EP2756178A1 - Antriebsstrang und verfahren zum betrieb eines antriebsstrangs - Google Patents

Antriebsstrang und verfahren zum betrieb eines antriebsstrangs

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Publication number
EP2756178A1
EP2756178A1 EP12777848.8A EP12777848A EP2756178A1 EP 2756178 A1 EP2756178 A1 EP 2756178A1 EP 12777848 A EP12777848 A EP 12777848A EP 2756178 A1 EP2756178 A1 EP 2756178A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder
combustion
damping
torque
drive train
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12777848.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hartmut Mende
Uli Junker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP2756178A1 publication Critical patent/EP2756178A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/06—Engines with means for equalising torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/28—Control for reducing torsional vibrations, e.g. at acceleration

Definitions

  • the invention relates to a drive train for a motor vehicle and to a method for operating a drive train with the aid of which a torque generated in an internal combustion engine can be transmitted to a motor vehicle transmission.
  • a powertrain for a motor vehicle includes an internal combustion engine having a plurality of combustion cylinders that drive a crankshaft.
  • the crankshaft may transmit torque generated by the combustion cylinders to a motor vehicle transmission through combustion of a fuel mixture. Due to the engine combustion in the respective combustion cylinders torque peaks and torque valleys can occur in the torque generated, leading to rotational irregularities in the crankshaft.
  • torque peaks and torque valleys can occur in the torque generated, leading to rotational irregularities in the crankshaft.
  • it is known to increase the number of combustion cylinders which, however, increases the size of the internal combustion engine or to provide torsional vibration dampers whose damping capacity is limited by design.
  • the object is achieved by a drive train with the
  • a drive train for a motor vehicle is provided with an internal combustion engine having at least one combustion engine for generating a drive torque, wherein the drive torque by a combustion in the at least one combustion cylinder caused rotational irregularities, one of the at least one combustion cylinder drivable crankshaft for transmitting the drive torque and with the crankshaft coupled to an energy storage system cooperating unburned damping cylinder to compensate for the rotational
  • the movable parts of the damping cylinder can be dragged by the combustion cylinder directly or indirectly via the crankshaft, so that it is possible to dampen by the engine combustion in the respective combustion cylinder caused torque fluctuations of the crankshaft via the damping cylinder by means of the energy storage system.
  • the mechanical energy additionally generated at torque peaks of the rotational irregularity caused by the engine combustion compared to an averaged mean value can be stored in whole or in part with the aid of the energy storage system, for example by compression of a mechanical spring or gas spring, and be delivered wholly or partly at one time, when, in a torque valley of rotational nonuniformity, the torque applied to the crankshaft falls below the averaged average.
  • a torque valley of the current torque corresponds to a speed peak of the current speed
  • a torque peak of the current torque corresponds to a speed time of the current speed.
  • the damping cylinder can be comparable, in particular identical, constructed to the combustion cylinder, so that it is possible with the aid of a suitable control to provide the function of the damping cylinder through the combustion cylinder and / or to provide the function of the combustion cylinder through the damping cylinder.
  • the damping cylinder is unfired, that is, a combustion of a fuel mixture does not take place in the damping cylinder.
  • the damping cylinder like a fired combustion cylinder in which combustion of a fuel mixture takes place, may compress and relax a fluid to store and release energy.
  • the damping cylinder can perform charge exchange work, for example in order to fill a gas accumulator acting as a gas spring and, in the case of an emptying operation, ren of the gas storage to deliver the stored energy to the crankshaft.
  • gas pressure forces inside or outside of the damping cylinder can be used.
  • the damping cylinder may in particular be dimensioned such that a sufficient damping is achievable even with highly supercharged internal combustion engines.
  • the valves for the combustion cylinder and / or for the damping cylinder can be operated independently of one another in order to achieve a compensation of the rotational irregularities.
  • the damping cylinder for existing powertrain concepts can be used to allow for the engine, a Zylinderdownsizing example of four combustion cylinders on three or two combustion cylinder and / or a temporary cylinder shutdown without having to accept unnecessary loss of comfort.
  • the damping cylinder can be integrated in particular in existing engine housing of internal combustion engines without having to claim additional space.
  • the combustion cylinder is operable after the four-stroke process and the damping cylinder according to the two-stroke process.
  • the damping cylinder may indicate energy stored in the compression stroke of the first combustion cylinder and store energy in the combustion stroke of the first combustion cylinder, while the second combustion cylinder undergoes the exhaust stroke and the intake stroke.
  • the damping cylinder can indicate stored energy in the compression stroke of the second combustion cylinder and store energy in the combustion stroke of the second combustion cylinder while the first combustion cylinder undergoes the exhaust stroke and the intake stroke.
  • the internal combustion engine can be operated as a two-cylinder four-stroke engine, wherein a large part of the rotational irregularities occurring can be damped by the correspondingly dimensioned damping cylinder cooperating with the energy storage system.
  • the damping cylinder can generate torsional vibrations at substantially twice the frequency as the torsional vibrations generated by the respective combustion cylinder, so that the torsional vibrations of two combustion cylinders operated with a phase shift of substantially 360 ° can be damped by the damping cylinder.
  • the damping cylinder is a disconnected combustion cylinder of a combustion engine having a plurality of combustion cylinders.
  • the internal combustion engine can thereby be operated closer to the optimum operating point, without the shutdown of the internal combustion engines, by no more fuel mixture is burned in the deactivated combustion cylinder, leading to significant comfort losses.
