CN104395566A - 转换轴的应用、机动车发动机以及用于启动机动车发动机的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实现了一种对联接有布置在机动车发动机的发动机壳体内部的并且与从发动机壳体中引导出来的、用于驱动机动车的驱动轴(尤其是曲轴)的转换轴(尤其是用于给驱动轴扭振减振的平衡轴或用于燃烧缸的阀门控制的凸轮轴)的应用,该应用用以将能由启动器,尤其是启动器发电机提供的启动力矩引入驱动轴中用来启动机动车发动机。通过对反正已布置在发动机壳体内部中的、用于将启动力矩引入驱动轴中的转换轴的应用可以节省额外的传动装置,从而能够实现用于尤其是在启停应用的情况下启动机动车发动机的、成本低廉且在结构上节省结构空间的设计方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种对转换轴的应用、一种机动车发动机以及一种用于启动机动车发动机的方法,借助它们可以尤其是在启停应用的情况下启动机动车发动机。
背景技术
由DE 101 48 961 A1公知了一种用于驱动辅助机组的带有皮带盘的皮带传动机构,该皮带传动机构经由行星传动装置与内燃机的曲轴连接,其中,启动器可以经由皮带传动机构将用于启动内燃机的启动转矩引入到曲轴中。
永久性的需求在于,经由成本低廉且在结构上节省结构空间的设计方案能够尤其是在启停应用的情况下启动机动车发动机。
发明内容
本发明的任务在于阐明了一些措施,它们能够实现成本低廉且在结构上节省结构空间的设计方案,用以尤其是在启停应用的情况下启动机动车发动机。
该任务的解决方案根据本发明通过对具有权利要求1的特征的转换轴的应用、具有权利要求4的特征的机动车发动机以及具有权利要求11的特征的用于启动机动车发动机的方法解决。本发明的优选设计方案在从属权利要求中给出,这些设计方案可以分别单独地或组合地表明本发明的观点。
根据本发明,实现了一种对联接有布置在机动车发动机的发动机壳体内部的并且与从发动机壳体中引导出来的、用于驱动机动车的驱动轴(尤其是曲轴)的转换轴(尤其是用于扭振减振驱动轴的平衡轴或用于燃烧缸的气门控制的凸轮轴)的应用,用以将能由启动器(尤其是启动器发电机)提供的启动力矩引入驱动轴中用来启动机动车发动机。
因为将启动力矩引入驱动轴中不是在发动机壳体外面实现的,而是在发动机壳体内部实现的,所以可能的是,在发动机壳体内部使用了反正已设置在内燃机中的转换轴,用以从启动器至驱动轴的功率流,并且利用了由该转换轴提供的传动比,以便无需附加地在发动机壳体外面设置的行星传动装置就能够将针对相比由启动器生成的转矩更高的启动力矩的转矩变换引入驱动轴中。通过使用反正已设置在发动机壳体内部的、用于将启动力矩引入驱动轴中的启动力矩可以节省额外的传动装置,从而能够实现用于尤其是在启停应用的情况下启动机动车发动机的、成本低廉且在结构上节省结构空间的设计方案。
转换轴尤其与驱动轴同步地被驱动。为此,转换轴例如可以经由彼此咬合的齿轮副、链传动机构和/或皮带传动机构与用于启动机动车发动机的驱动轴联接。尤其可能的是,避免了从启动器至驱动轴的经由皮带传动机构和/或摩擦锁合地(reibschlüssig)接合的转矩传递机构的转矩流,而尤其地设置有从启动器至驱动轴的仅仅形状锁合(formschlüssigen)的转矩流,从而可以设置有针对特别高的启动力矩的传动比。在从尤其是设计为启动器发电机的启动器至驱动轴的功率流中,尤其设置了i>1.0的传动比,以便将由启动器生成的转矩转换成更高的启动力矩。这就能够实现,为启动器设置了相对来说比较小地确定规格的并节省结构空间的电机,利用该电机还可以启动转矩强劲的较大的内燃机,尤其是柴油机。例如,为了对发动机二阶振动进行减振,平衡轴可以是具有i=2.0的传动比的适当的转换轴。在此,平衡轴尤其具有与驱动轴咬合的平衡轴齿轮,其中,来自于启动器的转矩优选在远离驱动轴的侧上引入同一平衡轴齿轮中。转换轴至少大部分,优选完全地布置在机动车发动机的发动机壳体内部。同样地,转换轴可以利用较小部分从发动机壳体探伸出来,以便尤其接合启动器和/或经由部分地设置在发动机壳体外面的转矩传递机构(例如皮带传动机构)造成与驱动轴的联接。
