WO2000061965A1 - Vorrichtung zum kompensieren von schwingungen einer brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zum kompensieren von schwingungen einer brennkraftmaschine Download PDFInfo
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- F16F15/30—Flywheels
Definitions
- the invention relates to a device for compensating vibrations of an internal combustion engine with a first and second flywheel.
- the object of the invention is to design and arrange the internal combustion engine in such a way that the starting torque is kept small and the swing behavior is favorably influenced.
- the object is achieved in that the
- Internal combustion engine with the first flywheel mass and can optionally be brought into drive connection with the second flywheel mass. This has the effect that the operating behavior of the internal combustion engine is influenced at any time by switching the second flywheel on or off
- CONFIRMATION COPY It is possible to dampen disturbing vibrations to a minimum and to reduce the acceleration moments and power losses to be applied.
- the internal combustion engine is at least in drive connection with the second flywheel via a gear and a clutch. This makes it easily possible to selectively switch on the second flywheel in order to use it in the required operating points.
- the clutch provided between the internal combustion engine and the second flywheel is designed to be torque-resistant and thus also to transmit angular momentum peaks.
- the coupling should be designed to be form-fitting, since sufficient torque rigidity is not achieved with all force-fitting couplings.
- the speed ratio between the internal combustion engine and the second flywheel mass has a value that is less than or greater than one.
- the actual mass of the centrifugal mass and thus its moment of inertia can be reduced by an increased speed of the flywheel mass, the angular momentum, as a product of the speed and moment of inertia, not being reduced. However, this can keep the starting torque of the internal combustion engine small.
- the clutch automatically establishes a drive connection between the internal combustion engine and the second flywheel depending on a disturbance variable. It is of particular importance for the present invention that the clutch is in operative connection with a sensor for recording the disturbance variable via a control loop.
- the disturbance variables can be unknown or known. If they are unknown, they are immediately recorded and evaluated via the transducer or the control loop. If the disturbance variables are known, ie if they occur in known operating areas of the internal combustion engine, they are evaluated, for example, in connection with the speed.
- the ratio between the first flywheel mass and the second flywheel mass has a value greater than or less than one.
- a smaller flywheel mass has the advantage of favorably influencing the starting torque.
- the second flywheel mass can be driven at least temporarily via an external drive, since an abrupt deceleration of the internal combustion engine is thus prevented when the second flywheel mass is switched on.
- the external drive is provided between the clutch and the second flywheel.
- At least one further device for compensating for the vibrations is provided.
- FIG. 1 shows a perspective illustration of an internal combustion engine with a first and second flywheel
- FIG. 2 shows a simplified illustration of the internal combustion engine according to FIG. 1 to illustrate the power flow
- Figure 3 shows a control circuit for controlling the switchable flywheel.
- Figure 4 is a schematic representation of a differently designed flywheel.
- an internal combustion engine 1 designed as a six-cylinder is shown with a crankshaft 2, which has a first flywheel 6 at one end, which rotates continuously with the crankshaft 2.
- the crankshaft 2 is also in drive connection with a second flywheel 7 via a transmission 3.
- the transmission 3 can be designed as a gear transmission or as a traction mechanism transmission.
- the internal combustion engine 1 is also connected via the crankshaft 2 and the first flywheel 6 and a converter 13 to a vehicle transmission 14 in a drive connection.
- crankshaft 2 emerges from a housing 10 of the internal combustion engine 1 and drives the other units, such as a fan wheel 11, via a gear 3, a generator, not shown.
- the drive of the second flywheel mass 7 is also via the shoots 3 takes place.
- the transmission 3 is connected to the second flywheel 7 via a clutch 5. This ensures the flow of force between the transmission 3 and the second flywheel 7.
- the second flywheel 7 can be switched on via the clutch 5 of the internal combustion engine 1 and the second flywheel 7 can thus be accelerated. If the starting torque of the internal combustion engine 1 is to be kept small or if the second flywheel 7 is not required for other reasons, the force flow between the flywheel 7 and the transmission 3 can be separated via the clutch 5.
- the gear 3 not only drives the second flywheel 7, but also determines the speed ratio between the crankshaft 2 and the second flywheel 7.
- the second flywheel mass 7 can be made correspondingly smaller with the same angular momentum than a flywheel mass running synchronously with the crankshaft.
- the angular momentum is a product of the moment of inertia and the speed and therefore remains constant.
- the angular momentum can be varied as desired with a constant mass, thereby favorably influencing the damping behavior.
- the second flywheel 7 must be designed in the form of a ring or tube in order to increase the distance R between the rotating mass and the axis of rotation.
