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DE102010054405A1 - Arrangement for transferring driving power from e.g. camshaft to piston double stroke high pressure fuel pump of diesel engine, has gear train comprising non-circular wheel, where fuel pump drives torque fluctuations to camshaft - Google Patents

Arrangement for transferring driving power from e.g. camshaft to piston double stroke high pressure fuel pump of diesel engine, has gear train comprising non-circular wheel, where fuel pump drives torque fluctuations to camshaft Download PDF

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Publication number
DE102010054405A1
DE102010054405A1 DE102010054405A DE102010054405A DE102010054405A1 DE 102010054405 A1 DE102010054405 A1 DE 102010054405A1 DE 102010054405 A DE102010054405 A DE 102010054405A DE 102010054405 A DE102010054405 A DE 102010054405A DE 102010054405 A1 DE102010054405 A1 DE 102010054405A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
camshaft
gear
fuel pump
torque fluctuations
drive
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Withdrawn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
DE102010054405A
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas Grabosch
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
Priority to DE102010054405A priority Critical patent/DE102010054405A1/en
Publication of DE102010054405A1 publication Critical patent/DE102010054405A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The arrangement has a gear train comprising a non-circular wheel for reducing torque fluctuations. A high pressure fuel pump in phase angle displacement drives the torque fluctuations to a camshaft (1). The gear train is formed as a gear transmission with a non-circular running gear (3) that stands in a driving connection with the camshaft or a crankshaft (2), and another non-circular running gear (4) stands in the driving connection with the camshaft or the crankshaft in a device side. The gear train is formed as a flexible drive mechanism with a toothed belt or a chain wheel.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Übertragen einer Antriebsleistung von einer Nockenwelle oder von einer Kurbelwelle auf ein Aggregat einer Brennkraftmaschine, insbesondere auf eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe, über ein Rädergetriebe.The invention relates to an arrangement for transmitting a drive power from a camshaft or from a crankshaft to an engine of an internal combustion engine, in particular to a high-pressure fuel pump, via a gear train.

Aus EP 1 767 769 B1 ist ein Verfahren zur Reduzierung der Gesamtbelastung des Antriebssystems eines Common-Rail-Einspritzsystems eines Dieselmotors bekannt. Dabei ist der Aggregateantrieb direkt in das Antriebssystem der Nockenwelle integriert und wird zusammen mit dieser unmittelbar durch die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Das Übersetzungsverhältnis der Hochdruckpumpe des Common-Rail-Einspritzsystems und deren Winkelstellung im Antriebssystem werden derart gewählt, dass die Ordnung der Drehmomenterregung der Hochdruckpumpe gleich der Ordnung der Drehmomenterregung mindestens einer Nockenwelle ist und sich Oszillationen des Drehmoments an der Nockenwelle zumindest teilweise auslöschen. Eine solche Reduzierung der Drehmomenterregung ist jedoch weniger wirksam, wenn das anzutreibende Aggregat nicht direkt im Antriebssystem der Nockenwelle sondern dieser nachgeschaltet angeordnet ist und von dieser angetrieben wird. Dies ist besonders nachteilig, wenn das Aggregat übersetzt angetrieben wird, wenn also die Antriebsdrehzahl kleiner als die Abtriebsdrehzahl ist, und sich entsprechend der Übersetzung das durch die Nockenwelle zu übertragene Antriebsdrehmoment vervielfacht. Besonders ungünstig wirkt sich zudem aus, wenn die Nockenwelle und die Hochdruckpumpe das Nockenwellenantriebssystem in Phasenlage und Ordnung unterschiedlich voneinander anregen. Die dabei aufgrund der Drehmomenterregung auf die Nockenwelle und dessen Antriebssystem wirkenden dynamischen Belastungen beeinträchtigen deren Lebensdauer und Betriebssicherheit und erfordern höherfeste und damit kostenintensive Komponenten.Out EP 1 767 769 B1 a method for reducing the total load of the drive system of a common rail injection system of a diesel engine is known. In this case, the unit drive is integrated directly into the drive system of the camshaft and is driven together with this directly by the crankshaft of the internal combustion engine. The transmission ratio of the high-pressure pump of the common-rail injection system and its angular position in the drive system are chosen such that the order of the torque excitation of the high-pressure pump is equal to the order of the torque excitation of at least one camshaft and cancel at least partially oscillations of the torque at the camshaft. However, such a reduction of the torque excitation is less effective if the driven unit is not arranged directly in the drive system of the camshaft but this downstream and is driven by this. This is particularly disadvantageous when the unit is driven translated, so if the input speed is smaller than the output speed, and multiplied according to the translation of the transmitted through the camshaft drive torque. In addition, it has a particularly unfavorable effect if the camshaft and the high-pressure pump excite the camshaft drive system differently in terms of phase and order. The thereby acting due to the torque excitation on the camshaft and its drive system dynamic loads affect their life and reliability and require higher-strength and therefore cost-intensive components.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung der vorgenannten Art und den mit dieser Anordnung in Verbindung stehenden Bauteilen die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The invention is therefore based on the object to increase the life and reliability in an arrangement of the aforementioned type and related to this arrangement components. The object is solved by the features of claim 1.