  • the damping cylinder may comprise a guided in a housing piston, which can compress a arranged in a formed between the piston and housing combustion chamber fuel mixture or other fluid, such as air, comparable to a configured as a gas spring energy storage system to store mechanical energy.
  • the damping cylinder is connected to the same crankshaft, with which the combustion cylinder is connected, or the damping cylinder is coupled via a coupling unit, in particular a coupling gear preferably with a 1: 1 ratio, with the crankshaft, with which the combustion cylinder is connected.
  • a coupling unit in particular a coupling gear preferably with a 1: 1 ratio
  • the frequency with which the damping cylinder can absorb and release energy via the energy storage system can be mechanically coupled to the frequency with which the respective combustion cylinder generates rotational nonuniformities. An unintentional phase shift of the rotational irregularities between the damping cylinder and the combustion cylinder can be avoided.
  • a translation other than a 1: 1 ratio can be adjusted via the coupling gear in order to be able to dampen with the aid of the damping cylinder and rotational irregularities of a higher engine order and / or higher number of mutually out of phase operated combustion cylinders.
  • the energy storage system has a spring storage, in particular a mechanical spring or a gas spring, for the storage and / or delivery of mechanical energy.
  • the spring accumulator can have a higher efficiency compared to other storage systems, so that power losses can be kept small by the entrainment of the movable components of the damping cylinder and the operation of the energy storage system.
  • a spring preload of the spring accumulator is adjustable, wherein in particular the spring preload is adjustable by a spring control unit for adjusting the spring preload to different load conditions of the internal combustion engine.
  • Spring preload allows the spring accumulator to respond to a changing amplitude of the torque peak. zen and / or torque valleys react, so that too low and / or too high compensation of the rotational irregularities generated by the combustion cylinder can be avoided or at least reduced.
  • a phase shift between the torsional vibrations of the damping cylinder and the torsional vibrations of the combustion cylinder can be achieved by a particular oscillating change of the spring bias with substantially the frequency of rotational irregularities, for example, to compensate for load-dependent phase shifts.
  • the spring control unit can be connected to a motor controller in order to be able to take into account information about a changing load state of the internal combustion engine and / or an intended shutdown of a fired combustion cylinder and / or intended connection of an unfired combustion cylinder at an early stage.
  • the spring accumulator is coupled at one end with a piston of the damping cylinder and at an opposite in particular in the radial direction of the cooperating with the damping cylinder crankshaft end with an abutment, wherein the abutment for adjusting the spring preload in particular in the radial direction of the cooperating with the damping cylinder crankshaft can be moved.
  • the anvil may be connected to a displaceable part of a cylinder head of the damping cylinder and / or the internal combustion engine.
  • the energy storage system is at least partially formed by a fluid line connected to the internal combustion engine for supplying and / or removing fluid for the internal combustion engine.
  • a fluid, in particular air or exhaust gas, enclosed in an intake line leading to the internal combustion engine and / or in an exhaust gas line leading away from the internal combustion engine can be used as an energy storage system, comparable to a gas spring.
  • the valves for the combustion cylinder and / or for the damping cylinder can be operated independently of one another in order to achieve a compensation of the rotational irregularities. As a result, it is not necessary to provide additional space for the energy storage system.
  • a non-active damper in particular flywheel and / or dual mass flywheel, coupled, in particular between the engine and a motor vehicle transmission for vibration damping of the crankshaft exclusively the at least one non-active damper is provided.
  • the damping cylinder By the damping cylinder, the rotational irregularities generated by the engine combustion can be so far attenuated that a non-active torsional vibration damper sufficient to sufficiently equalize the torque output from the crankshaft.
  • An active control device in order to control an active damper for damping the vibration of the crankshaft as a function of currently occurring rotational irregularities is not necessary, so that the corresponding installation space can be saved.
  • the combustion cylinder and / or the damping cylinder is designed as a reciprocating engine.
  • the combustion cylinder and / or the damping cylinder can be mechanically coupled directly to the crankshaft with a defined phase relationship.
  • the invention further relates to a method for operating a drive train, which may be in particular as described above and further developed, for a motor vehicle in which a drive torque is generated with rotational irregularities by means of a fired combustion cylinder of an internal combustion engine and with the aid of an energy storage system with a cooperating Unfired damping cylinder a damping torque for damping the rotational irregularities is generated.
  • a drive torque is generated with rotational irregularities by means of a fired combustion cylinder of an internal combustion engine and with the aid of an energy storage system with a cooperating Unfired damping cylinder a damping torque for damping the rotational irregularities is generated.
  • This allows for a compact design, an attenuation of rotational irregularities in a torque generated by an internal combustion engine.
  • the method can in particular be explained and further developed as explained above with reference to the drive train.
  • a plurality of combustion cylinders are fired, wherein in a cylinder deactivation operation at least one combustion cylinder is operated unfired and used as a damping cylinder.
  • a cylinder deactivation operation it is not necessary to provide a separate damping cylinder, but in the case of at least one deactivated combustion cylinder to let the deactivated combustion cylinder perform the function of the damping cylinder.
  • the cylinder deactivation operation is carried out in particular at partial load of the internal combustion engine, so that the remaining fired combustion cylinders can be operated closer to the optimum operating point.
  • the damping torque has torsional vibrations at a frequency which is substantially twice as high as the torsional vibrations of the drive torque.
  • the damping cylinder can generate torsional vibrations at substantially twice the frequency as the torsional vibrations generated by the respective combustion cylinder, so that the torsional vibrations of two combustion cylinders operated with a phase shift of substantially 360 ° can be damped by the damping cylinder.