- the mass moment of inertia increases with R 2.
- the power consumption for accelerating the second flywheel 7 is diverted from a battery to the generator and the internal combustion engine 1 and thus an abrupt deceleration of the internal combustion engine 1 is prevented when the second flywheel 7 is switched on.
- FIG. 2 it is also possible to derive the entire power flow of the internal combustion engine 1 on one side of the crankshaft 2.
- the main part of the power flow is guided to the vehicle transmission 14 via the first flywheel 6 and the converter 13.
- the other part of the power flow is guided via the gear 3 and the clutch 5 to the second flywheel 7.
- the control loop essentially consists of a controller 8, an actuator (clutch 5), the second flywheel 7, the internal combustion engine 1 and a vibration sensor 9.
- a comparison is made between the "actual" size of the vibrations currently prevailing and the "target” size.
- the manipulated variable (force) obtained by the adjustment and the controller 8 is implemented via the clutch 5 and influences the angular momentum of the second flywheel mass 7 and thus the vibration behavior of the internal combustion engine 1 via the rotational speed.
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kompensieren von Schwingungen einer Brennkraftmaschine mit einer ersten und zweiten Schwungmasse (6, 7), die mit der Kurbelwelle (2) in Antriebsverbindung stehen, wobei die Brennkraftmaschine (1) mit der ersten Schwungmasse (6) ständig und mit der zweiten Schwungmasse (7) zeitweise in Antriebsverbindung steht.
Description
Vorrichtung zum Kompensieren von Schwingungen einer Brenn- kraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kompensieren von Schwingungen einer Brennkraftmaschine mit einer ersten und zweiten Schwungmasse.
Es ist bereits eine Vorrichtung der eingangs aufgeführten
Art bekannt (DE 196 10 141 AI) , die eine an der Kurbelwelle befestigte Primärmasse sowie eine Sekundärmasse aufweist, die über eine Kupplung mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verbindbar sind. Die Sekundärmasse ist jedoch drehmomen- tensteif - bezogen auf die Schwungradachse - gelenkig bzw. biegeweich an der Primärmasse angebunden. Taumelbewegungen der mit geringer Masse ausgebildeten Primärmasse werden somit nicht auf die im wesentlichen die Schwungmasse tragende Sekundärmasse übertragen.
Demgemäss besteht die Erfindungsaufgabe darin, die Brennkraftmaschine derart auszubilden und anzuordnen, dass das Anfahrmoment klein gehalten und das Schwungverhalten günstig beeinflusst wird.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass die
Brennkraftmaschine mit der ersten Schwungmasse ständig und mit der zweiten Schwungmasse wahlweise in Antriebsverbindung bringbar ist. Hierdurch wird erreicht, dass das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine jederzeit über das Zu- bzw. Abschalten der zweiten Schwungmasse so beeinflusst
BESTATIGUNGSKOPIE
werden kann, dass störende Schwingungen auf ein Minimum gedämpft und die aufzubringenden Beschleunigungsmomente bzw. Leistungsverluste reduziert werden.
Ferner ist es vorteilhaft, dass die Brennkraftmaschine über ein Getriebe und eine Kupplung zumindest mit der zweiten Schwungmasse in Antriebsverbindung steht. Hierdurch ist es ohne weiteres möglich, die zweite Schwungmasse wahlweise zuzuschalten, um sie in den erforderlichen Betriebspunkten zu nutzen.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemass einer Weiterbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung, dass die zwischen der Brennkraftmaschine und der zweiten Schwungmasse vorgesehene Kupplung drehmomentensteif ausgebildet ist und somit auch Drehimpulsspitzen übertragen werden. Um dies zu gewährleisten, sollte die Kupplung formschlüssig ausgeführt sein, da nicht bei allen kraftschlüssigen Kupplungen eine ausreichende Drehmomentsteifigkeit erreicht wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass das Drehzahlverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine und der zweiten Schwungmasse einen Wert kleiner oder grö- sser als eins aufweist. Durch eine erhöhte Drehzahl der Schwungmasse kann die eigentliche Masse der Schwungmasse und damit ihr Trägheitsmoment reduziert werden, wobei der Drehimpuls, als Produkt aus Drehzahl und Trägheitsmoment, nicht verringert wird. Dadurch kann jedoch das Anfahrmoment der Brennkraftmaschine klein gehalten werden.