Es wird vorgeschlagen, zur Reduzierung von Drehmomentschwankungen das Rädergetriebe mit zumindest einem unrunden Rad auszuführen und zugleich das Aggregat in Phasenwinkelversatz zu an der Nockenwelle auftretenden Drehmomentschwankungen antreibbar auszubilden. Durch ein ungleichförmig übersetzendes Rädergetriebe, insbesondere Zahnrad- oder Zugmittelgetriebe, erfährt die Antriebsanordnung Schwingungsanregungen, die aus der unrunden Form der Räder resultieren. Aufgrund der Ausbildung der unrunden Form und der Phasenlage der Antriebselemente lassen sich diese zusätzlichen Anregungen mit den im Betrieb durch das Aggregat verursachten Drehmomentschwankungen überlagern, wodurch letztere ausgelöscht oder zumindest reduziert werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass bei einer Kombination dieser Anordnung mit einer weiteren Maßnahme, nämlich durch Antrieb des Aggregats in Phasenwinkelversatz zu an der Nockenwelle auftretenden Drehmomentschwankungen, eine weitere Reduzierung letzterer erreicht wird. Hierbei sind die Winkelstellungen von Aggregateantrieb und Nockenwelle derart aufeinander abgestimmt, dass die Drehmomentschwankungen am Aggregat phasenverschoben zu den Drehmomentschwankungen an der Nockenwelle auftreten. Durch Überlagerung mit den durch die ungleichförmige Übersetzung des Rädergetriebes im Antrieb des Aggregats erzeugten Störungen löschen sich die kumuliert an der Nockenwelle auftretenden Drehmomentschwankungen zumindest teilweise aus. Auf diese Weise können durch Kombination beider vorgenannter Maßnahmen die Belastungen durch Schwingungen sowohl der Nockenwelle als auch des dieser vorgeschalteten Nockenwellenantriebs deutlich reduziert und so die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Antriebsstrangs erhöht werden.It is proposed to carry out the gearbox with at least one non-circular wheel to reduce torque fluctuations and at the same time form the aggregate in phase angle offset to occurring on the camshaft torque fluctuations drivable. By a non-uniform translating gear train, in particular gear or traction mechanism, the drive assembly undergoes vibrational excitations, resulting from the non-circular shape of the wheels. Due to the formation of the non-circular shape and the phase position of the drive elements, these additional suggestions can be superimposed with the torque fluctuations caused during operation by the unit, whereby the latter are extinguished or at least reduced. Surprisingly, it has been found that in a combination of this arrangement with a further measure, namely by driving the unit in phase angle offset to occurring on the camshaft torque fluctuations, a further reduction of the latter is achieved. Here, the angular positions of the unit drive and camshaft are coordinated so that the torque fluctuations on the unit out of phase with the torque fluctuations occur on the camshaft. By superimposing with the interference generated by the non-uniform gear ratio of the gear train in the drive of the unit, the cumulative occurring at the camshaft torque fluctuations extinguish at least partially. In this way, by combining both aforementioned measures, the loads due to vibrations of both the camshaft and the camshaft drive connected upstream thereof can be significantly reduced and thus the service life and reliability of the drive train can be increased.

Vorzugsweise ist das Rädergetriebe als formschlüssiges ungleichmäßig übersetzendes Getriebe, insbesondere als Zahnradgetriebe ausgebildet. Bevorzugt weist dieses ein mit der Nockenwelle oder der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes unrund ausgebildetes Zahnrad und ein aggregateseitig in Antriebsverbindung stehendes unrund ausgebildetes Zahnrad auf.Preferably, the gear train is designed as a form-fitting non-uniformly translating gear, in particular as a gear transmission. Preferably, this has a non-circular gear formed in drive connection with the camshaft or the crankshaft and a non-circular gear formed in drive connection on the aggregate side.

Alternativ kann das Rädergetriebe als Zugmittelgetriebe ausgebildet sein, das ein mit der Nockenwelle oder der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes Zahnriemen- oder Kettenrad und ein aggregateseitig in Antriebsverbindung stehendes Zahnriemen- oder Kettenrad aufweist. Eine Reduzierung der vom Aggregat erzeugten Drehmomentschwankungen lässt sich dabei auf einfache Weise unmittelbar erreichen, indem nur das aggregateseitige Zahnriemen- oder Kettenrad unrund ausgebildet ist. Denkbar ist aber auch, nur das nockenwellenseitig oder kurbelwellenseitig antreibende Zahnriemen- oder Kettenrad unrund auszuführen. Schließlich ist es auch möglich, sowohl das aggregateseitige Zahnriemen- oder Kettenrad als auch das nockenwellenseitige Riemen- oder Kettenrad unrund auszubilden.Alternatively, the gear train may be designed as a traction mechanism having a toothed belt or sprocket in drive connection with the camshaft or the crankshaft and a toothed belt or sprocket in drive connection on the aggregate side. A reduction of the torque fluctuations generated by the unit can be achieved directly in a simple manner by only the aggregate-side toothed belt or sprocket is formed out of round. It is also conceivable that only the camshaft side or crankshaft side driving toothed belt or sprocket run out of round. Finally, it is also possible to make non-circular both the aggregate-side toothed belt or sprocket and the camshaft-side belt or sprocket.