  • the rotational irregularities of the drive torque of more than one combustion cylinder can be damped by the damping torque of a single damping cylinder.
  • Energy storage system provided spring preload adapted to a load condition of the internal combustion engine. Via the spring preload it is possible to react to a changing amplitude of the torque peaks and / or torque valleys of the drive torque, so that too low and / or too high a compensation of the torsional vibrations of the drive torque can be avoided or at least reduced by the damping moment. Furthermore, a phase shift between the drive torque and the damping torque can be achieved by a particular oscillating change in the spring bias with substantially the frequency of the rotational irregularities of the drive torque, for example, to compensate for load-dependent phase shifts.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a drive train with a two-cylinder internal combustion engine
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a drive train with a four-cylinder internal combustion engine in a normal operation
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of the drive train of FIG. 2 in a
  • the drive train 10 shown in FIG. 1 has an internal combustion engine 12, which in the illustrated embodiment has two combustion cylinders 14 fired.
  • the combustion cylinders 14 generate a drive torque by combustion of a fuel mixture, which is delivered to a crankshaft 16 mechanically coupled to the combustion cylinder 14.
  • the respective fired combustion cylinder 14 first passes through an intake stroke An, in which air or a fuel / air mixture is sucked in, a compression stroke V, in which the fuel / air mixture is compressed, a combustion stroke Z, in which ignited fuel / air mixture is burned and work is discharged to the crankshaft, and an exhaust stroke Off, in which the combustion products of the combusted fuel / air mixture are discharged as exhaust gas from the combustion cylinder 14.
  • the damping cylinder 20 is connected to the crankshaft 16 and to an energy storage system 22 in the form of a spring, such as a mechanical spring or gas spring, to store and dispense mechanical energy from the crankshaft 16 in the energy storage system 22.
  • the energy storage system 22 is supported in the radial direction opposite to the crankshaft 16 on an abutment 24, which can be moved to change the spring bias of the energy storage system 22 in the radial direction.
  • the energy storage system 22 is connected to the crankshaft 16 via the damping cylinder 20 in such a way that energy is absorbed in the combustion cycles Z of the combustion cylinder 14 and energy is released in the compression cycles V of the combustion cylinders 14.
  • the combustion cylinders 14 are phase-shifted relative to one another by 360 ° relative to the angle of rotation of the crankshaft 16, so that only one combustion cylinder 14 is always in the compression stroke V or in the combustion stroke Z for each cycle.
  • the counterbearing 24 is displaced so far toward the crankshaft 16 that the energy store 22 can absorb energy from the crankshaft 16 and deliver it to the crankshaft 16.
  • one of the deactivated combustion cylinders 26 is used as the damping cylinder 20, while the other deactivated combustion cylinder 26 assumes no further function.
  • This cylinder deactivation operation shown in FIG. 3 essentially corresponds to the mode of operation of the drive train shown in FIG. If necessary, in addition, the disconnected combustion cylinder 26 may also cooperate with an energy storage system 22 so that the damper torque may be provided by more than one damper cylinder 20.

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Abstract

Es ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug vorgesehen mit einem mindestens einen Verbrennungszylinder aufweisenden Verbrennungsmotor zur Erzeugung eines Antriebsmoments, wobei das Antriebsmoment durch eine Verbrennung in dem mindestens einen Verbrennungszylinder verursachte Drehungleichförmigkeiten aufweist, einer von dem mindestens einen Verbrennungszylinder antreibbaren Kurbelwelle zur Weiterleitung des Antriebsmoments und einem mit der Kurbelwelle gekoppelten mit einem Energiespeichersystem zusammenwirkenden unbefeuerten Dämpfungszylinder zur Kompensation der Drehungleichförmigkeiten, wobei bei durch die Drehungleichförmigkeit verursachten Drehmomentspitzen des Antriebsmoments über den Dämpfungszylinder mechanische Energie in dem Energiespeichersystem speicherbar ist und bei durch die Drehungleichförmigkeit verursachten Drehmomenttälern des Antriebsmoments über den Dämpfungszylinder mechanische Energie von dem Energiespeichersystem abgebbar ist. Dies ermöglicht bei einer kompakten Bauweise eine Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten bei einem von einem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoment.

Description

Antriebsstranq und Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs, mit deren Hilfe ein in einem Verbrennungsmotor erzeugtes Drehmoment an ein Kraftfahrzeuggetriebe übertragen werden kann.
Ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor mit mehreren Verbrennungszylindern auf, die eine Kurbelwelle antreiben. Die Kurbelwelle kann ein von den Verbrennungszylindern durch eine Verbrennung eines Kraftstoffgemischs erzeugtes Drehmoment an ein Kraftfahrzeuggetriebe übertragen. Durch die motorische Verbrennung in den jeweiligen Verbrennungszylindern können im erzeugten Drehmoment Drehmomentspitzen und Drehmomenttäler auftreten, die zu Drehungleichförmigkeiten bei der Kurbelwelle führen. Um die durch die motorische Verbrennung in dem Verbrennungsmotor auftretenden Drehungleichförmigkeiten zu reduzieren, ist es bekannt die Anzahl der Verbrennungszylinder zu erhöhen, wodurch sich jedoch die Größe des Verbrennungsmotors erhöht, oder Drehschwingungsdämpfer vorzusehen, deren Dämpfungsvermögen bauartbedingt jedoch begrenzt ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, die bei einer kompakten Bauweise eine Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten bei einem von einem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoment ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Antriebsstrang mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugt Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug vorgesehen mit einem mindestens einen Verbrennungszylinder aufweisenden Verbrennungsmotor zur Erzeugung eines Antriebsmoments, wobei das Antriebsmoment durch eine Verbrennung in dem mindestens einen Verbrennungszylinder verursachte Drehungleichförmigkeiten aufweist, einer von dem mindestens einen Verbrennungszylinder antreibbaren Kurbelwelle zur Weiterleitung des Antriebsmoments und einem mit der Kurbelwelle gekoppelten mit einem Energiespeichersystem zusammenwirkenden unbefeuerten Dämpfungszylinder zur Kompensation der Dreh-
|Bestätigungskopie ungleichförmigkeiten, wobei bei durch die Drehungleichförmigkeit verursachten Drehmomentspitzen des Antriebsmoments über den Dämpfungszylinder mechanische Energie in dem Energiespeichersystem speicherbar ist und bei durch die Drehungleichförmigkeit verursachten Drehmomenttälern des Antriebsmoments über den Dämpfungszylinder mechanische Energie von dem Energiespeichersystem abgebbar ist.
