von Brennkraftmaschinen werden üblicherweise von einer Batterie
gespeiste Starter verwendet, die während des Startvorgangs mit der Brennkraftmaschine
in Wirkverbindung gebracht werden. Um das selbsttätige Laufen der Brennkraftmaschine
zu erreichen, müssen bestimmte Startdrehzahlen gewährleistet werden. Unabhängig von
der konkret notwendigen Startdrehzahl, die von Bauart und Größe der
Brennkraftmaschine bestimmt wird, schwingen sich beim Startvorgang insbesondere der
Riementrieb und die von diesem angetriebenen Nebenaggregate auf. Hierbei kann ein
Schwingungszustand auftreten, in dem die Eigenfrequenz des Systems getroffen wird. In
derart ungünstigen Betriebssituationen ist die Brennkraftmaschine jedoch nicht in der
Lage, die notwendige Leerlaufdrehzahl zu erreichen. Folglich dauert der Startvorgang
länger. Aufgrund der lediglich begrenzten Kapazität der Batterie ist dieser
Betriebszustand zumindest beim Kaltstart problematisch. Sofern ein solcher Kaltstart
außerdem bei niedrigen Außentemperaturen erfolgt, wird das Erreichen der Leerlaufdrehzahl
durch das ohnehin vorhandene Massenträgheitsmoment der von der
Brennkraftmaschine anzutreibenden Nebenaggregate zusätzlich erschwert. Damit auch
unter derartigen Betriebsbedingungen das Starten der Brennkraftmaschine möglich ist,
werden relativ große Starter und Batterien verwendet, die ein höheres Gewicht
aufweisen, zusätzlichen Bauraum beanspruchen und eine Erhöhung der Kosten bewirken.
Ungeachtet dieser Nachteile ist ein solcher Lösungsansatz auch deshalb
fragwürdig, weil lediglich die Auswirkungen konstruktiver Unzulänglichkeiten beeinflußt
werden, jedoch nicht deren technische Ursachen.
Zur Verminderung dieser Mängel ist es zweckmäßig, das Schwingungsverhalten in der
Startphase zu regulieren. Hierfür ist es grundsätzlich möglich, den von der
Brennkraftmaschine angetriebenen Nebenaggregaten Schwingungstilger zuzuordnen.
Der Tilgereffekt beruht auf einer Verstimmung des Schwingungssystems, indem das
Grundsystem mit der Tilgermasse einen zusätzlichen Freiheitsgrad erhält. Dadurch
verschieben sich die Resonanzfrequenzen. Allerdings wird eine solche Maßnahme nur
wirksam, sofern die Erregung des Grundsystems mit einer festen Frequenz in Nähe der
Resonanz erfolgt. Da Brennkraftmaschinen mit sehr unterschiedlichen Drehzahlen
betrieben werden, die sich zudem in der Startphase sehr schnell ändern, kann ein Tilger
im vorliegenden Sachverhalt keine wesentliche Verbesserung im Schwingungsverhalten
bewirken.
Ein weiterer Lösungsansatz besteht in der Überlegung, die Verbindung von
Brennkraftmaschine und nachgeordneten Baugruppen zeitweise zu unterbrechen. Aus
DE 43 09 548 A 1 ist ein Antrieb von mindestens einem Nebenaggregat einer
Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei wird von einem, fest auf der Kurbelwelle
angeordneten Abtriebsrad über einen Riementrieb ein Antriebsrad des Nebenaggregates
(z.B. Generator) angetrieben. Im Antriebsrad des Nebenaggregates ist ein Freilauf derart
angeordnet, daß einerseits beschleunigte Drehbewegungen der Kurbelwelle durch den
eingekuppelten Freilauf direkt auf das Antriebsrad des Nebenaggregates übertragen
werden, während andererseits der Freilauf entkuppelt ist, wenn die Eigenverzögerung
des Nebenaggregates unterhalb der an der Kurbelwelle auftretenden Verzögerung liegt.
Demzufolge läuft das Nebenaggregat aufgrund seiner Massenträgheit auch bei geringer
werdender Kurbelwellendrehzahl weiter und wird in diesem Betriebspunkt nicht durch die
Kurbelwelle verzögert. Für das Schwingungsverhalten in der Startphase ergibt
DE 43 09 548 A 1 allerdings keine Vorteile, weil die Drehzahl der Kurbelwelle in der
Startphase größer ist als die Drehzahl des Nebenaggregates. Deshalb wird beim
Startvorgang die Verbindung von Kurbelwelle und Nebenaggregat nicht getrennt.