Weiterhin ist es auch denkbar, das Aggregat über ein mehrstufiges Rädergetriebe, insbesondere ein mehrstufiges Zahnrad- oder Zugmittelgetriebe, von der Nockenwelle oder der Kurbelwelle anzutreiben, wobei das Rädergetriebe in einer oder in mehreren oder in allen seiner Stufen jeweils zumindest ein unrundes Rad aufweist. Furthermore, it is also conceivable to drive the unit via a multi-stage gear train, in particular a multi-stage gear or traction mechanism, of the camshaft or the crankshaft, wherein the gear train in one or more or in all its stages each having at least one non-circular wheel.

Durch das Maß der Unrundheit der Umfangsprofile der Zahn-, Ketten- oder Riemenräder kann das Maß der Ungleichförmigkeit der Übersetzung und damit die Amplitude der am Rädergetriebe erzeugten Störung bzw. Drehmomentschwankung eingestellt werden. Dabei verstärkt eine größere Amplitude der am Rädergetriebe erzeugten Störung bzw. Drehmomentschwankung den Überlagerungseffekt mit den am Aggregat sowie an der Nockenwelle erzeugten Störungen.Due to the degree of out-of-roundness of the circumferential profiles of the toothed, chain or belt wheels, the degree of nonuniformity of the ratio and thus the amplitude of the disturbance or torque fluctuation generated at the gearbox can be adjusted. In this case, a larger amplitude of the noise generated at the gearbox or torque fluctuation amplifies the overlay effect with the noise generated at the unit and on the camshaft.

Bevorzugt ist zumindest ein rotatorisches Antriebselement des Aggregats in Drehwinkelversatz zur Nockenwelle angeordnet. Vorzugsweise wird dabei die Winkelstellung im Antriebssystem des Aggregats derart gewählt, dass die im Betrieb vom Aggregat erzeugten Drehmomentschwankungen phasenverschoben zu den Drehmomentschwankungen an der Nockenwelle auftreten und sich zumindest teilweise auslöschen.Preferably, at least one rotary drive element of the unit is arranged in rotational angle offset from the camshaft. Preferably, the angular position in the drive system of the unit is selected such that the torque fluctuations generated during operation of the unit occur in phase with the torque fluctuations on the camshaft and extinguish themselves at least partially.

Zum Antrieb einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe kann beispielsweise ein Antriebsrad oder zumindest ein Pumpennocken mit Drehwinkelversatz zu zumindest einem Ventilnocken der Nockenwelle zur Betätigung zumindest eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine angeordnet werden. Dabei wird die Winkelstellung des Antriebsrads oder des Pumpennockens in Bezug auf den Ventilnocken derart gewählt, dass die an der Kraftstoff-Hochdruckpumpe auftretenden Drehmomentschwankungen und die aufgrund der Ventilbetätigung von dem Ventilnocken erzeugten Drehmomentschwankungen sich zumindest teilweise auslöschen.For driving a high-pressure fuel pump, for example, a drive wheel or at least one pump cam with angular displacement to at least one valve cam of the camshaft for actuating at least one gas exchange valve of the internal combustion engine can be arranged. In this case, the angular position of the drive wheel or of the pump cam with respect to the valve cam is selected such that the torque fluctuations occurring at the high-pressure fuel pump and the torque fluctuations produced by the valve cam due to the valve actuation cancel out at least partially.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:Further features of the invention will become apparent from the following description and from the drawings, in which several embodiments of the invention are shown in simplified form. Show it:

1 eine erfindungsgemäße Anordnung einer über eine Zahnradstufe von der Nockenwelle antreibbaren Kraftstoff-Hochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine, 1 an inventive arrangement of a via a gear stage of the camshaft drivable high-pressure fuel pump of an internal combustion engine,

2 eine schematische Darstellung der Zahnradstufe mit unrunden Zahnrädern aus 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel, 2 a schematic representation of the gear stage with non-circular gears 1 in a first embodiment,

3 eine schematische Darstellung der Zahnradstufe mit unrunden Zahnrädern aus 1 in einem zweiten Ausführungsbeispiel, 3 a schematic representation of the gear stage with non-circular gears 1 in a second embodiment,

4 in einem Diagramm den berechneten Verlauf des Drehmoments am Antriebsnockenwellenrad in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Nockenwelle, 4 in a diagram, the calculated curve of the torque at the drive camshaft wheel as a function of the rotational angle of the camshaft,

5 in einem Diagramm den berechneten Verlauf des Drehmoments am Antriebsnockenwellenrad in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Nockenwelle im ersten Ausführungsbeispiel, 5 in a diagram, the calculated curve of the torque at the drive camshaft wheel as a function of the rotational angle of the camshaft in the first embodiment,

