DE20201006U1

DE20201006U1 - Vorrichtung zum Massenkraft- und/oder Momentenausgleich für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE20201006U1
Application number: DE20201006U
Authority: DE
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2012-01-25

Description

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Vorrichtung zum Massenkraft- und/oder Momentenausgleich für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Massenkraft- und/oder Momentenausgleich für eine Brennkraftmaschine, insbesondere ein Massenausgleichsgetriebe II. Ordnung mit den im Oberbegriff des Schutzanspruches 1 genannten Merkmalen.

Beim Antrieb von Massenausgleichswellen mittels eines Zahnradtriebes ausgehend von der Kurbelwelle treten im unteren Drehzahlbereich des Motors, also im Leerlaufbereich, zwischen Kurbelwelle und den relativ große Massenträgheitsmomente aufweisenden Massenausgleichswellen erhebliche Drehungleichförmigkeiten auf. Diese verursachen ein Verzahnungsrasseln durch das wechselseitige Anschlagen der Zahnflanken innerhalb des konstruktionsbedingt notwendigen Verdrehflankenspieles im Zahnradtrieb der Massenausgleichswellen. Diese Geräusche des Verzahnungsrasseins werden bei leisen Motoren und Kraftfahrzeugen als störend empfunden.

Vorbekannt ist aus der US 5,535,643 eine Momentenausgleichs-Vorrichtung II. Ordnung, bei der eine erste Ausgleichswelle mittels einer von der Kurbelwelle getriebenen Kette angetrieben wird. Der Antrieb der gegenläufigen zweiten Ausgleichswelle erfolgt über ein auf der ersten Ausgleichswelle angeordnetes Antriebszahnrad, das mit dem Abtriebszahnrad der zweiten Ausgleichswelle in Verbindung steht. Die zweite Ausgleichswelle treibt über eine Verlängerung eine Ölpumpe zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Öl an, deren Lastmoment ein Verringern des Verzahnungsrasseins bewirkt.

Aus der DE 100 07 660 A1 ist eine Vorrichtung zum Momentenausgleich einer Brennkraftmaschine vorbekannt, bei der wenigstens eine Ölpumpe zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Öl durch wenigstens eine Ausgleichswelle angetrieben wird. Der Antrieb der Ölpumpe erfolgt über ein an der Ölpumpenwelle angeordnetes Zahnrad, das mit einem Zahnrad der Ausgleichswelle im Eingriff steht.

Vorbekannt ist aus der WO 00/15976 A1 ein Massenausgleichssystem für Hubkolbenmotoren mit einer Schmierölpumpe, dessen Gehäuse auch gleichzeitig die Lagerungen von Massenausgleichswellen aufweist und am Kurbelgehäuse des Motors befestigt ist. Ein Förderrad der Pumpe ist verdrehfest mit der Massenausgleichswelle oder einer Antriebswelle für eine Massenausgleichswelle verbunden. Die Ölpumpe ist dabei in ihrer spezifischen Fördermenge regelbar.

Nachteilig bei dem vorbekannten Stand der Technik ist, dass eine angepasste Versorgung von Schmierstellen des Motors mit entsprechender Ölmenge und einem bestimmten Öldruck nur bedingt möglich ist. Fördermenge und Öldruck sind abhängig von der Motordrehzahl und der maximal einstellbaren Fördermenge der Ölpumpe. Weiterhin konnte auch das Verzahnungsrasseln im Antrieb der Massenausgleichswellen durch die an die Ausgleichswelle angekoppelte Ölpumpe nicht vollständig beseitigt werden. Eine ständig mitlaufende Ölpumpe mit einem Lastmoment, welches Verzahnungsrasseln auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen verhindert, ist unökonomisch, da in weiten Teilen des Drehzahlbereiches der Gesamtwirkungsgrad reduziert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Massenkraft- und/oder Momentenausgleich für eine Brennkraftmaschine mit einer Schmierölfördereinrichtung zu schaffen, bei der das Verzahnungsrasseln weitgehend unterbunden wird und eine angepasste Versorgung von Schmierstellen des Motors mit entsprechender Ölmenge und einem bestimmten Öldruck möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches beschriebenen Mittel gelöst.