Die bewegbaren Teile des Dämpfungszylinders können von dem Verbrennungszylinder mittelbar oder unmittelbar über die Kurbelwelle mitgeschleppt werden, so dass es möglich ist durch die motorischen Verbrennung in dem jeweiligen Verbrennungszylinder verursachte Drehmomentschwankungen der Kurbelwelle über den Dämpfungszylinder mit Hilfe des Energiespeichersystems zu dämpfen. Die bei Drehmomentspitzen der durch die motorische Verbrennung verursachten Drehungleichförmigkeit im Vergleich zu einem gemittelten Mittelwert zusätzlich erzeugte mechanische Energie kann ganz oder teilweise mit Hilfe des Energiespeichersystems, beispielsweise durch Komprimierung einer mechanischen Feder oder Gasfeder, gespeichert werden und zu einem Zeitpunkt ganz oder teilweise abgegeben werden, wenn bei einem Drehmomenttal der Drehungleichförmigkeit das an der Kurbelwelle anliegende Drehmoment unterhalb des gemittelten Mittelwerts fällt. Bei einer gegebenen Motorleistung des Verbrennungsmotors entspricht ein Drehmomenttal des aktuellen Drehmoments einer Drehzahlspitze der aktuellen Drehzahl, während eine Drehmomentspitze des aktuellen Drehmoments einem Drehzahltal der aktuellen Drehzahl entspricht. Der Dämpfungszylinder kann vergleichbar, insbesondere identisch, zum Verbrennungszylinder aufgebaut sein, so dass es möglich ist mit Hilfe einer geeigneten Steuerung die Funktion des Dämpfungszylinders durch den Verbrennungszylinder bereitzustellen und/oder die Funktion des Verbrennungszylinders durch den Dämpfungszylinder bereitzustellen. Insbesondere ist es möglich den Verbrennungsmotor mit besonders wenigen Verbrennungszylindern auszustatten und/oder einen Teil der Verbrennungszylinder bei Teillast abzuschalten, ohne dass die durch die befeuerten Verbrennungszylinder verursachten Drehungleichförmigkeiten den Fahrkomfort signifikant beeinträchtigen können. Dies ermöglicht bei einer kompakten Bauweise eine Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten bei einem von einem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoment.
Der Dämpfungszylinder ist unbefeuert, das heißt eine Verbrennung eines Kraftstoffgemischs findet in dem Dämpfungszylinder nicht statt. Der Dämpfungszylinder kann jedoch vergleichbar zu einem befeuerten Verbrennungszylinder, in dem eine Verbrennung eines Kraftstoffgemischs stattfindet, ein Fluid komprimieren und entspannen, um Energie zu speichern beziehungsweise abzugeben. Ferner kann der Dämpfungszylinder Ladungswechselarbeit leisten, beispielsweise um einen als Gasfeder wirkenden Gasspeicher zu füllen und bei einem Entlee- ren des Gasspeichers die gespeicherte Energie an die Kurbelwelle abzugeben. Hierzu können insbesondere Gasdruckkräfte innerhalb oder außerhalb des Dämpfungszylinders genutzt werden. Der Dämpfungszylinder kann insbesondere derart dimensioniert sein, dass auch bei hochaufgeladenen Verbrennungsmotoren eine ausreichende Dämpfung erreichbar ist. Mit Hilfe einer geeigneten Ventilsteuerung können die Ventile für den Verbrennungszylinder und/oder für den Dämpfungszylinder unabhängig voneinander betätigt werden, um eine Kompensation der Drehungleichförmigkeiten zu erreichen. Beispielsweise kann der Dämpfungszylinder für bereits vorhandene Antriebsstrang konzepte verwendet werden, um für den Verbrennungsmotor ein Zylinderdownsizing beispielsweise von vier Verbrennungszylindern auf drei oder zwei Verbrennungszylinder und/oder eine zeitweilige Zylinderabschaltung zu ermöglichen ohne unnötige Komforteinbussen hinnehmen zu müssen. Hierzu kann der Dämpfungszylinder insbesondere in bereits bestehende Motorengehäuse von Verbrennungsmotoren integriert werden ohne zusätzlichen Bauraum beanspruchen zu müssen.