6 in einem Diagramm den berechneten Verlauf des Drehmoments am Antriebsnockenwellenrad in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Nockenwelle im zweiten Ausführungsbeispiel, 6 in a diagram, the calculated curve of the torque at the drive camshaft wheel as a function of the rotational angle of the camshaft in the second embodiment,

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

In 1 ist ein Steuertrieb eines 4-Zylinder-DOHC-Reihenmotors einer Brennkraftmaschine mit zwei obenliegenden Nockenwellen dargestellt. Die Nockenwellen werden an einem Endbereich über ein Antriebsnockenwellenrad durch einen Riementrieb von der Kurbelwelle 2 der Brennkraftmaschine angetrieben. Am anderen Endbereich ist eine Einkolben-Doppelhub-Kraftstoff-Hochdruckpumpe 5 für ein nicht dargestelltes Common-Rail-Einspritzsystem über eine Zahnradstufe einer Nockenwelle 1 nachgeschaltet und wird von dieser angetrieben. Die Hochdruckpumpe 5 ist durch den Steuertrieb (i = 2:1) und durch die der Hochdruckpumpe 5 vorgeschaltete Getriebestufe (i = 1:2) mit einer Gesamtübersetzung i = 1:1 gegenüber der Kurbelwellendrehzahl synchronisiert. Der aus Ventiltrieb und Steuertrieb bestehende Nockenwellenantrieb des Vierzylinder-Reihenmotors wird somit sowohl durch die Kurbelwelle 2 als auch durch die Hochdruckpumpe 5 mit der zweiten Motorordnung dynamisch angeregt und beansprucht.In 1 is a timing drive of a 4-cylinder DOHC-series engine of an internal combustion engine with two overhead camshafts shown. The camshafts are at an end region via a drive camshaft gear by a belt drive from the crankshaft 2 the internal combustion engine driven. At the other end is a single-piston, double-stroke high-pressure fuel pump 5 for an unillustrated common rail injection system via a gear stage of a camshaft 1 downstream and is driven by this. The high pressure pump 5 is through the timing gear (i = 2: 1) and through the high pressure pump 5 upstream gear stage (i = 1: 2) with a total ratio i = 1: 1 synchronized with respect to the crankshaft speed. The consisting of valve train and timing drive camshaft drive of the four-cylinder in-line engine is thus both by the crankshaft 2 as well as through the high-pressure pump 5 dynamically excited and stressed with the second engine order.

Die Zahnradstufe weist ein mit der Nockenwelle 1 drehfest verbundenes antreibendes Zahnrad 3 und ein mit der Antriebswelle der Hochruckpumpe 5 drehfest verbundenes abtreibendes Zahnrad 4 auf. Die Zahnräder 3, 4 bilden ein Zahnradgetriebe, das von der Nockenwelle 1 ein Antriebsdrehmoment auf die Hochdruckpumpe 5 überträgt. Dabei sind das auf der Nockenwelle 1 angeordnete antreibende Zahnrad 3 und das auf der Antriebswelle der Hochdruckpumpe 5 angeordnete abtreibende Zahnrad 4 jeweils mit einem unrunden Umfangsprofil ausgebildet.The gear stage has one with the camshaft 1 non-rotatably connected driving gear 3 and one with the drive shaft of the high pressure pump 5 rotatably connected abortive gear 4 on. The gears 3 . 4 form a gear transmission, that of the camshaft 1 a drive torque on the high pressure pump 5 transfers. It is on the camshaft 1 arranged driving gear 3 and that on the drive shaft of the high-pressure pump 5 arranged abortive gear 4 each formed with a non-circular circumferential profile.

Zugleich ist der Antrieb der Hochdruckpumpe 5 derart auf die Nockenwelle 1 abgestimmt, dass die von der Hochdruckpumpe 5 in Bezug auf die an der Nockenwelle 1 erzeugten Drehmomentschwankungen phasenverschoben auftreten. Hierzu kann zumindest ein rotatives Antriebselement der Hochdruckpumpe 5, beispielsweise ein Antriebsrad oder ein Pumpennocken an der Antriebswelle der Hochdruckpumpe 5, in einer bestimmten Winkelstellung oder einem bestimmten Winkelversatz bezogen auf die Nockenwelle 1, insbesondere bezogen auf die Winkelstellung zumindest eines Ventilnockens 6, angeordnet sein.At the same time, the drive is the high-pressure pump 5 such on the camshaft 1 matched that of the high pressure pump 5 in terms of on the camshaft 1 produced torque fluctuations occur out of phase. For this purpose, at least one rotary drive element of high pressure pump 5 For example, a drive wheel or a pump cam on the drive shaft of the high-pressure pump 5 , in a certain angular position or a certain angular offset with respect to the camshaft 1 , In particular with respect to the angular position of at least one valve cam 6 be arranged.

Denkbar ist auch, zur Reduzierung dynamischer Anregungen im Antriebsstrang andere ungleichförmige Antriebsdrehmomente aufweisende Aggregate, wie beispielsweise einen der Nockenwelle 1 nachgeschalteten Klimakompressor, über ein ungleichförmig übersetzendes Getriebe und zugleich mit zur Nockenwelle 1 phasenversetzten Drehmomentschwankungen betreibbar auszubilden.It is also conceivable for the reduction of dynamic excitations in the drive train other non-uniform driving torques having aggregates, such as one of the camshaft 1 Downstream air compressor, a non-uniform translating gear and at the same time with the camshaft 1 phase-shifted torque fluctuations operable train.

