DE19915790A1 - Vorrichtung zum Kompensieren von Schwingungen einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kompensie­ ren von Schwingungen einer Brennkraftmaschine mit einer ersten und zweiten Schwungmasse.

Es ist bereits eine Vorrichtung der eingangs aufgeführten Art bekannt (DE 196 10 141 A1), die eine an der Kurbelwelle befe­ stigte Primärmasse sowie eine Sekundärmasse aufweist, die über eine Kupplung mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verbindbar sind. Die Sekundärmasse ist jedoch drehmomentensteif - bezogen auf die Schwungradachse - gelenkig bzw. biegeweich an der Pri­ märmasse angebunden. Taumelbewegungen der mit geringer Masse ausgebildeten Primärmasse werden somit nicht auf die im wesent­ lichen die Schwungmasse tragende Sekundärmasse übertragen.

Demgemäss besteht die Erfindungsaufgabe darin, die Brennkraft­ maschine derart auszubilden und anzuordnen, dass das Anfahrmo­ ment klein gehalten und das Schwungverhalten günstig beein­ flusst wird.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass die Brennkraftmaschine mit der ersten Schwungmasse ständig und mit der zweiten Schwungmasse wahlweise in Antriebsverbindung bring­ bar ist. Hierdurch wird erreicht, dass das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine jederzeit über das Zu- bzw. Abschalten der zweiten Schwungmasse so beeinflusst werden kann, dass stö­ rende Schwingungen auf ein Minimum gedämpft und die aufzubrin­ genden Beschleunigungsmomente bzw. Leistungsverluste reduziert werden.

Ferner ist es vorteilhaft, dass die Brennkraftmaschine über ein Getriebe und eine Kupplung zumindest mit der zweiten Schwung­ masse in Antriebsverbindung steht. Hierdurch ist es ohne weite­ res möglich, die zweite Schwungmasse wahlweise zuzuschalten, um sie in den erforderlichen Betriebspunkten zu nutzen.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäss einer Weiterbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung, dass die zwischen der Brenn­ kraftmaschine und der zweiten Schwungmasse vorgesehene Kupplung drehmomentensteif ausgebildet ist und somit auch Drehimpuls­ spitzen übertragen werden. Um dies zu gewährleisten, sollte die Kupplung formschlüssig ausgeführt sein, da nicht bei allen kraftschlüssigen Kupplungen eine ausreichende Drehmomentstei­ figkeit erreicht wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass das Drehzahlverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine und der zweiten Schwungmasse einen Wert kleiner oder grösser als eins aufweist. Durch eine erhöhte Drehzahl der Schwungmasse kann die eigentliche Masse der Schwungmasse und damit ihr Träg­ heitsmoment reduziert werden, wobei der Drehimpuls, als Produkt aus Drehzahl und Trägheitsmoment, nicht verringert wird. Da­ durch kann jedoch das Anfahrmoment der Brennkraftmaschine klein gehalten werden.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Lösung ist schliesslich vorgesehen, dass die Kupplung in Abhän­ gigkeit 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 Stör­ grössen können hierbei unbekannt oder bekannt sein. Wenn sie unbe­ kannt sind, so werden sie über den Aufnehmer bzw. den Regel­ kreis 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 An­ ordnung 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 Schwung­ masse hat neben dem geringeren Gesamtgewicht der Brennkraftma­ schine 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 Vorrich­ tung zum Ausgleich der Schwingungen vorgesehen ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Pa­ tentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Fi­ guren dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer ersten und zweiten Schwungmasse,

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der Brennkraftmaschine gemäss Fig. 1 zur Darstellung des Kraftflusses,

Fig. 3 einen Regelkreis zur Steuerung der zu­ schaltbaren Schwungmasse,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer an­ ders ausgestalteten Schwungmasse.

In der Figur ist eine als Sechszylinder ausgebildete Brenn­ kraftmaschine 1 mit einer Kurbelwelle 2 dargestellt, die an ih­ rem 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 An­ triebsverbindung.

Das Getriebe 3 kann als Zahnradgetriebe oder als Zugmittelge­ triebe 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 Kurbelwel­ le 2 aus einem Gehäuse 10 der Brennkraftmaschine 1 aus und treibt über das Getriebe 3 die weiteren Aggregate, wie ein Lüf­ terrad 11, einen nicht dargestellten Generator an.

Nach diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass der An­ trieb der zweiten Schwungmasse 7 ebenfalls über das Getriebe 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 Schwung­ masse 7 gewährleistet.

Bei jedem Motor treten in bestimmten Betriebszuständen Schwin­ gungen auf, die reduziert werden sollen, um ein gleichmässiges, ruhiges Betriebsverhalten des Motors zu gewährleisten.

Bei Bedarf kann hierzu die zweite Schwungmasse 7 über die Kupp­ lung 5 der Brennkraftmaschine 1 zugeschaltet und somit die zweite Schwungmasse 7 beschleunigt werden. Soll das Anlaufmo­ ment 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 be­ stimmt.

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 laufen­ de Schwungmasse. Der Drehimpuls ist ein Produkt aus Massenträg­ heitsmoment 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 kon­ stantem 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 Massenträg­ heitsmoment wächst mit R².

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 zwei­ ten 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 Schwung­ masse 7 zugeschaltet wird.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel (Fig. 2) ist es auch mög­ lich, 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 Wand­ ler 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 Schwung­ masse 7 dargestellt. Der Regelkreis besteht im wesentlichen aus einem Regler 8, einem Stellglied (Kupplung 5), der zweiten Schwungmasse 7, der Brennkraftmaschine 1 und einem Schwingungs­ aufnehmer 9.

Zwischen der "Ist"-Grösse der im Moment herrschenden Schwingun­ gen und der "Soll"-Grösse erfolgt ein Abgleich. Die durch den Abgleich und den Regler 8 erhaltene Stellgrösse (Kraft) wird über die Kupplung 5 umgesetzt und beeinflusst über die Drehzahl den Drehimpuls der zweiten Schwungmasse 7 und somit das Schwin­ gungsverhalten der Brennkraftmaschine 1.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum kompensieren von Schwingungen einer Brenn­ kraftmaschine (1) mit einer ersten und zweiten Schwungmasse (6, 7), dadurch gekennzeichnet,

• - dass die Brennkraftmaschine (1) mit der ersten Schwung­ masse (6) ständig und mit der zweiten Schwungmasse (7) wahlweise in Antriebsverbindung bringbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) über ein Getriebe (3) und eine Kupplung (5) zumindest mit der zweiten Schwungmasse (7) in An­ triebsverbindung steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der Brennkraftmaschine (1) und der zweiten Schwungmasse (7) vorgesehene Kupplung (5) drehmomentensteif ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahlverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine (1) und der zweiten Schwungmasse (7) einen Wert kleiner oder grös­ ser als eins aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (5) in Abhängigkeit einer Störgrösse automa­ tisch eine Antriebsverbindung zwischen der Brennkraftmaschi­ ne (1) und der zweiten Schwungmasse (7) herstellt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (5) über einen Regelkreis mit einem Aufneh­ mer (9) zur Erfassung der Störgrösse in Wirkverbindung steht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schwungmasse (7) über einen externen An­ trieb (4) zumindest zeitweise antreibbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der externe Antrieb (4) zwischen der Kupplung (5) und der zweiten Schwungmasse (7) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben der ers­ ten Vorrichtung zum Ausgleich der Schwingungen zumindest eine weitere Vorrichtung zum Ausgleich der Schwingungen vorgesehen ist.