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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung von
Schwingungen, die in einem Dieselmotor beim Abschalten auftreten.
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Bisher
bekannte Systeme zur Unterdrückung von
Motorschwingungen verwenden Steuerungstechniken mit Drehmoment-Ausgangssignal,
bei denen Drehmomentschwankungen an der Kurbelwelle des Motors erfasst
werden, und einem Wechselstromgenerator Strom zugeführt wird,
um ein auf die Kurbelwelle aufgebrachtes Drehmoment in Gegenrichtung
zu verändern.
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Eine
andere bekannte technische Ausführungsart
im Stand der Technik ist, die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle
des Motors abzutasten und die Geschwindigkeit in einen Strom umzuwandeln,
diesen mit einem Referenzwert zu vergleichen und anschließend den
Strom einem Motor/Generator, der mit der Kurbelwelle verbunden ist,
selektiv zuzuführen.
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Ein
weiteres Verfahren zur Reduzierung von Motorschwingungen umfasst
eine Einrichtung zum Fühlen
des Verbrennungsdrucks im Motor und zum Verändern des abgegebenen Motordrehmoments, wenn
eine ungenaue Verbrennung stattfindet.
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Die
Druckschrift
DE 195
32 129 A1 offenbart ein System zur aktiven Verringerung
von Drehungleichförmigkeiten
einer Welle, insbesondere der Triebwelle eines Verbrennungsmotors,
mit wenigsten einer elektrischen Maschinen, die mit der Welle gekoppelt
oder koppelbar ist, wobei die elektrische Maschine zur Verringerung
der Drehungleichförmigkeiten
ein schnell variierendes Drehmoment erzeugt, und wobei sie diesem
Drehmoment zur zusätzlichen Erzielung
einer antreibenden Wirkung oder bremsenden oder generatorischen
Wirkung ein positives bzw. negatives Drehmoment überlagert. Die Erfindung ist auch
auf ein entsprechendes Verfahren zur aktiven Verringerung von Drehungleichförmigkeiten
gerichtet.
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In
diesem Stand der Technik wird dieser spezielle Abschaltvorgang eines
Dieselmotors nicht betrachtet. Vielmehr geht es in dieser Schrift
darum, die Drehzahl eines Motors auf eine erfasste mittlere Drehzahl
zu stabilisieren und Drehungleichförmigkeiten um diese mittlere
Drehzahl herum zu vermeiden.
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Von
daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein verbessertes
Verfahren zur Unterdrückung
von Schwingungen eines Kraftfahrzeugmotors bereitzustellen.
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Das
Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
erfasst.
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Die
Lösung
umfasst ein Verfahren mit einem Motor, dem eine positive und/oder
negative Leistung zugeführt
wird, um eine sanfte Verzögerung
der rotierenden Teile des Motors zu erreichen, wobei eine aus Anlasser/Wechselstromgenerator
kombinierte Einrichtung verwendet wird, um beim Abschalten eines Dieselmotors
auftretende Schwingungen zu verhindern.
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Die
oben erläuterten
und andere Merkmale der Erfindung werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung
der Erfindung in Verbindung mit einer schematischen Zeichnung eines
Ausführungsbeispieles
deutlich. Es zeigen:
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1 eine
schematische Anordnung eines Systems zur Unterdrückung von Motorschwingungen,
in dem eine kombinierte Anlasser/ Wechselstromgeneratoreinrichtung
zwischen einem Motor und einer Getriebebaugruppe angeordnet ist;
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2 eine
schematische Darstellung der Drehzahl-Kurve eines Motors während einer
Verzögerung;
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3 die
schematische Darstellung eines logischen Blockdiagramms von einem
Motorsteuersystem zur Unterdrückung
von Schwingungen beim Abschalten des Motors gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung.
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Wenn
ein Motor, insbesondere ein Dieselmotor, langsamer wird und abschaltet,
erzeugen Drehmomentschwankungen auf Grund der anomalen Verbrennung
unerwünschte
Schwingungen. Das hohe Verdichtungsverhältnis eines Dieselmotors bewirkt, dass
die Kurbelwelle plötzlich
aufhört
zu rotieren, wenn der Motor außer
Betrieb gesetzt wird. Wenn sich die Kolben dem oberen Ende ihres
Kompressionstaktes nähern,
erfahren sie auf Grund des verdichteten Gases einen hohen Widerstand,
und die resultierende Kraft wird eine schnelle Verzögerung der Kurbelwelle
verursachen.
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Wenn
die Kurbelwelle stehen bleibt, können die
verdichteten Gase in Abhängigkeit
von der genauen Stellung der Kolben bewirken, dass der Motor kurz
zurückschnellt
oder kurz vorwärts
beschleunigt, wenn der Kolben den oberen Todpunkt erreicht. Alle diese
Auswirkungen, die schnelle Verzögerung
und das Zurück-
oder Vorwärtsschnellen
verursachen ein Schütteln
des Motors, das die Fahrzeuginsassen als unangenehme Bewegung fühlen.
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Eine
bekannte Lösung
für dieses
Problem ist der Anbau einer Drosselplatte im Lufteinlasssystem des
Motors. Diese Drosselplatte wird geschlossen, wenn der Motor abgeschaltet
wird. Das Ergebnis ist eine bedeutende Reduzierung des im Zylinder
vorhandenen Gasdrucks und eine Verringerung der Schüttelkräfte.
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In
der vorliegenden Erfindung wird ein kombiniertes Anlasser/Wechselstromgeneratorsystem verwendet,
um das Schütteln
beim Abschalten zu steuern, wodurch die Kosten einer zusätzlichen Drosselklappe
eingespart werden.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung, bei dem zwischen
dem Motor 12 und dem Getriebe 14 eine kombinierte
Anlasser/Wechselstromgeneratoreinrichtung 10 angeordnet
ist.