Durch die Anordnung einer zusätzlichen zu- und abschaltbaren Ölpumpe, die von der ersten Ausgleichswelle eines Massenausgleichsgetriebes II. Ordnung angetrieben wird, wird erreicht, dass an den Ausgleichswellen entsprechend den vorliegenden Bedingungen unterschiedliche Lastmomente wirken. Zum Unterbinden des Verzahnungsrasselns bei hohen Drehungleichförmigkeiten zwischen Kurbelwelle und Ausgleichswellen wird, insbesondere im Leerlaufbereich der Kurbelwelle, zusätzlich eine Ölpumpe durch die erste Ausgleichswelle angetrieben.

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Die zusätzlich auf die erste Ausgleichswelle wirkende Last verhindert das Abheben der Zahnflanken der ersten Zahnradstufe und reduziert die auf die nachfolgende Zahnradstufe wirkende Drehungleichförmigkeit. Die Neigung zum Verzahnungsrasseln wird vermieden. Außerdem ist es möglich, den Wirkungsgrad der Ölförderung zu erhöhen, da die zweite Ölpumpe bei Nichtbedarf abgeschaltet werden kann. Gleichzeitig erlaubt es die zweite Ölpumpe, eine genügende Schmiermittelmenge für den kritischen Heißleerlaufzustand bereitzustellen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch die beiden Ölpumpen unabhängig oder abhängig voneinander verschiedene Schmierstellen des Motors funktionsgerecht mit verschiedenen Öldrücken und -mengen versorgt werden können. Dadurch wird insgesamt die Ölzuführung im Motor verbessert und ist entsprechend des jeweiligen Bedarfs einstellbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.

Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Massenausgleichsgetriebes II.

Ordnung einer Verbrennungskraftmaschine und

Fig. 2: eine Variante des Antriebs eines Massenausgleichsgetriebes II. Ordnung.

Das an sich bekannte Massenausgleichsgetriebe II. Ordnung besteht aus einer Antriebswelle 5, die entweder die Kurbelwelle des Motors oder eine von der Kurbelwelle angetriebene Welle sein kann. Über eine Zahnradstufe 6 ist die Antriebswelle 5 mit einer ersten Ausgleichswelle 3 verbunden. Der Antrieb einer gegenläufigen zweiten Ausgleichswelle 4 erfolgt über ein auf der ersten Ausgleichswelle 3 angeordnetes Antriebszahnrad, das mit dem Abtriebszahnrad der zweiten Ausgleichswelle 4 in Verbindung steht. Die zweite Ausgleichswelle 4 ist in bekannter Weise mit einer Ölpumpe 1 verbunden, die durch diese angetrieben wird.

Die Übersetzung zwischen der Drehzahl der Kurbelwelle des Motors und den Ausgleichswellen 3 und 4 beträgt 1:2, sodass die mit einer Unwucht versehenen Ausgleichswellen 3 und 4 mit der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle rotieren. Entsprechende Varianten des Antriebs der Ausgleichswellen 3 und 4 sind in den Figuren 1 und 2 dargestellt.