In EP 0 652 626 A 1 wird eine weitere Lösung zur zeitweiligen Unterbrechung der
Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine und einem Nebenaggregat beschrieben.
Das Nebenaggregat ist ein Generator, auf dessen Antriebsrad ein Riemen läuft, der von
der Kurbelwelle angetrieben wird. Zwischen dem Antriebsrad des Generators und seiner
Rotor-Stator-Baugruppe ist eine elektromagnetische Kupplung angeordnet. Mit dieser
Kupplung kann die Verbindung zwischen dem Antriebsrad des Generators und seiner
eigentlichen elektrischen Baugruppe unterbrochen werden. Hierbei ist es möglich, die
Verbindung nur herzustellen, sobald der Ladezustand der Batterie unter einen
festgelegten Wert absinkt. Ebenso ist es möglich, diese Verbindung überwiegend
aufrechtzuerhalten und nur bei besonders starker Motorbeanspruchung zu unterbrechen.
Somit kann die Belastung der Brennkraftmaschine in ausgewählten Betriebszuständen
vermindert werden. Allerdings wird das Antriebsrad des Generators auch bei ausgekuppelter
Rotor-Stator-Baugruppe ständig von der Kurbelwelle angetrieben. Das
Schwingungsverhalten in der Startphase kann deshalb nur bedingt verbessert werden,
weil selbst bei abgekuppeltem Generator zumindest der Riementrieb in Bewegung ist.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Baugruppe zur Unterbrechung der
Verbindung zwischen Kurbelwelle und Generator unmittelbar in das Nebenaggregat
integriert ist. Sofern mehrere Nebenaggregate abschaltbar ausgestaltet werden sollen,
wird folglich für jedes der Nebenaggregate eine entsprechende Baugruppe benötigt, so
daß auch die Lösung gemäß EP 0 652 626 A 1 einen großen Bauteil- und
Kostenaufwand erfordert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Schwingungen
von Riementrieb und Nebenaggregaten während des Startvorgangs einer
Brennkraftmaschine erheblich reduziert werden können. Dies soll erreicht werden, indem
mit lediglich einer Baugruppe der Drehmomentenweg von der Kurbelwelle zu mehreren
Nebenaggregaten unterbrochen werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Antriebsstrang zwischen der Kurbelwelle und
der, mit dieser Kurbelwelle verbundenen ersten Riemenscheibe eine Kupplung
angeordnet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2. bis 8.
beschrieben.
Durch Anwendung der Erfindung kann der Antrieb von Riementrieb und
Nebenaggregaten während des Startvorgangs vom Abtriebsdrehmoment der
Brennkraftmaschine abgekuppelt werden. Dadurch werden die auftretenden
Schwingungen erheblich reduziert, wobei ein Schwingungszustand ausgeschlossen wird,
in dem die Eigenfrequenz des Systems getroffen wird. In vorteilhafter Weise wird hierbei
nicht für jedes Nebenaggregat eine eigenständige Baugruppe benötigt, sondern mit
lediglich einer Baugruppe kann gleichzeitig der Antrieb mehrerer Nebenaggregate
abgekuppelt werden. Dies ergibt eine Startverbesserung, die insbesondere beim Kaltstart
wesentlich ist. In deren Folge können die für das Starten der Brennkraftmaschine
notwendigen Bauteile sowie die Batterie kleiner als bisher ausgeführt werden, so daß
sowohl Gewichts- als auch Kostenvorteile erreicht werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird
nachfolgend beschrieben:
Die gezeigte Brennkraftmaschine besteht aus einem Motorblock 1. Das
Antriebsdrehmoment wird von den, im Inneren des Motorblockes 1 angeordneten und in
der Zeichnung nicht näher dargestellten Kolben-Pleuel-Baueinheiten auf die Kurbelwelle
2 übertragen. Auf der Kurbelwelle 2 ist außerhalb des Motorblockes 1 eine
Riemenscheibe 3 angeordnet. Diese erste Riemenscheibe 3 treibt einen, ebenfalls nicht
näher dargestellten Riementrieb an. Dieser Riementrieb wird wiederum als
Antriebsquelle für mindestens ein Nebenaggregat der Brennkraftmaschine wirksam.