启动器可以由电机构造,该电机尤其既可以以马达运行方式运行,也可以以发电机运行方式运行。优选地,启动器可以由与机动车发动机不同的能量源、尤其是机动车电池供电,以便在机动车发动机关闭的情况下可以提供为启动机动车发动机而足够的功率。启动器尤其是设计用于在短时间间隔内多次启动过程,从而能够使启动器有效地利用于具有启停功能的机动车发动机。
发动机壳体尤其由缸盖、发动机缸体、曲轴壳体和油底壳构成。转换轴尤其是至少部分地,优选大部分或完全地布置在发动机壳体的向外指向的表面的内部。转换轴优选可以设置在机动车发动机的湿舱(Nassraum)中,例如设置在曲轴壳体和/或油底壳内。
尤其地,转换轴以固定的不能变化的i>1.0的传动比永久性地与驱动轴联接。尤其地,转换轴不能与驱动轴脱开,由此能够实现没有额外执行器的尤其简单的构造。此外,可以由此固定地设置传动比,从而无需用于检测当前传动比的传感器以及用于改变传动比的执行器。由于缺少执行器和传感装置,使得没有额外的保护壳体就能够在发动机壳体内部,甚至在机动车发动机的湿舱中实现启动器接合到驱动轴上。转换轴与驱动轴的能够基本上刚性地实现的联接无需行星传动装置,从而避免了如在有行星传动装置的情况下那样的多个相对彼此运动的构件。启动器尤其能无行星传动装置地与驱动轴连接,用以启动机动车发动机。
优选地,启动器经由至少一个自由轮(Freilauf)和/或至少一个离合器与转换轴联接。这就能够实现,在机动车发动机启动之后,中断启动器与驱动轴之间的转矩流。例如,驱动轴可以在机动车发动机启动之后以最小转速转动,在最小转速时,设置在启动器与驱动轴之间的转矩流中的自由轮进入到超速形式中,从而驱动轴不会被启动器制动。优选地,设置有能切换的自由轮和/或能切换的离合器。离合器可以例如设计为摩擦离合器,尤其是圆盘离合器或多片式离合器,或设计为形状锁合的离合器,例如牙嵌式离合器。由此,启动器可以用于不同的运行模式。当借助用于启动机动车发动机的启动器将启动力矩引入驱动轴中时(“启动器式运行”),启动器可以与驱动轴联接。在机动车发动机启动的情况下,启动器在自由轮闭锁或离合器闭合时作为发电机运行,以便借助构造为启动器发电机的启动器生成能储存的电能(“发电机式运行”),电能尤其能够被存储在机动车电池中。此外可能的是,在机动车发动机持续的运行中通过启动器将额外的转矩引入驱动轴中,以便能够提供例如短暂需求的峰值力矩(“加速式运行”)。此外可能的是,启动器在与驱动轴脱开的状态下能够驱动辅助机组,尤其是空调压缩机,从而即使在机动车发动机关闭的情况下也可以使机动车的空调设备运行(“停车空气调节”)。
此外,本发明涉及一种机动车发动机,尤其是内燃机,其具有发动机壳体、能在发动机壳体内部驱动的且用于驱动机动车的驱动轴,尤其是曲轴和布置在发动机壳体内部的并且与驱动轴联接的转换轴,尤其是用于扭振减振驱动轴的平衡轴或用于燃烧缸的气门控制的凸轮轴,其中,驱动轴从发动机壳体探伸出来,其中,为了将启动力矩引入驱动轴中用以启动机动车发动机,与转换轴联接有启动器,尤其是启动器发电机。机动车发动机尤其可以如以上结合对转换轴的应用所阐述的那样构造和改进。通过对用于将启动力矩引入驱动轴中的反正已设置在发动机壳体内部中的转换轴的应用,可以节省额外的传动装置,从而能够实现用于尤其是在启停应用的情况下启动机动车发动机的、成本低廉且在结构上节省结构空间的设计方案。