Gemass einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Lösung ist schliesslich vorgesehen, dass die Kupplung in Abhängigkeit einer Störgrösse automatisch eine Antriebsverbindung zwischen der Brennkraftmaschine und der zweiten Schwungmasse herstellt.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass die Kupplung über einen Regelkreis mit einem Aufnehmer zur Erfassung der Störgrösse in Wirkverbindung steht. Die Störgrössen können hierbei unbekannt oder bekannt sein. Wenn sie unbekannt sind, so werden sie über den Aufnehmer bzw. den Regelkreis unmittelbar erfasst und bewertet. Wenn die Störgrössen bekannt sind, d.h. wenn sie in bekannten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine auftreten, so werden sie z.B. in Verbindung mit der Drehzahl bewertet.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemässen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass das Verhältnis zwischen der ersten Schwungmasse und der zweiten Schwungmasse einen Wert grösser oder kleiner als eins aufweist. Eine kleinere Schwungmasse hat neben dem geringeren Gesamtgewicht der Brennkraftmaschine den Vorteil, das Anfahrmoment günstig zu beeinflussen.
Vorteilhaft ist es ferner, dass die zweite Schwungmasse über einen externen Antrieb zumindest zeitweise antreibbar ist, da somit beim Zuschalten der zweiten Schwungmasse ein abruptes Verzögern der Brennkraftmaschine verhindert wird.
Ausserdem ist es vorteilhaft, dass der externe Antrieb zwischen der Kupplung und der zweiten Schwungmasse vorgesehen ist .
Hierzu ist es vorteilhaft, dass neben der ersten Vorrichtung zum Ausgleich der Schwingungen zumindest eine weitere Vorrichtung zum Ausgleich der Schwingungen vorgesehen ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt .
Es zeigt:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer ersten und zweiten Schwungmasse,
Figur 2 eine vereinfachte Darstellung der Brennkraftmaschine gemass Fig 1 zur Darstellung des Kraftflusses,
Figur 3 einen Regelkreis zur Steuerung der zuschaltbaren Schwungmasse.
Figur 4 eine schematische Darstellung einer anders ausgestalteten Schwungmasse.
In der Fig. ist eine als Sechszylinder ausgebildete Brennkraftmaschine 1 mit einer Kurbelwelle 2 dargestellt, die an ihrem einen Ende eine erste Schwungmasse 6 aufweist, die ständig mit der Kurbelwelle 2 umläuft. Die Kurbelwelle 2 steht ferner über ein Getriebe 3 mit einer zweiten Schwungmasse 7 in Antriebsverbindung.
Das Getriebe 3 kann als Zahnradgetriebe oder als Zugmittelgetriebe ausgeführt sein.
Die Brennkraftmaschine 1 steht ferner über die Kurbelwelle 2 und die erste Schwungmasse 6 sowie einen Wandler 13 mit einem Fahrzeuggetriebe 14 in AntriebsVerbindung.
Am vorderen Ende der Brennkraftmaschine 1 tritt die Kurbelwelle 2 aus einem Gehäuse 10 der Brennkraftmaschine 1 aus und treibt über das Getriebe 3 die weiteren Aggregate, wie ein Lüfterrad 11, einen nicht dargestellten Generator an.
Nach diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass der Antrieb der zweiten Schwungmasse 7 ebenfalls über das Ge-
triebe 3 erfolgt. Das Getriebe 3 steht über eine Kupplung 5 mit der zweiten Schwungmasse 7 in AntriebsVerbindung. Hierdurch wird der Kraftfluss zwischen dem Getriebe 3 und der zweiten Schwungmasse 7 gewährleistet.
Bei jedem Motor treten in bestimmten Betriebszuständen Schwingungen auf, die reduziert werden sollen, um ein gleichmässiges, ruhiges Betriebsverhalten des Motors zu gewährleisten.
Bei Bedarf kann hierzu die zweite Schwungmasse 7 über die Kupplung 5 der Brennkraftmaschine 1 zugeschaltet und somit die zweite Schwungmasse 7 beschleunigt werden. Soll das Anlaufmoment der Brennkraftmaschine 1 klein gehalten werden oder wird die zweite Schwungmasse 7 aus anderen Gründen nicht benötigt, so kann über die Kupplung 5 der Kraftfluss zwischen der Schwungmasse 7 und dem Getriebe 3 getrennt werden.
Durch das Getriebe 3 wird nicht nur der Antrieb der zweiten Schwungmasse 7 realisiert, sondern auch das Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle 2 und der zweiten Schwungmasse 7 bestimmt.
Wenn die Drehzahl der zweiten Schwungmasse 7 grösser ist als die der Kurbelwelle 2, so hat dies den Vorteil, dass die zweite Schwungmasse 7 bei gleichem Drehimpuls entsprechend kleiner ausgebildet sein kann als eine synchron zur Kurbelwelle laufende Schwungmasse. Der Drehimpulε ist ein Produkt aus Massenträgheitsmoment und Drehzahl und bleibt somit konstant .