Insbesondere ist der Verbrennungszylinder nach dem Viertaktverfahren und der Dämpfungszylinder nach dem Zweitaktverfahren betreibbar. Dies ermöglicht es insbesondere mit Hilfe nur eines Dämpfungszylinders die Drehungleichförmigkeiten von zwei Verbrennungszylindern zu dämpfen, die um zwei Arbeitstakte versetzt arbeiten. Der Dämpfungszylinder kann im Verdichtungstakt des ersten Verbrennungszylinders gespeicherte Energie angeben und im Verbrennungstakt des ersten Verbrennungszylinders Energie speichern, während der zweite Verbrennungszylinder den Ausstoßtakt und den Ansaugtakt durchläuft. Anschließend kann der Dämpfungszylinder im Verdichtungstakt des zweiten Verbrennungszylinders gespeicherte Energie angeben und im Verbrennungstakt des zweiten Verbrennungszylinders Energie speichern, während der erste Verbrennungszylinder den Ausstoßtakt und den Ansaugtakt durchläuft. Vorzugsweise kann der Verbrennungsmotor als Zwei-Zylinder-Viertaktmotor betrieben werden, wobei ein Großteil der auftretenden Drehungleichförmigkeiten durch den entsprechend dimensionierten mit dem Energiespeichersystem zusammenwirkenden Dämpfungszylinder gedämpft werden kann. Insbesondere kann der Dämpfungszylinder Drehschwingungen mit im Wesentlichen der doppelten Frequenz als die von dem jeweilige Verbrennungszylinder erzeugten Drehschwingungen erzeugen, so dass die Drehschwingungen von zwei mit einer Phasenverschiebung von im Wesentlichen 360° betriebene Verbrennungszylinder von dem Dämpfungszylinder gedämpft werden können.
Vorzugsweise ist der Dämpfungszylinder ein abgeschalteter Verbrennungszylinder eines mehrere Verbrennungszylinder aufweisenden Verbrennungsmotors. Dadurch ist es möglich bei dem Verbrennungsmotor einen Teil der Verbrennungszylinder bei Teillast abzuschalten, ohne dass die durch die befeuerten Verbrennungszylinder verursachten Drehungleichförmig- keiten den Fahrkomfort signifikant beeinträchtigen können. Der Verbrennungsmotor kann dadurch näher am optimalen Betriebspunkt betrieben werden, ohne dass die Abschaltung der Verbrennungsmotoren, indem in dem abgeschalteten Verbrennungszylinder kein Kraftstoffgemisch mehr verbrannt wird, zu signifikanten Komforteinbussen führt. Der Dämpfungszylinder kann einen in einem Gehäuse geführten Kolben aufweisen, der ein in einer zwischen Kolben und Gehäuse ausgebildeten Verbrennungskammer angeordnetes Kraftstoffgemisch oder ein anderes Fluid, beispielsweise Luft, vergleichbar zu einem als Gasfeder ausgestalteten Energiespeichersystem komprimieren kann, um mechanische Energie zu speichern.
Besonders bevorzugt ist der Dämpfungszylinder mit der selben Kurbelwelle verbunden, mit welcher der Verbrennungszylinder verbunden ist, oder der Dämpfungszylinder ist über eine Koppelungseinheit, insbesondere ein Koppelgetriebe vorzugsweise mit einer 1 :1- Übersetzung, mit der Kurbelwelle gekoppelt, mit welcher der Verbrennungszylinder verbunden ist. Dadurch kann die Frequenz, mit welcher der Dämpfungszylinder über das Energiespeichersystem Energie aufnehmen und abgeben kann, mechanisch mit der Frequenz gekoppelt werden, mit welcher der jeweilige Verbrennungszylinder Drehungleichförmigkeiten erzeugt. Eine unbeabsichtigte Phasenverschiebung der Drehungleichförmigkeiten zwischen dem Dämpfungszylinder und dem Verbrennungszylinder kann dadurch vermieden werden. Gegebenenfalls kann über das Koppelgetriebe eine von einer 1 :1 -Übersetzung verschiedene Übersetzung eingestellt werden, um mit Hilfe des Dämpfungszylinders auch Drehungleichförmigkeiten einer höheren Motorordnung und/oder höheren Anzahl von zueinander phasenverschoben betriebenen Verbrennungszylindern dämpfen zu können.
Insbesondere weist das Energiespeichersystem einen Federspeicher, insbesondere eine mechanische Feder oder eine Gasfeder, zur Speicherung und/oder Abgabe von mechanischer Energie auf. Der Federspeicher kann im Vergleich zu anderen Speichersystemen einen höheren Wirkungsgrad aufweisen, so dass Leistungsverluste durch das Mitschleppen der bewegbaren Bauteile des Dämpfungszylinders und dem Betrieb des Energiespeichersystems klein gehalten werden können.
Vorzugsweise ist eine Federvorspannung des Federspeichers einstellbar, wobei insbesondere die Federvorspannung durch eine Federsteuerungseinheit zur Einstellung der Federvorspannung an verschiedene Lastzustände des Verbrennungsmotors einstellbar ist. Über die Federvorspannung kann der Federspeicher auf eine sich ändernde Amplitude der Drehmomentspit- zen und/oder Drehmomenttäler reagieren, so dass eine zu geringe und/oder eine zu hohe Kompensation der von dem Verbrennungszylinder erzeugten Drehungleichförmigkeiten vermieden oder zumindest reduziert werden kann. Ferner kann durch eine insbesondere oszillierend Änderung der Federvorspannung mit im Wesentlichen der Frequenz der Drehungleichförmigkeiten eine Phasenverschiebung zwischen den Drehschwingungen des Dämpfungszylinders und den Drehschwingungen des Verbrennungszylinders erreicht werden, beispielsweise um lastabhängige Phasenverschiebungen zu kompensieren. Die Federsteuereinheit kann insbesondere mit einer Motorsteuerung verbunden sein, um Informationen über einen sich ändernden Lastzustand des Verbrennungsmotors und/oder eine beabsichtigte Abschaltung eines befeuerten Verbrennungszylinders und/oder beabsichtigte Zuschaltung eines unbefeu- erten Verbrennungszylinders frühzeitig berücksichtigen zu können. Besonders bevorzugt ist der Federspeicher an einem Ende mit einem Kolben des Dämpfungszylinders und an einem insbesondere in radialer Richtung der mit dem Dämpfungszylinder zusammenwirkenden Kurbelwelle gegenüberliegenden Ende mit einem Gegenlager gekoppelt, wobei das Gegenlager zur Einstellung der Federvorspannung insbesondere in radialer Richtung der mit dem Dämpfungszylinder zusammenwirkenden Kurbelwelle verschoben werden kann. Das Gegenlager kann mit einem verschiebbaren Teil eines Zylinderkopfes des Dämpfungszylinders und/oder des Verbrennungsmotors verbunden sein.