尤其地,转换轴以i>1.0的传动比永久性地与驱动轴联接。尤其地,转换轴不能与驱动轴脱开,由此能够实现没有额外执行器的特别简单的构造。
优选地,转换轴完全布置在发动机壳体内部。由此避免了转换轴从发动机壳体探伸出来的部分。尤其地,可以使用与驱动轴联接的、用于扭振减振的平衡轴作为适合的转换轴,以便将来自启动器的转矩引入驱动轴中。优选地,平衡轴设计用于对发动机二阶或发动机更高阶的振动进行减振,从而可以使在平衡轴与驱动轴之间的i=2.0的或更高的传动比利用于对来自于启动器的转矩的转矩变换。
特别有利的是,启动器布置在发动机壳体外面,其中,启动器尤其用法兰连接在发动机壳体上。由此,可以保护启动器以及尤其是启动器的电部件免受发动机机油的污染。优选地,启动器具有启动器轴,其穿过发动机壳体伸入到发动机壳体里面,并且在发动机壳体的内部经由转换轴与驱动轴联接。启动器尤其可以相对于启动器轴径向外面地用法兰连接在发动机壳体上,从而通过法兰连接可以同时实现对启动器轴的密封。
尤其地,启动器经由至少一个自由轮和/或至少一个离合器与转换轴联接。这就能够实现,在机动车发动机启动之后,中断启动器与驱动轴之间的转矩流。优选地,设置有能切换的自由轮和/或能切换的离合器。由此,启动器可以用于以上所述的不同的运行模式。离合器例如可以设计为摩擦离合器、尤其是圆盘离合器或多片式离合器,或者设计为形状锁合的离合器、例如牙嵌式离合器。
优选地,为了启动机动车辆发动机,启动器能经由第一挡级以第一传动比与驱动轴联接,并且尤其是为了启动器的发电机式运行,经由第二挡级以与第一传动比不同的第二传动比与驱动轴联接。这就能够实现,第一传动比设置用于启动运行,并且第二传动比例如设置用于发电机式运行或者加速运行。在转矩流经由第一挡级时,启动器与驱动轴的联接经由转换轴实现。在转矩流经由第二挡级时,启动器与驱动轴的联接可以经由转换轴实现,其中,也可能的是,转矩流从为启动机动车发动机而使用的转换轴边上引导经过,以便使启动器与驱动轴联接。经由第一挡级或经由第二挡级的转矩流尤其可以借助于至少一个自由轮和/或至少一个离合器进行切换。离合器例如可以设计为摩擦离合器、尤其是圆盘离合器或多片式离合器,或者设计为形状锁合的离合器、例如牙嵌式离合器。优选地,转矩流既可以经由第一挡级中断,也可以经由第二挡级中断。特别优选地在结构上设置,排除同时经由两个挡级的转矩流。通过不同的挡级(它们尤其通过具有不同的齿轮直径的齿轮副构成)能够特别简单地针对第一传动比和第二传动比实现明显不同的值。例如,针对机动车发动机的启动,可以借助于第一挡级实现iges,1=6.0或iges,1=4.0的总传动比,而针对发电机式运行借助于第二挡级实现iges,2=2.3或iges,2=2.5的总传动比。
特别有利地,辅助机组,尤其是空调压缩机能经由分离元件,尤其是自由轮或离合器与驱动轴和/或与转换轴联接,其中,辅助机组在分离元件闭合的情况下能被驱动轴所驱动,而在分离元件打开的情况下能被启动器和/或辅助马达所驱动。这就能够实现,在分离元件闭合的情况下,辅助机组通过驱动轴被机动车发动机驱动。在机动车发动机关闭的情况下,辅助机组可以被启动器和/或辅助马达所驱动,以便尤其是能够实现停车空气调节。此外可能的是,如果例如辅助机组不应当运行,从而避免无功功率损耗,在机动车发动机启动时就断开辅助机组,从而可以中断至辅助机组的转矩流。
此外,本发明涉及一种用于启动机动车发动机,尤其是内燃机的方法,在该方法中,在机动车发动机的发动机壳体内部,启动力矩转换式地引入从发动机壳体中引导出来的驱动轴(尤其是曲轴)中。该方法尤其可以如以上结合应用和/或机动车发动机所述地构造并改进。因为启动力矩不是在发动机壳体外面而是在发动机壳体里面被引入驱动轴中,所以可能的是,使用反正已设置在发动机壳体内的转换轴用以将转矩引入驱动轴中,从而可以节省额外的传动装置。由此,能够实现用于尤其是在启停应用的情况下启动机动车发动机的、成本低廉且在结构上节省结构空间的设计方案。