2 und 3 zeigen sehr schematisch das Zahnradgetriebe aus 1 in einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. Das mit der Nockenwelle 1 drehfest verbundene antreibende Zahnrad 3 und das mit der Antriebswelle der Hochdruckpumpe 5 drehfest verbundene abtreibende Zahnrad 4 weisen unrunde Umfangsprofile auf, die bezüglich ihrer Unrundheit überhöht dargestellt sind. Zum Vergleich ist das runde Umfangsprofil eines 1:2 übersetzenden Zahnradgetriebes jeweils durch zwei gestrichelt gezeichnete Kreise angedeutet. Die Zahnräder 3, 4 weisen jeweils vier relativ zum runden Umfangsprofil nach radial außen vorstehende Abschnitte 7, 9 bzw. 7', 9' und vier nach radial innen zurückstehende Abschnitte 8, 10 bzw. 8', 10' auf. Vorstehende und zurückstehende Abschnitte 7, 8, 9, 10 bzw. 7', 8', 9', 10' sind gleichmäßig über den Umfang verteilt und wechseln sich regelmäßig ab. Dabei greifen die vorstehenden Abschnitte 7, 7' des antreibenden Zahnrads 3 in die zurückstehenden Abschnitte 10, 10' des abtreibenden Zahnrads 4 ein und greifen umgekehrt die vorstehenden Abschnitte 9, 9' des abtreibenden Zahnrads 4 in die zurückstehenden Abschnitte 8, 8' des antreibenden Zahnrads 3 ein. 2 and 3 show very schematically the gear transmission 1 in a first and second embodiment. That with the camshaft 1 non-rotatably connected driving gear 3 and that with the drive shaft of the high-pressure pump 5 non-rotatably connected abortive gear 4 have non-circular peripheral profiles that are exaggerated in their out-of-roundness. For comparison, the round circumferential profile of a 1: 2 translating gear transmission is indicated by two dashed circles. The gears 3 . 4 each have four relative to the circular perimeter profile radially outwardly projecting sections 7 . 9 respectively. 7 ' . 9 ' and four radially inwardly recessed portions 8th . 10 respectively. 8th' . 10 ' on. Previous and previous sections 7 . 8th . 9 . 10 respectively. 7 ' . 8th' . 9 ' . 10 ' are evenly distributed over the circumference and alternate regularly. In doing so, the preceding sections will grip 7 . 7 ' of the driving gear 3 in the previous sections 10 . 10 ' of the abortive gear 4 and vice versa grab the protruding sections 9 . 9 ' of the abortive gear 4 in the previous sections 8th . 8th' of the driving gear 3 one.

Die unrunden Umfangsprofile der ineinandergreifenden Zahnräder 3, 4 bewirken bei einer Drehung der Nockenwelle 1 eine ungleichförmige Übersetzung, die am Zahnradgetriebe Drehmomentschwankungen vierten Ordnung bezogen auf die Drehung der Nockenwelle 1 erzeugt. Diese Drehmomentschwankungen überlagern die im Betrieb an der Hochdruckpumpe 5 auftretenden Drehmomentschwankungen derart, dass letztere zumindest teilweise kompensiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die durch das angetriebene Aggregat verursachten dynamischen Anregungen unmittelbar an der Quelle zu dämpfen. Die Übertragungsfunktion zur Erreichung eines entsprechenden zeitlichen Verlaufs der An- und Abtriebsdrehmomente kann beispielsweise durch ein Fourierpolynom berechnet werden. Dabei beschreibt die Übertragungsfunktion den erforderlichen Verlauf der Übersetzung über den Umfang und damit die Wälz- oder Rollkurven der unrunden Zahnräder 3, 4. Ist die Antriebskinematik durch die Bestimmung der Wälzkurven festgelegt, kann die Verzahnung der unrunden Zahnräder 3, 4 entsprechend ausgelegt werden.The non-circular peripheral profiles of interlocking gears 3 . 4 cause a rotation of the camshaft 1 a non-uniform gear ratio, the fourth gear torque fluctuations on the rotation of the camshaft 1 generated. These torque fluctuations superimpose those in operation on the high-pressure pump 5 occurring torque fluctuations such that the latter are at least partially compensated. In this way it is possible to dampen the dynamic excitations caused by the driven aggregate directly at the source. The transfer function for achieving a corresponding time profile of the input and output torques can be calculated, for example, by a Fourier polynomial. In this case, the transfer function describes the required course of the translation over the circumference and thus the rolling or rolling curves of the non-circular gears 3 . 4 , If the drive kinematics are determined by the determination of the rolling curves, the teeth of the non-circular gears can 3 . 4 be designed accordingly.