Besonders bevorzugt ist das Energiespeichersystem zumindest teilweise durch eine mit dem Verbrennungsmotor verbundene Fluidleitung zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Fluid für den Verbrennungsmotor ausgebildet. Ein in einer zum Verbrennungsmotor führenden Ansaugleitung und/oder in einer vom Verbrennungsmotor wegführenden Abgasleitung eingeschlossenes Fluid, insbesondere Luft oder Abgas, kann vergleichbar zu einer Gasfeder als Energiespeichersystem verwendet werden. Mit Hilfe einer geeigneten Ventilsteuerung können die Ventile für den Verbrennungszylinder und/oder für den Dämpfungszylinder unabhängig voneinander betätigt werden, um eine Kompensation der Drehungleichförmigkeiten zu erreichen. Dadurch ist es nicht erforderlich zusätzlichen Bauraum für das Energiespeichersystem vorzuhalten.
Insbesondere ist mit der Kurbelwelle ein nicht-aktiver Dämpfer, insbesondere Schwungrad und/oder Zweimassenschwungrad, gekoppelt, wobei insbesondere zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Kraftfahrzeuggetriebe zur Schwingungsdämpfung der Kurbelwelle ausschließlich der mindestens eine nicht-aktive Dämpfer vorgesehen ist. Durch den Dämpfungszylinder können die durch die motorische Verbrennung erzeugten Drehungleichförmigkeiten so weit gedämpft werden, dass ein nicht-aktiver Drehschwingungsdämpfer ausreicht, um das von der Kurbelwelle abgegebene Drehmoment hinreichend zu vergleichmäßigen. Eine aktive Steuerungseinrichtung, um in Abhängigkeit aktuell auftretender Drehungleichförmigkei- ten einen aktiven Dämpfer zur Schwingungsdämpfung der Kurbelwelle anzusteuern ist nicht erforderlich, so dass der entsprechende Bauraum eingespart werden kann.
Vorzugsweise ist der Verbrennungszylinder und/oder der Dämpfungszylinder als Hubkolbenmaschine ausgestaltet. Dadurch können der Verbrennungszylinder und/oder der Dämpfungszylinder direkt mechanisch mit der Kurbelwelle mit einem definierten Phasenverhältnis gekoppelt werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs, der insbesondere wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, für ein Kraftfahrzeug, bei dem mit Hilfe eines befeuerten Verbrennungszylinders eines Verbrennungsmotors ein Antriebsmoment mit Drehungleichförmigkeiten erzeugt wird und mit Hilfe eines mit einem Energiespeichersystem zusammenwirkenden unbefeuerten Dämpfungszylinders ein Dämpfungsmoment zum Dämpfen der Drehungleichförmigkeiten erzeugt wird. Dies ermöglicht bei einer kompakten Bauweise eine Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten bei einem von einem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoment. Das Verfahren kann insbesondere wie vorstehend anhand des Antriebsstrangs erläutert aus- und weitergebildet sein.
Insbesondere werden in einem Normal betrieb mehrere Verbrennungszylinder befeuert, wobei in einem Zylinderabschaltungsbetrieb mindestens ein Verbrennungszylinder unbefeuert betrieben und als Dämpfungszylinder verwendet wird. Dadurch ist es nicht erforderlich einen separaten Dämpfungszylinder vorzusehen, sondern in dem Fall mindestens eines abgeschalteten Verbrennungszylinders den abgeschalteten Verbrennungszylinder die Funktion des Dämpfungszylinders ausführen zu lassen. Der Zylinderabschaltungsbetrieb wird insbesondere bei Teillast des Verbrennungsmotors durchgeführt, so dass die verbliebenen befeuerten Verbrennungszylinder näher am optimalen Betriebspunkt betrieben werden können. Insbesondere bei hoher Last, beispielsweise bei Volllast des Verbrennungsmotors, wird der Normalbetrieb durchgeführt, wobei verschiedene Verbrennungszylinder bezüglich Ihres Arbeitstaktes phasenverschoben betrieben werden können, um auch ohne als Dämpfungszylinder betriebenen Verbrennungszylinder eine ausreichende Vergleichmäßigung des erzeugten Drehmoments erreichen zu können. Vorzugsweise weist das Dämpfungsmoment Drehschwingungen mit einer Frequenz auf, die im Wesentlichen doppelt so hoch wie die Drehschwingungen des Antriebsmoments ist. Der Dämpfungszylinder kann Drehschwingungen mit im Wesentlichen der doppelten Frequenz als die von dem jeweilige Verbrennungszylinder erzeugten Drehschwingungen erzeugen, so dass die Drehschwingungen von zwei mit einer Phasenverschiebung von im Wesentlichen 360° betriebene Verbrennungszylinder von dem Dämpfungszylinder gedämpft werden können. Die Drehungleichförmigkeiten des Antriebsmoments von mehr als einem Verbrennungszylinder können durch das Dämpfungsmoment eines einzelnen Dämpfungszylinders gedämpft werden.