附图说明
下面参考附图结合优选实施例示意性地阐述本发明,其中,下面所示的特征既可以分别单个地也可以组合地示出本发明的观点。其中:
图1示出第一实施方式中的用于机动车发动机的启动器接合方案的示意性的原理图;
图2示出第二实施方式中的用于机动车发动机的启动器接合方案的示意性的原理图;
图3示出第三实施方式中的用于机动车发动机的启动器接合方案的示意性的原理图,
图4示出第四实施方式中的用于机动车发动机的启动器接合方案的示意性的原理图,
图5示出第五实施方式中的用于机动车发动机的启动器接合方案的示意性的原理图,
图6示出用于出自图4的机动车发动机的启动器接合方案的第一变型方案的示意性的原理图,并且
图7示出用于出自图4的用于机动车发动机的启动器接合方案的第二变型方案的示意性的原理图。
具体实施方式
在图1中强烈示意性地示出的、用于出于清晰起见的原因而未详细示出的机动车发动机的启动器接合方案10具有设计为曲轴的驱动轴12,该驱动轴能够在机动车发动机的发动机壳体内部被机动车发动机的燃烧缸的活塞所驱动。驱动轴12可以从发动机壳体中探伸出来,以便驱动机动车。为此,驱动轴12例如可以经由扭振减振器(例如双质量飞轮)和起动离合器与机动车传动装置联接,机动车传动装置可以将由机动车发动机所生成的转矩传送给机动车的驱动轮。驱动轴12具有驱动轴齿轮14,其经由平衡轴齿轮16与设计为平衡轴18的传递轴联接。经由由驱动轴齿轮14和平衡轴齿轮16组成的齿轮副将传动比调整为i=2.0,从而平衡轴18可以借助特意设置的不平衡物20对发动机二阶扭振进行减振。附加地,经由平衡轴齿轮16接合启动器22。启动器22具有启动器轴24,启动器轴具有启动器齿轮26。启动器齿轮26与中间轴28咬合,其中,在启动器轴24与中间轴28之间将传动比调整为i=2.0。通过中间轴28尤其可以使启动器轴24和启动器22与驱动轴12相间隔地定位,从而可以使启动器22定位在提供对于启动器22来说是足够了的结构空间的区域中。中间轴28以i=1.0的传动比与平衡轴18咬合,从而使启动器22以iges=4.0的总传动比经由完全布置在发动机壳体内部的平衡轴18与驱动轴联接。
在图1中所示的启动器接合方案10的实施方式的情况下,在驱动轴12与启动器22之间调整出固定的传动比。由此得出了启动器接合方案10的特别简单且节省结构空间的结构。启动器22的设计方案尤其实现,启动器22可以提供对于启动机动车发动机来说是足够了的启动力矩,并且在机动车发动机启动后不超过启动器轴24所允许的最高转速。这类启动器布置方案10尤其适用于具有低排量的汽油机和/或柴油机,为了启动它们应当要求相对来说比较低的启动力矩并且应当构造得特别小。
相对于在图1中示出的启动器布置方案10的实施方式,在图2中示出的启动器布置方案10的实施方式的情况下,附加地与驱动轴12联接有辅助机组30(例如用于空调设备的空调压缩机)。辅助机组尤其可以经由分离元件32(例如自由轮)直接或间接地与驱动轴12联接。这能够例如在机动车发动机关闭和驱动轴12停止的情况下使辅助机组不依赖于机动车发动机的运行状态地运行,并且例如经由启动器22和/或与辅助机组30联接的辅助马达34供应其所需的能量。通过分离元件32避免了,在机动车发动机关闭的情况下当辅助机组30运行时,驱动轴12和与驱动轴12联接的构件必须联动。在机动车发动机已启动的情况下,为了使辅助机组30运行,分离元件32可以以i=1.0的传动比、或者以与该传动比有偏差的更合适的传动比将辅助机组30联接到驱动轴12上,从而可以借助由机动车发动机所提供的转矩来驱动辅助机组30。优选地,辅助机组30经由驱动轴齿轮14(平衡轴齿轮16也与其咬合)联接。