Die Ausgestaltung der Zahnräder 3, 4 in den 2 und 3 unterscheiden sich durch das Maß der Unrundheit ihrer Umfangsprofile, d. h. durch die radiale Länge der bezogen auf ein rundes Umfangsprofil (angedeutet durch gestrichelten Linien) jeweils nach radial außen vorstehenden Abschnitte 7, 9 bzw. 7', 9' und der nach radial innen zurückstehenden Abschnitte 8, 10 bzw. 8', 10'. Durch das Maß der Unrundheit der Umfangsprofile der Zahnräder 3, 4 kann die Amplitude der jeweils am Zahnradgetriebe erzeugten Störung bzw. Drehmomentschwankung eingestellt werden.The design of the gears 3 . 4 in the 2 and 3 differ by the extent of the out-of-roundness of their peripheral profiles, ie by the radial length of relative to a round circumferential profile (indicated by dashed lines) each radially outwardly projecting portions 7 . 9 respectively. 7 ' . 9 ' and the radially inwardly recessed portions 8th . 10 respectively. 8th' . 10 ' , By the degree of out-of-roundness of the circumferential profiles of the gears 3 . 4 It is possible to set the amplitude of the disturbance or torque fluctuation generated respectively on the gearwheel transmission.

4 bis 6 zeigen jeweils in einem Diagramm in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Nockenwelle 1 den berechneten kumulierten Drehmomentverlauf am Antriebsnockenwellenrad der Nockenwelle 1 (Kurve 11, 12, 13) und die Anregungen der Einkolben-Doppelhub-Kraftstoff-Hochdruckpumpe 5 aus 1 (Kurve 14, 15, 16) sowie die Anregungen aus der Betätigung der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine durch die Ventilnocken 6 der Nockenwelle 1 in Summe (Kurve 17) und einzeln aus der Betätigung der Einlass- und Auslassventile (Kurve 18, 19). 4 to 6 each show in a diagram as a function of the angle of rotation of the camshaft 1 the calculated cumulative torque curve at the drive camshaft sprocket of the camshaft 1 (Curve 11 . 12 . 13 ) and the suggestions of the single-piston double-stroke high-pressure fuel pump 5 out 1 (Curve 14 . 15 . 16 ) as well as the suggestions from the actuation of the gas exchange valves of the internal combustion engine by the valve cam 6 the camshaft 1 in total (curve 17 ) and individually from the operation of the intake and exhaust valves (curve 18 . 19 ).

Einkolben-Doppelhub-Hochdruckpumpen zeigen typischerweise ein stark schwankendes Antriebsdrehmoment mit steilem Drehmomentanstieg an den Flanken im Bereich des Übergangs von der Saug- in die Druckphase (Kurve 14, 15, 16). Dabei alterniert das Antriebsdrehmoment in seiner Richtung, wodurch es zu Nulldurchgängen im Verlauf kommt. Bedingt durch ihre Bauweise führen Einkolben-Doppelhub-Hochdruckpumpen je Umdrehung zwei Kolbenhübe aus und erzeugen demzufolge zwei Druckspitzen, wodurch sich durch die 1:2 Übersetzung der Zahnradstufe auf die antreibende Nockenwelle übertragen vier Druckspitzen pro Nockenwellenumdrehung ergeben. Dadurch weist der Drehmomentverlauf bei einer Übersetzung von 1:2, Schwankungen vierter Ordnung bezogen auf die Drehung der Nockenwelle 1 auf.Single-piston, double-stroke, high-pressure pumps typically exhibit a sharply fluctuating drive torque with steep torque increase at the flanks in the region of the transition from the suction to the pressure phase (curve 14 . 15 . 16 ). In this case, the drive torque alternates in its direction, which leads to zero crossings in the course. Due to their design, single-piston double-stroke high-pressure pumps perform two piston strokes per revolution and consequently produce two pressure peaks, resulting in four pressure peaks per camshaft revolution transmitted by the 1: 2 ratio of the gear stage to the driving camshaft. As a result, the torque curve at a ratio of 1: 2, fourth order fluctuations with respect to the rotation of the camshaft 1 on.

Erfindungsgemäß arbeitet die Hochdruckpumpe 5 mit Drehwinkelversatz gegenüber der Ventilbetätigung durch die Ventilnocken 6 an der Nockenwelle 1, so dass im Betrieb die Drehmomentschwankungen der Hochdruckpumpe 5 (Kurve 14, 15, 16) phasenverschoben zu den an der Nockenwelle 1 durch die Ventilbetätigung an den Ventilnocken 6 erzeugten Drehmomentschwankungen (Kurve 17) auftreten. Dabei überlagern sich im Wesentlichen die positiven bzw. negativen Spitzen der Drehmomentschwankungen an der Hochdruckpumpe 5 Kurve (14, 15, 16) mit negativen bzw. positiven Spitzen der Ventilbetätigung an der Nockenwelle 1 (Kurve 17) und löschen sich dabei zumindest teilweise aus.According to the invention, the high pressure pump works 5 with angular offset with respect to the valve actuation by the valve cams 6 on the camshaft 1 , so that during operation the torque fluctuations of the high pressure pump 5 (Curve 14 . 15 . 16 ) out of phase with those on the camshaft 1 by the valve actuation on the valve cam 6 generated torque fluctuations (curve 17 ) occur. Essentially, the positive or negative peaks of the Torque fluctuations on the high pressure pump 5 Curve ( 14 . 15 . 16 ) with negative or positive peaks of the valve actuation on the camshaft 1 (Curve 17 ) and cancel out at least partially.