Mit der Änderung des Drehzahlverhältnisses kann bei konstanter Masse der Drehimpuls beliebig variiert werden, dadurch wird das Dämpfungsverhalten günstig beeinflusst .
Neben dem Drehzahlverhältnis gibt es noch eine weitere, nicht dargestellte Möglichkeit, die zweite Schwungmasse 7 bei konstantem Drehimpuls zu reduzieren.
Hierbei (Fig. 4) muss die zweite Schwungmasse 7 ring- bzw. rohrförmig ausgebildet sein, um den Abstand R der rotierenden Masse von der Rotationsachse zu vergrössern. Das Mas- senträgheitsmoment wächst mit R 2.
Ferner ist es (in Fig.2 schematisch angedeutet) möglich, die zweite Schwungmasse 7 entweder von der Brennkraftmaschine 1 über die Kupplung 5 oder aber über einen externen Antrieb 4 zu beschleunigen. Dieser externe Antrieb 4 ist als Elektromotor ausgebildet. Der externe Antrieb 4 befindet sich zwischen der Kupplung 5 und der zweiten Schwungmasse 7.
Hierbei wird die Leistungsaufnahme zum Beschleunigen der zweiten Schwungmasse 7 von einer Batterie auf den Generator und die Brennkraftmaschine 1 umgelenkt und somit ein abruptes Verzögern der Brennkraftmaschine 1 verhindert, wenn die zweite Schwungmasse 7 zugeschaltet wird.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel (Fig.2) ist es auch möglich, den gesamten Kraftfluss der Brennkraftmaschine 1 an einer Seite der Kurbelwelle 2 abzuleiten. Hierbei wird der Hauptteil des Kraftflusses über die erste Schwungmasse 6 und den Wandler 13 zum Fahrzeuggetriebe 14 geführt .
Der andere Teil des Kraftflusses wird über das Getriebe 3 und die Kupplung 5 zur zweiten Schwungmasse 7 geführt.
In Fig. 3 ist ein Regelkreis zum Steuern der zweiten Schwungmasse 7 dargestellt. Der Regelkreis besteht im wesentlichen aus einem Regler 8, einem Stellglied (Kupplung 5), der zweiten Schwungmasse 7, der Brennkraftmaschine 1 und einem Schwingungsaufnehmer 9.
Zwischen der "Ist" -Grosse der im Moment herrschenden Schwingungen und der "Soll" -Grosse erfolgt ein Abgleich. Die durch den Abgleich und den Regler 8 erhaltene Stellgösse (Kraft) wird über die Kupplung 5 umgesetzt und beeinflusst über die Drehzahl den Drehimpuls der zweiten Schwungmasse 7 und somit das Schwingungsverhalten der Brennkraftmaschine 1.
Claims
1. Vorrichtung zum kompensieren von Schwingungen einer Brennkraftmaschine (1) mit einer ersten und zweiten Schwungmasse (6, 7) ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Brennkraftmaschine (1) mit der ersten Schwungmasse (6) ständig und mit der zweiten Schwungmasse (7) wahlweise in Antriebsverbindung bringbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Brennkraftmaschine (1) über ein Getriebe (3) und eine Kupplung (5) zumindest mit der zweiten Schwungmasse (7) in Antriebsverbindung steht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die zwischen der Brennkraftmaschine (1) und der zweiten Schwungmasse (7) vorgesehene Kupplung (5) drehmomentensteif ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das Drehzahlverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine (1) und der zweiten Schwungmasse (7) einen Wert kleiner oder grösser als eins aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass dass die Kupplung (5) in Abhängigkeit einer Störgrösse automatisch eine Antriebsverbindung zwischen der Brennkraftmaschine (1) und der zweiten Schwungmasse (7) herstellt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Kupplung (5) über einen Regelkreis mit einem Aufnehmer (9) zur Erfassung der Störgrösse in Wirkverbindung steht .
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das Verhältnis zwischen der ersten Schwungmasse (6) und der zweiten Schwungmasse (7) einen Wert grösser oder kleiner als eins aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die zweite Schwungmasse (7) über einen externen Antrieb (4) zumindest zeitweise antreibbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der externe Antrieb (4) zwischen der Kupplung (5) und der zweiten Schwungmasse (7) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass neben der ersten Vorrichtung zum Ausgleich der Schwingungen zumindest eine weitere Vorrichtung zum Ausgleich der Schwingungen vorgesehen ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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AK | Designated states |
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AL | Designated countries for regional patents |
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