Erfindungsgemäß ist eine zusätzliche zu- und abschaltbare Ölpumpe 2 über eine mechanisch oder hydraulisch zu betätigende Kupplung 7 mit der ersten Ausgleichswelle 3 verbunden, wobei die zu- und abschaltbare Ölpumpe 2 von der ersten Ausgleichswelle 3 angetrieben wird. Die Ölpumpen 1 und 2 sind hinsichtlich ihres Fördervolumens und des zu erreichenden Öldrucks gleich oder unterschiedlich ausgebildet. Durch die dem Ölbedarf des Motors angepasste Förderleistung sinkt die Antriebsleistung für die Ölversorgung des Motors im Betriebsdrehzahlbereich. Durch die Anordnung von zwei Ölpumpen können beide Ölpumpen gegenüber von nur einer an der zweiten Ausgleichswelle angeordneten Ölpumpe jeweils deutlich kleiner dimensioniert werden, wodurch nicht nur der mechanische Wirkungsgrad steigt, sondern auch durch eine bedeutend bessere Befüllung der volumetrische Wirkungsgrad erhöht wird. Der Gesamtwirkungsgrad der Ölförderung im Betriebsdrehzahlbereich wird daher deutlich verbessert.

Die Ölpumpe 1 und die Ölpumpe 2 sind ab- oder unabhängig voneinander mit verschiedenen Verbrauchern verbunden, wobei die Ansaugleitungen der Ölpumpen 1 und 2 an unterschiedlichen Stellen in der Ölwanne angeordnet sind. Durch die räumlich getrennte Anordnung der Ansaugung des Öls werden lokale Strömungsgeschwindigkeiten des Öls in der Ölwanne und somit die Neigung des Öls zur Ölverschäumung reduziert. Bei einem gleichzeitigen Betrieb der beiden Ölpumpen 1 und können die Ölpumpen unabhängig voneinander verschiedene Schmierstellen des Motors mit Öl versorgen. So kann zum Beispiel der Zylinderkopf und das Zylinderkopfgehäuse separat durch eine jeweilige Ölpumpe versorgt werden. Zur funktionsgerechten Versorgung der jeweiligen Schmierstellen mit den erforderlichen Öldrücken werden die Ölpumpen 1 und 2 mit verschiedenen Öldrücken betrieben. Bei einer unabhängigen Versorgung der Schmierstellen durch die Ölpumpei und 2 ist die erste Ausgleichswelle 3 ständig mit der Ölpumpe 2 verbunden, die durch diese angetrieben wird.

Es können aber auch zum Beispiel spezielle ölintensive Verbraucher, wie Nockenwellenversteller, Kettenspanner oder Kolbenspritzdüsen, bei Bedarf zusätzlich neben der Ölpumpe 1 durch die Ölpumpe 2 mit Öl beaufschlagt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass eine Ölpumpe zum Beispiel bei luftgekühlten Motoren für einen getrennten Ölkühlkreislauf genutzt wird.

Eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass eine Ölpumpe für eine Trockensumpfschmierung als Saugpumpe für die Förderung des Öls aus dem Trockensumpf und die andere Ölpumpe als Druckpumpe ausgebildet ist. Gemäß einer weiteren Variante ist an Stelle der Ölpumpe 1 und/oder der Ölpumpe 2 eine Zentrifuge zur Ölentschäumung mit der Ausgleichswelle 4 beziehungsweise mit der Ausgleichswelle 3 verbunden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung ist folgende:

Bei Leerlaufdrehzahlen der Kurbelwelle des Motors und somit der Antriebswelle 5 treten in Folge der hohen Anregung - begünstigt durch hohe Verbrennungskräfte und geringe Trägheiten im Kurbeltrieb z. B. durch die Verwendung eines Zweimassenschwungrades - große Drehungleichförmigkeiten zwischen der Antriebswelle 5 und den Ausgleichswellen 3 und 4 auf, die ein Verzahnungsrasseln der Zahnradstufe 6 zur Folge haben. Über ein entsprechendes Steuergerät wird die Kupplung 7 betätigt, die die erste Ausgleichswelle 3 mit der Ölpumpe 2 verbindet. Durch den Antrieb der Ölpumpe 2 über die erste Ausgleichswelle 3 wird die Zahnradstufe 6 mit einer zusätzlichen Last beaufschlagt. Durch das zusätzlich durch die Ölpumpe 2 aufgebrachte Moment wird in der Zahnradstufe 6 ein permanentes Anliegen der Verzahnung an jeweils einer Zahnflanke erreicht. Die Neigung zum Verzahnungsrasseln wird weitestgehend vermieden.