Denkbar ist auch, den Antrieb der Hochdruckpumpe 5 in Bezug auf andere Anregungen der Nockenwelle 1, insbesondere von weiteren durch diese oder von der Kurbelwelle angetriebenen Aggregate der Brennkraftmaschine oder durch von der antreibenden Kurbelwelle selber an der Nockenwelle 1 erzeugten Drehmomentschwankungen, phasenverschoben einzustellen, so dass sich diese und die an der Hochdruckpumpe 5 auftretenden Drehmomentschwankungen zumindest teilweise auslöschen.It is also conceivable, the drive of the high-pressure pump 5 in relation to other suggestions of the camshaft 1 , in particular of other driven by these or by the crankshaft assemblies of the internal combustion engine or by the driving crankshaft itself on the camshaft 1 adjusted torque fluctuations, set out of phase, so that these and the at the high pressure pump 5 at least partially cancel out occurring torque fluctuations.

In 4 ist für einen Ausgangszustand der resultierende Drehmomentverlauf an der Nockenwelle 1 (Kurve 11) bei gegenüber der Nockenwelle phasenverschoben arbeitenden Antrieb der Hochdruckpumpe 5 dargestellt. Dabei wird die Hochdruckpumpe 5 über ein gleichförmig übersetzendes Zahnradgetriebe mit jeweils runde Umfangsprofile aufweisenden Zahnrädern 3, 4 (durch gestrichelte Linien in 2 und 3 angedeutet) von der Nockenwelle 1 angetrieben. Die im Betrieb an der Hochdruckpumpe 5 erzeugten Drehmomentschwankungen (Kurve 14) treten phasenverschoben zu den durch die Ventilbetätigung der Ventilnocken 6 an der Nockenwelle 1 erzeugten Drehmomentschwankungen (Kurve 17) auf.In 4 is for an initial state of the resulting torque curve on the camshaft 1 (Curve 11 ) with respect to the camshaft phase-shifted drive of the high-pressure pump 5 shown. At the same time, the high pressure pump becomes 5 via a uniformly translating gear transmission with each circular peripheral profiles having gears 3 . 4 (by dashed lines in 2 and 3 indicated) of the camshaft 1 driven. The in operation on the high-pressure pump 5 generated torque fluctuations (curve 14 ) are out of phase with those due to valve actuation of the valve cams 6 on the camshaft 1 generated torque fluctuations (curve 17 ) on.

5 und 6 zeigen dagegen den kumulierten Drehmomentverlauf an der Nockenwelle 1 bei einem kombiniert, sowohl mit ungleichförmiger Übersetzung (gemäß den 2 und 3) als auch phasenverschoben, arbeitenden Antrieb der Hochdruckpumpe 5. Hierbei werden die durch den Betrieb der Hochdruckpumpe 5 erzeugten Drehmomentschwankungen (Kurven 15, 16) und die an der Nockenwelle 1 durch die Ventilbetätigung verursachten Drehmomentschwankungen (Kurven 17) zusätzlich von den durch das ungleichförmig übersetzende Zahnradgetriebe erzeugten Drehmomentschwankungen vierter Ordnung überlagert. Bei der Kombinationslösung zeigt sich überraschenderweise, dass sowohl die an der Nockenwelle 1 kumuliert auftretenden Drehmomentschwankungen (Kurven 12, 13) als auch die an der Hochdruckpumpe 5 auftretenden Drehmomentschwankungen (Kurve 15, 16) eine deutlich kleinere positive Amplitude als im Ausgangsfall (Kurve 11, 14, 4) aufweisen. Hierdurch ist der Mittelwert des Drehmomentverlaufs bei kombiniert, mit ungleichförmiger Übersetzung und phasenverschoben, arbeitendem Antrieb der Hochdruckpumpe 5 deutlich niedriger als in der Einzellösung gemäß 4. Die dynamischen Belastungen der Nockenwelle 1 und des dieser vorgeschalteten Steuertriebs können so deutlich reduziert werden. 5 and 6 on the other hand show the cumulative torque curve on the camshaft 1 when combined, both with non-uniform translation (according to the 2 and 3 ) as well as out of phase, working drive of the high pressure pump 5 , Here are the by the operation of the high-pressure pump 5 generated torque fluctuations (curves 15 . 16 ) and those on the camshaft 1 caused by the valve actuation torque fluctuations (curves 17 ) is additionally superimposed by the fourth-order torque variations generated by the non-uniformly-translating gear train. The combination solution shows surprisingly that both the camshaft 1 cumulative torque fluctuations (curves 12 . 13 ) as well as the at the high pressure pump 5 occurring torque fluctuations (curve 15 . 16 ) a much smaller positive amplitude than in the initial case (curve 11 . 14 . 4 ) exhibit. As a result, the mean value of the torque curve is combined with non-uniform gear ratio and phase-shifted, working drive of the high-pressure pump 5 significantly lower than in the single solution according to 4 , The dynamic loads of the camshaft 1 and the upstream of this Steuerviebs can be significantly reduced.