Besonders bevorzugt wird das Dämpfermoment durch eine Variation einer durch das
Energiespeichersystem bereitgestellten Federvorspannung an einen Lastzustand des Verbrennungsmotors angepasst. Über die Federvorspannung kann auf eine sich ändernde Amplitude der Drehmomentspitzen und/oder Drehmomenttäler des Antriebsmoments reagiert werden, so dass eine zu geringe und/oder eine zu hohe Kompensation der Drehschwingungen des Antriebsmoments durch das Dämpfungsmoment vermieden oder zumindest reduziert werden kann. Ferner kann durch eine insbesondere oszillierend Änderung der Federvorspannung mit im Wesentlichen der Frequenz der Drehungleichförmigkeiten des Antriebsmoments eine Phasenverschiebung zwischen dem Antriebsmoment und dem Dämpfungsmoment erreicht werden, beispielsweise um lastabhängige Phasenverschiebungen zu kompensieren.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs mit einem Zweizylinder- Verbrennungsmotor,
Fig. 2: eine schematische Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs mit einem Vierzylinder- Verbrennungsmotor in einem Normalbetrieb und
Fig. 3: eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebsstrangs aus Fig. 2 in einem
Zylinderabschaltungsbetrieb. Der in Fig. 1 dargestellte Antriebsstrang 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei befeuerte Verbrennungszylinder 14 aufweist. Die Verbrennungszylinder 14 erzeugen durch eine Verbrennung eines Kraftstoffgemischs ein Antriebsmoment, das an eine mit den Verbrennungszylinders 14 mechanisch gekoppelte Kurbelwelle 16 abgegeben wird. Zur Erzeugung des Antriebsmoments durchläuft der jeweilige befeuerte Verbrennungszylinder 14 zunächst einen Ansaugtakt An, in dem Luft oder ein Kraftstoff/Luft-Gemisch angesaugt wird, einen Verdichtungstakt V, in dem das Kraftstoff/Luft- Gemisch komprimiert wird, einen Verbrennungstakt Z, in dem das gezündete Kraftstoff/Luft- Gemisch verbrannt und Arbeit an die Kurbelwelle abgegeben wird, und einen Ausstoßtakt Aus, in dem die Verbrennungsprodukte des verbrannten Kraftstoff/Luft-Gemischs als Abgas aus dem Verbrennungszylinder 14 ausgestoßen werden. Durch diese motorische Verbrennung werden in dem Antriebsmoment Drehungleichförmigkeiten erzeugt, die mit Hilfe eines mit der Kurbelwelle 16 verbundenen nicht-aktiven Dämpfers 18 in Form eines Schwungrads sowie mit einem mit der Kurbelwelle 16 zusammenwirkenden Dämpfungszylinders 20 gedämpft werden können.
Der Dämpfungszylinder 20 ist mit der Kurbelwelle 16 und mit einem Energiespeichersystem 22 in Form einer Feder, beispielsweise mechanische Feder oder Gasfeder, verbunden, um mechanische Energie der Kurbelwelle 16 in dem Energiespeichersystem 22 speichern und abgeben zu können. Das Energiespeichersystem 22 ist in radialer Richtung gegenüberliegend zur Kurbelwelle 16 an einem Gegenlager 24 abgestützt, das zur Veränderung der Federvorspannung des Energiespeichersystems 22 in radialer Richtung verschoben werden kann. Das Energiespeichersystem 22 ist über den Dämpfungszylinder 20 derart mit der Kurbelwelle 16 verbunden, dass in den Verbrennungstakten Z der Verbrennungszylinder 14 Energie aufgenommen und in den Verdichtungstakten V der Verbrennungszylinder 14 Energie abgegeben wird. Die Verbrennungszylinder 14 sind hierfür bezogen auf den Drehwinkel der Kurbelwelle 16 zueinander um 360° phasenverschoben, so dass sich zu jedem Takt immer nur ein Verbrennungszylinder 14 im Verdichtungstakt V oder im Verbrennungstakt Z befindet.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Antriebsstrang 10 im Normalbetrieb weist der Verbrennungsmotor 12 im Vergleich zu dem in Fig. 1 dargestellten Antriebstrang 10 insgesamt vier jeweils um 180° zueinander phasenverschobene befeuerte Verbrennungszylinder 14 auf. Das mit dem Gegenlager 24 verbundene Energiespeichersystem 22 ist soweit nach radial außen von der Kurbelwelle 16 weg verschoben, dass das Energiespeichersystem 22 nicht mit einem der Verbrennungszylinder 14 zusammenwirken kann. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Antriebsstrang 10 im Zylinderabschaltungsbetrieb sind im Vergleich zu dem in Fig. 2 dargestellten Normalbetrieb zwei Verbrennungszylinder 14 abgeschaltet und nicht befeuert, so dass vergleichbar zu dem in Fig. 1 dargestellten Antriebsstrang nur zwei um 360° zueinander phasenverschobene Verbrennungszylinder 14 befeuert werden. Gleichzeitig ist das Gegenlager 24 soweit auf die Kurbelwelle 16 zu verschoben, dass der Energiespeicher 22 Energie von der Kurbelwelle 16 aufnehmen und an die Kurbelwelle 16 abgeben kann. Dies führt dazu, dass einer der abgeschalteten Verbrennungszylinder 26 als Dämpfungszylinder 20 verwendet wird, während der andere abgeschaltete Verbrennungszylinder 26 keine weitere Funktion übernimmt. Dieser in Fig. 3 dargestellte Zylinderabschaltungsbetrieb entspricht im wesentlichen der Betriebsweise des in Fig. 1 dargestellten Antriebsstrangs. Erforderlichenfalls kann zusätzlich der abgeschaltete Verbrennungszylinder 26 ebenfalls mit einem Energiespeichersystem 22 zusammenwirken, so dass das Dämpfermoment von mehr als einem Dämpferzylinder 20 bereitgestellt werden kann.