Bei Leerlaufdrehzahlen der Kurbelwelle und somit bei geringer Drehzahl der Ausgleichswellen ist die Fördermenge der Ölpumpe 1 gering, sodass die Schmierstellen des Motors nicht ausreichend mit Öl versorgt werden können. Durch Zuschalten der Ölpumpe 2 wird der fehlende Bedarf, insbesondere im kritischen Heißleerlaufbereich, ausgeglichen.

Bei Drehzahlen der Kurbelwelle außerhalb des Leerlaufbereiches (Betriebszustand) steigt einerseits die Fördermenge der Ölpumpen 1 und 2 und andererseits werden durch die stetig sinkende Anregung aus dem Kurbeltrieb die auftretenden Drehungleichförmigkeiten verringert. Über das Steuergerät wird beim Erreichen von vorbestimmten Betriebswerten die Kupplung 7 angesteuert, durch die eine Trennung des Antriebes der Ölpumpe 2 von der ersten Ausgleichswelle 3 erfolgt. Die Versorgung der Schmierstellen des Motors mit Öl erfolgt durch die Ölpumpe 1. Das Zu- und Abschalten der Ölpumpe 2 wird somit einerseits durch die auftretenden Drehungleichförmigkeiten zwischen Antriebswelle 5 und Ausgleichswellen 3 und 4 und andererseits durch den entsprechenden Ölbedarf der jeweiligen Schmierstellen des Motors bestimmt. Das Zu- und Abschalten der Ölpumpe 2 erfolgt somit einerseits kennfeldgesteuert, abhängig von Betriebsparametern des Motors wie Drehzahl, Last, Öldruck, Oltemperatur, Wassertemperatur, Bauteiltemperatur, Nockenwellenverstellerfunktion oder ähnlichem, oder andererseits hydraulisch selbsttätig, abhängig von einem bestimmten Öldruck im Motor.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1	Ölpumpe
2	abschaltbare Ölpumpe
3	erste Ausgleichswelle
4	zweite Ausgleichswelle
5	Antriebswelle
6	Zahnradstufe
7	Kupplung

Claims

1. Vorrichtung zum Massenkraft- und/oder Momentenausgleich für eine Brennkraftmaschine, insbesondere ein Massenausgleichsgetriebe II. Ordnung, mit folgender Bauart

- das Massenausgleichsgetriebe ist über ein Getriebe mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden,

- eine erste Ausgleichswelle des Massenausgleichsgetriebes ist über eine Zahnradstufe mit einer zweiten Ausgleichswelle verbunden,

- eine in einer Ölwanne der Brennkraftmaschine angeordnete Ölpumpe ist an die zweite Ausgleichswelle gekoppelt,

dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche zu- und abschaltbare Ölpumpe (2) an die erste Ausgleichswelle (3) gekoppelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu- und abschaltbare Ölpumpe (2) über eine mechanische oder hydraulische Kupplung (7) mit der ersten Ausgleichswelle (3) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (1) und die Ölpumpe (2) entsprechend der Größe des Fördervolumens und des Öldruckes vorzugsweise unterschiedlich ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (1) und die Ölpumpe (2) ab- oder unabhängig voneinander mit verschiedenen Schmierstellen des Motors verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (1) oder die Ölpumpe (2) mit dem Ölkühlkreislauf des Motors verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitungen der Ölpumpe (1) und der Ölpumpe (2) an unterschiedlichen Stellen in der Ölwanne angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ölpumpe als Saugpumpe und die andere Ölpumpe als Druckpumpe ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle der Ölpumpe (1) und/oder der Ölpumpe (2) eine Zentrifuge zur Ölentschäumung mit der Ausgleichswelle (4) beziehungsweise mit der Ausgleichswelle (3) verbunden ist.