相对于在图2中示出的启动器布置方案10的实施方式,在图3中示出的启动器布置方案10的实施方式的情况下,辅助机组30不直接地联接在驱动轴12上,而是首先联接在启动器轴24上。附加地,启动器22可以与联接在启动器轴24上的辅助机组30一起借助离合器36与驱动轴12和平衡轴18以及中间轴28脱开,从而辅助机组30在机动车发动机关闭的情况下即使没有辅助马达34也能够被启动器22所驱动。
如在图4中示出的启动器布置方案10的情况下也可能的是,启动器22一方面为了启动器运行,并且另一方面例如为了发电机运行而以不同的传动比与在发动机壳体内部的驱动轴12联接,其中,对此无需行星传动装置。为此,启动器能够与在图1、图2和图3中示出的启动器布置方案10的实施方式类似地经由第一挡级38联接。为了启动机动车发动机,经由包含例如设计为平衡轴的转换轴的第一挡级38在启动器22与驱动轴12之间实现了转矩流。为此,例如可以给平衡轴提供i=2.0的传动比,并且给启动器22的接合提供i=3.0的传动比,从而在经由第一挡级38的转矩流的情况下获得了iges,1=6.0的总传动比。在机动车发动机启动后,该转矩流尤其可以借助于例如设计为自由轮的第一联接元件40中断。第一联接元件40可以与在图3中示出的启动器布置方案10的实施方式类似地例如也设计为离合器36。当转矩流经由第一挡级38中断时,启动器22可以经由第二挡级42与驱动轴12联接,其中,在图4中示出的实施例中,转矩流由启动器22从平衡轴18边上过去地导向驱动轴。为此,第二挡级42可以具有转矩传递机构44,其例如设计为具有能与驱动轴12联接的皮带轮的皮带传动机构。转矩传递机构44可以经由第二联接元件46接合在驱动轴12上,其中,在所示的实施例中,第二联接元件44设计为能切换的自由轮。但是第二联接元件44也可能设计为简单的自由轮或离合器。在转矩流经由第二挡级42的情况下,启动器42尤其可以以与经由第一挡级38的转矩流相比更小的传动比,例如以iges,2=2.5的总传动比联接,从而在启动器22的由发电机驱动运行的情况下不超过启动器轴24的最大允许转速。
在图5中示出的启动器布置方案10的实施方式的情况下,与在图4中示出的启动器布置方案10的实施方式相比较,启动器22在转矩流经由第二挡级42时也经由平衡轴18与驱动轴12联接。基于通过平衡轴18提供的额外的传动比,当第二挡级42提供相应更小的,例如i=1.15的传动比时,就已经足够达到iges,2=2.3的总传动比了。在图5中所示出的实施例的情况下,第一联接元件40以及第二联接元件46都设计为简单的自由轮,从而在启动器运行时没有独立活动地执行器地仅经由第一挡级38就自动实现了从启动器22至驱动轴12的转矩流,并且在机动车发动机启动后仅经由第二挡级42就自动实现了从驱动轴12至启动器22的转矩流。
如在图6中所示,通过针对第一挡级38的启动器轴24与中间轴28的第一齿轮副48,和针对第二挡级42的启动器轴24与中间轴28的第二齿轮副50来实现在图5中示出的启动器布置方案10的挡级38、42。齿轮副48、50可以分别经由设计为自由轮的联接元件40、46联接。
如在图7所示,由离合器来替代联接元件40、46的为图6示出的启动器布置方案10所使用的自由轮,其中,可能的是,两个设计为离合器的联接元件40、46仅设置在启动器轴24上或仅设置在中间轴28上。设计为离合器的联接元件40、46例如可以借助于滑动套筒按以下方式操作,即,在一个联接元件40、46闭合时,相应的另一个联接元件46、40必定是断开的。尤其地,可以设置中间位置,其中,两个联接元件40、46都是断开的。
附图标记列表
10 启动器接合方案
12 驱动轴
14 驱动轴齿轮