Hierbei steht der Riementrieb jeweils mit einer weiteren, am jeweiligen Nebenaggregat
angeordneten Riemenscheibe in Wirkverbindung.
Im Antriebsstrang ist zwischen der Kurbelwelle 2 und der mit ihr verbundenen ersten
Riemenscheibe 3 eine Kupplung 4 angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist
diese Kupplung 4 unmittelbar im Konturverlauf der Kurbelwelle 2 vorgesehen. Alternativ
hierzu kann die Kupplung 4 auch in der ersten Riemenscheibe 3 integriert sein. Die
Kupplung kann verschiedenartig ausgestaltet werden, beispielsweise als
Magnetkupplung oder als Fliehkraftkupplung. Unabhängig von der konkreten
Ausgestaltung dieser Kupplung 4 ist es für die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung
wesentlich, daß die Kupplung 4 in Abhängigkeit der Kurbelwellendrehzahl betätigbar ist.
Für diese Betätigung sowie die hierfür notwendige Erfassung der Drehzahl wird
vorzugsweise das ohnehin vorhandene Motorsteuergerät genutzt.
Beim Start der Brennkraftmaschine wird die Kupplung 4 zunächst ausgekuppelt. In
diesem Betriebszustand ist der Drehmomentenweg von der Kurbelwelle 2 zur
Riemenscheibe 3 unterbrochen. Der auf dieser Riemenscheibe 3 laufende Riemen, der
als Antrieb der nachgeordneten Nebenaggregate wirksam wird, ist demzufolge ebenfalls
antriebslos, so daß auch die Nebenaggregate vom Antriebsdrehmoment der Kurbelwelle
2 abgekuppelt sind. Somit werden Schwingungen am Riementrieb und den
Nebenaggregaten weitgehend vermieden. Nach erfolgreichem Start der
Brennkraftmaschine, der durch Überschreiten einer festgelegten Drehzahl (z.B. der
Leerlaufdrehzahl) erkennbar ist, wird die Kupplung 4 eingekuppelt und der
Nebenaggregateantrieb läuft nunmehr in an sich bekannter Weise.
Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung zum Antrieb von mindestens einem Nebenaggregat
einer Brennkraftmaschine wurden bereits erste praktische Versuche durchgeführt.
Hierbei wurde eine Brennkraftmaschine zunächst in konventioneller Weise bei einer
Umgebungstemperatur von minus 28° Celsius gestartet. Für diesen Start wurde eine Zeit
von 23 Sekunden benötigt. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung wurde unter
völlig gleichen Bedingungen eine Startzeit von weniger als 1 Sekunde benötigt, die
Brennkraftmaschine wurde faktisch ohne feststellbare Verzögerung gestartet. Diese
ersten Versuche belegen bereits die erheblichen Vorteile, die mit dieser technischen
Lösung gegenüber den bisher bekannten Lösungen erreicht werden können.
Claims (8)
- Vorrichtung zum Antrieb von mindestens einem Nebenaggregat einer Brennkraftmaschine, wobei das Antriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine über die Kurbelwelle auf eine erste, mit der Kurbelwelle verbundene Riemenscheibe und von dieser mittels Riementrieb auf mindestens eine weitere, als Antrieb eines Nebenaggregates wirksame Riemenscheibe übertragen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Antriebsstrang zwischen der Kurbelwelle (2) und der, mit dieser Kurbelwelle (2) verbundenen ersten Riemenscheibe (3) eine Kupplung (4) angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplung (4) in der, mit der Kurbelwelle (2) verbundenen ersten Riemenscheibe (3) integriert ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplung (4) eine Magnetkupplung ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplung (4) eine Fliehkraftkupplung ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplung (4) in Abhängigkeit der Kurbelwellendrehzahl betätigbar ist. - Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigung der Kupplung (4) durch das Motorsteuergerät ausgelöst wird. - Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplung (4) beim Start der Brennkraftmaschine ausgekuppelt wird. - Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplung (4) beim Überschreiten der Leerlaufdrehzahl eingekuppelt wird.
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