Bezugszeichenliste
10 Antriebsstrang
12 Verbrennungsmotor
14 befeuerter Verbrennungszylinder
16 Kurbelwelle
18 nicht-aktiver Dämpfer
20 Dämpfungszylinder
22 Energiespeichersystem
24 Gegenlager
26 abgeschalteter Verbrennungszylinder
An Ansaugtakt
V Verdichtungstakt
Z Verbrennungstakt
Aus Ausstoßtakt

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit
einem mindestens einen Verbrennungszylinder (14) aufweisenden Verbrennungsmotor (12) zur Erzeugung eines Antriebsmoments, wobei das Antriebsmoment durch eine Verbrennung in dem mindestens einen Verbrennungszylinder (14) verursachte Dre- hungleichförmigkeiten aufweist,
einer von dem mindestens einen Verbrennungszylinder (14) antreibbaren Kurbelwelle (16) zur Weiterleitung des Antriebsmoments und
einem mit der Kurbelwelle (16) gekoppelten mit einem Energiespeichersystem (22) zusammenwirkenden unbefeuerten Dämpfungszylinder (20) zur Kompensation der Dreh- ungleichförmigkeiten,
wobei bei durch die Drehungleichförmigkeit verursachten Drehmomentspitzen des Antriebsmoments über den Dämpfungszylinder (20) mechanische Energie in dem Energiespeichersystem (22) speicherbar ist und bei durch die Drehungleichförmigkeit verursachten Drehmomenttälern des Antriebsmoments über den Dämpfungszylinder (20) mechanische Energie von dem Energiespeichersystem (22) abgebbar ist.
2. Antriebsstrang nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungszylinder (14) nach dem Viertaktverfahren und der Dämpfungszylinder (20) nach dem Zweitaktverfahren betreibbar ist.
3. Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungszylinder (20) ein abgeschalteter Verbrennungszylinder (26) eines mehrere Verbrennungszylinder (14) aufweisenden Verbrennungsmotors (12) ist.
4. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungszylinder (20) mit der selben Kurbelwelle (16) verbunden ist, mit welcher der Verbrennungszylinder (14) verbunden ist, oder der Dämpfungszylinder (20) ist über eine Koppelungseinheit, insbesondere ein Koppelgetriebe vorzugsweise mit einer 1 :1- Übersetzung, mit der Kurbelwelle (16) gekoppelt, mit welcher der Verbrennungszylinder (14) verbunden ist.
5. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichersystem (22) einen Federspeicher, insbesondere eine mechanische Feder oder eine Gasfeder, zur Speicherung und/oder Abgabe von mechanischer E- nergie aufweist.
6. Antriebsstrang nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Federvorspannung des Federspeichers (22) einstellbar ist, wobei insbesondere die Federvorspannung durch eine Federsteuerungseinheit zur Einstellung der Federvorspannung an verschiedene Lastzustände des Verbrennungsmotors (12) einstellbar ist.
7. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichersystem (22) zumindest teilweise durch eine mit dem Verbrennungsmotor (12) verbundene Fluidleitung zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Fluid für den Verbrennungsmotor (12) ausgebildet ist.
8. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass mit der Kurbelwelle (16) ein nicht-aktiver Dämpfer (18), insbesondere Schwungrad und/oder Zweimassenschwungrad, gekoppelt ist, wobei insbesondere zwischen dem Verbrennungsmotor (12) und einem Kraftfahrzeuggetriebe zur Schwingungsdämpfung der Kurbelwelle (16) ausschließlich der mindestens eine nicht-aktive Dämpfer (18) vorgesehen ist.
9. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungszylinder (14) und/oder der Dämpfungszylinder (20) als Hubkolbenmaschine ausgestaltet ist.
10. Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, für ein Kraftfahrzeug, bei dem
mit Hilfe eines befeuerten Verbrennungszylinders (14) eines Verbrennungsmotors (12) ein Antriebsmoment mit Drehungleichförmigkeiten erzeugt wird und
mit Hilfe eines mit einem Energiespeichersystem (22) zusammenwirkenden unbefeuer- ten Dämpfungszylinders (20) ein Dämpfungsmoment zum Dämpfen der Drehungleichförmigkeiten erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem in einem Normalbetrieb mehrere Verbrennungszylinder (14) befeuert werden, wobei in einem Zylinderabschaltungsbetrieb mindestens ein Verbrennungszylinder (26) unbefeuert betrieben und als Dämpfungszylinder (20) verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , bei dem das Dämpfungsmoment Drehschwingungen mit einer Frequenz aufweist, die im Wesentlichen doppelt so hoch wie die Drehschwingungen des Antriebsmoments ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem das Dämpfermoment durch eine Variation einer durch das Energiespeichersystem (22) bereitgestellten Federvorspannung an einen Lastzustand des Verbrennungsmotors (12) angepasst wird.
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