16 平衡轴齿轮
18 平衡轴
20 不平衡物
22 启动器
24 启动器轴
26 启动器齿轮
28 中间轴
30 辅助机组
32 分离元件
34 辅助马达
36 离合器
38 第一挡级
40 第一联接元件
42 第二挡级
44 转矩传递机构
46 第二联接元件
48 第一齿轮副
50 第二齿轮副
Claims (11)
1.一种对转换轴,特别是用于对驱动轴扭振减振的平衡轴(18)或用于燃烧缸的气门控制的凸轮轴的应用,所述转换轴布置在机动车发动机的发动机壳体内部并且联接从所述发动机壳体中引导出来的、用于驱动机动车的驱动轴(12),特别是曲轴,所述应用用于将能由启动器(22),特别是启动器发电机提供的启动力矩引入所述驱动轴(12)中用来启动所述机动车发动机。
2.根据权利要求1所述的应用,其中,所述转换轴(18)以固定的不能变化的i>1.0的传动比永久性地与所述驱动轴(12)联接。
3.根据权利要求1或2所述的应用,其中,所述启动器(22)经由至少一个自由轮(40)和/或至少一个离合器(36)与所述转换轴(18)联接。
4.一种机动车发动机,特别是内燃机,其具有:
发动机壳体、
能在所述发动机壳体内部驱动的、用于驱动机动车的驱动轴(12),特别是曲轴,其中,所述驱动轴(12)从所述发动机壳体中引导出来,以及
布置在所述发动机壳体内部的并且与所述驱动轴(12)联接的转换轴,特别是用于对所述驱动轴扭振减振的平衡轴(18)或者用于燃烧缸的气门控制的凸轮轴,
其特征在于,
启动器(22),特别是启动器发电机与所述转换轴(18)联接,用以将启动力矩引入所述驱动轴(12)中,用来启动所述机动车发动机。
5.根据权利要求4所述的机动车发动机,其特征在于,所述转换轴(18)以i>1.0的传动比永久性地与所述驱动轴(12)联接。
6.根据权利要求4或5所述的机动车发动机,其特征在于,所述转换轴(18)完全地布置在所述发动机壳体内部。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的机动车发动机,其特征在于,所述启动器(22)布置在所述发动机壳体外面,其中,所述启动器(22)特别是用法兰连接在所述发动机壳体上。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的机动车发动机,其特征在于,所述启动器(22)经由至少一个自由轮和/或至少一个离合器(36)与所述转换轴(18)联接。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的机动车发动机,其特征在于,为了启动所述机动车发动机,所述启动器(22)能经由第一挡级(38)以第一传动比与所述驱动轴(12)联接,而特别是为了所述启动器(22)的发电机式运行,能经由第二挡级(42)以与所述第一传动比不同的第二传动比与所述驱动轴(12)联接。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的机动车发动机,其特征在于,辅助机组(30),特别是空调压缩机能经由分离元件(32、36),特别是自由轮或离合器与所述驱动轴(12)和/或与所述转换轴(18)联接,其中,所述辅助机组(30)能在分离元件(32、36)闭合的情况下被所述驱动轴(12)所驱动,并且能在分离元件(32、36)打开的情况下被所述启动器(22)和/或辅助马达(34)驱动。
11.一种用于启动机动车发动机,特别是内燃机的方法,在所述方法中,在所述机动车发动机的发动机壳体内部,启动力矩转换式地引入从所述发动机壳体中引导出来的驱动轴(12),特别是曲轴中。
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