In der Variante gemäß 6 weisen die Umfangsprofile der Zahnräder 3, 4 gegenüber der Ausgestaltung gemäß 5 eine größere Unrundheit auf. Dadurch wird eine weitere deutliche Reduzierung sowohl der an der Nockenwelle 1 kumuliert auftretenden Drehmomentschwankungen (Kurve 13) als auch der an der Hochdruckpumpe 5 auftretenden Drehmomentschwankungen (Kurve 16) erreicht. Bei größerer Unrundheit ist die Amplitude der jeweils am Zahnradgetriebe erzeugten Störung bzw. Drehmomentschwankung entsprechend größer eingestellt. Auf diese Weise wird der Überlagerungseffekt zwischen den am Zahnradgetriebe erzeugten Störungen und den an der Hochdruckpumpe 5 sowie an der Nockenwelle 1 auftretenden Störungen verstärkt.In the variant according to 6 have the circumferential profiles of the gears 3 . 4 compared to the embodiment according to 5 a larger runout. This will further reduce both the camshaft significantly 1 cumulative torque fluctuations (curve 13 ) as well as on the high-pressure pump 5 occurring torque fluctuations (curve 16 ) reached. For larger runout, the amplitude of each generated at the gear transmission disturbance or torque fluctuation is set correspondingly larger. In this way, the interference effect between the noise generated at the gear transmission and the at the high-pressure pump 5 as well as on the camshaft 1 amplified interference.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Nockenwellecamshaft
22
Kurbelwellecrankshaft
33
Zahnradgear
44
Zahnradgear
55
Hochdruckpumpehigh pressure pump
66
Ventilnockenvalve cam
77
Abschnittsection
7'7 '
Abschnittsection
88th
Abschnittsection
8'8th'
Abschnittsection
99
Abschnittsection
9'9 '
Abschnittsection
1010
Abschnittsection
10'10 '
Abschnittsection
1111
KurveCurve
1212
KurveCurve
1313
KurveCurve
1414
KurveCurve
1515
KurveCurve
1616
KurveCurve
1717
KurveCurve
1818
KurveCurve
1919
KurveCurve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1767769 B1 [0002] EP 1767769 B1 [0002]

Claims (4)

Anordnung zum Übertragen einer Antriebsleistung von einer Nockenwelle (1) oder von einer Kurbelwelle (2) auf ein Aggregat einer Brennkraftmaschine, insbesondere auf eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe, über ein Rädergetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung von Drehmomentschwankungen das Rädergetriebe zumindest ein unrundes Rad aufweist und das Aggregat in Phasenwinkelversatz zu an der Nockenwelle auftretenden Drehmomentschwankungen antreibbar ist.Arrangement for transmitting a drive power from a camshaft ( 1 ) or from a crankshaft ( 2 ) to an engine of an internal combustion engine, in particular to a high-pressure fuel pump, via a gear train, characterized in that to reduce torque fluctuations, the gear train has at least one non-circular wheel and the unit is driven in phase angle offset to occurring on the camshaft torque fluctuations. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rädergetriebe als Zahnradgetriebe mit einem mit der Nockenwelle (1) oder der Kurbelwelle (2) in Antriebsverbindung stehenden unrund ausgeführten Zahnrad (3) und einem aggregateseitig in Antriebsverbindung stehenden unrund ausgeführten Zahnrad (4) ausgebildet ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the gear train as gear transmission with one with the camshaft ( 1 ) or the crankshaft ( 2 ) drivingly connected non-circular gear ( 3 ) and an aggregate side in drive connection out of round running gear ( 4 ) is trained. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rädergetriebe als Zugmittelgetriebe mit einem mit der Nockenwelle (1) oder der Kurbelwelle (2) in Antriebsverbindung stehenden Zahnriemen- oder Kettenrad und einem aggregateseitig in Antriebsverbindung stehenden Zahnriemen- oder Kettenrad ausgeführt ist, wobei zumindest eines der Zahnriemen- oder Kettenräder unrund ausgebildet ist.Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the gear train as a traction mechanism with one with the camshaft ( 1 ) or the crankshaft ( 2 ) is in drive connection toothed belt or sprocket and an aggregate side in drive connection toothed belt or sprocket, at least one of the toothed belt or sprockets is formed out of round. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein rotatorisches Antriebselement zum Antrieb einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe (5), insbesondere ein Antriebsrad oder ein Pumpennocken, mit Drehwinkelversatz zu zumindest einem Ventilnocken (6) der Nockenwelle (1) zur Betätigung zumindest eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine angeordnet ist.Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one rotary drive element for driving a high-pressure fuel pump ( 5 ), in particular a drive wheel or a pump cam, with angular displacement to at least one valve cam ( 6 ) of the camshaft ( 1 ) is arranged for actuating at least one gas exchange valve of the internal combustion engine.
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