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Der
kombinierte Anlasser/Wechselstromgenerator 10 ist eine
in einem Fahrzeug vorgesehene einzelne elektrische Maschine, welche
die Doppelfunktionen der Erzeugung eines Antriebsmoments zum Starten eines
Fahrzeugmotors und zum Aufnehmen von Energie aus der Rotation des
Motors zur Erzeugung von Strom ausführt. Der kombinierte Anlasser/ Wechselstromgenerator
wird so gesteuert, dass über
den Anlasser ein Drehmoment auf den Motor bewirkt und über den
Wechselstromgenerator Strom erzeugt wird, so dass er sowohl als
Anlassermotor als auch als Stromerzeuger wirkt.
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Der
kombinierte Anlasser/Wechselstromgenerator 10 weist zwei
elektrische Hauptkomponenten auf, wobei beispielsweise eine Komponente
am Schwungrad des Motors oder dem Drehmomentenwandler in einer Automatik
angebracht ist, die den Motor in Umdrehungen versetzt. Die zweite
Komponente ist ein feststehendes Teil, das um die erste Komponente
herum angebracht ist. Zwischen den beiden Komponenten gibt es keine
mechanische Verbindung; die Verbindung erfolgt über einen magnetischen Kraftfluss.
Im feststehenden Teil werden elektrische Ströme verarbeitet, um entweder
im rotierenden Teil ein Drehmoment zum Starten des Motors zu induzieren
oder um im feststehenden Teil elektrische Energie zur Stromerzeugung
zu erzeugen. Es wird also der Anlasser/Wechselstromgenerator 10 verwendet,
um Energie vom Schwungrad des Motors oder von einem anderen rotierenden
Teil aufzunehmen oder diesen zuzuführen, um damit die Drehzahl des
Motors und die Änderungsstufe
der Drehzahl insbesondere beim Abschalten zu modifizieren. So erzeugt
der Anlasser/Wechselstromgenerator 10 bei Bedarf ein positives
und/oder negatives Drehmoment auf das rotierende Teil des Motors,
um eine ruhige Verzögerung
der rotierenden Teile des Motors 12 beim Abschalten zu
bewirken. Die rotierenden Teile des Motors umfassen die Kurbelwelle,
Nockenwellen, Kolben und den Ventilantriebsstrang.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der kombinierte Anlasser/Wechselstromgenerator 10 in Verbindung
mit dem Motor 12 so verwendet, dass beim Außerbetriebsetzen
des Motors, nachdem die Zündung
ausgestellt ist, die Art und Weise gesteuert wird, wie die rotierenden
Teile des Motors zum Stillstand kommen und somit ein nicht akzeptables Schütteln des
Motors verhindert wird.
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In 2 sind
die Art und Weise, wie der Motor 12 von der Leerlaufdrehzahl
nL beim Abschalten zum Stillstand (Drehzahl 0) kommt, und die sich
ergebenden Auswirkungen der Verwendung des kombinierten Anlassers/Wechselstromgenerators
zur Steuerung der Schwingungen dargestellt. In 2 gibt die
durchgezogene Linie 16 die Funktion des Motors 12 ohne
Unterdrückung
von Schwingungen an, dargestellt als Drehzahl n über der Zeit t. Wie aus dem Verlauf
der Linie 16 ersichtlich ist, erfährt der Motor 12 eine
Reihe von schnellen Verzögerungen
V. Die gestrichelte Linie 18 gibt die Funktion des Motors 12 an,
wenn der kombinierte Anlasser/Wechselstromgenerator 10 zur
Verhinderung der schnellen Verzögerungen
V verwendet wird. Bei Betrieb wird Energie (E+) aufgenommen, wenn
durch den Kolben des Motors keine Kompression des Gases stattfindet,
um den Motor zu verlangsamen, und Energie (E–) zugeführt, wenn Kompression im Zylinder
auftritt, um eine schnelle Verzögerung
zu verhindern.
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Das
durch den kombinierten Anlasser/Wechselstromgenerator aufgebrachte
oder aufgenommene Drehmoment ist entsprechend den Erfordernissen des
Motors und seines Aufbaus änderbar.
Das Steuersystem modifiziert die Drehzahl des Motors und ändert die
Funktion des kombinierten Anlassers/Wechselstromgenerators, um die
ruhigste Verzögerung des
Motors gemäß der Linie 18 zu
bewirken. Die genaue Beschaffenheit der Modifizierung der Funktion des
kombinierten Anlassers/Wechselstromgenerators kann der Fachmann
dem jeweiligen Aufbau des Motors anpassen.
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Wenn
der kombinierte Anlasser/Wechselstromgenerator zur Aufnahme von
Energie (E+) verwendet wird, um den Motor zu verlangsamen, wird Strom
erzeugt, der in einer elektrischen Speichervorrichtung wie eine
Batterie, ein Kondensator oder dergleichen gespeichert wird. Wenn
der kombinierte Anlasser/Wechselstromgenerator verwendet wird, um ein
Drehmoment dem Motor aufzuprägen
(E–),
wird diesem aus einer elektrischen Speichervorrichtung wie eine
Batterie, ein Kondensator oder dergleichen Strom zugeführt.
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Das
System der vorliegenden Erfindung wird durch Signale von einem in
dem Fahrzeug enthaltenen Computer gesteuert. In 3 ist
eine Darstellung der Funktion der Systemsteuerung gezeigt, bei der
Signale von Änderungsstufen
der Motordrehzahl von einem Drehzahlsensor 20 des Fahrzeugmotors und
ein Fahrzeugzündschlüssel-AUS-Signal 22 in das
Programmsegment 24 einer Computersteuerung eingeleitet
werden, um zu bestimmen, ob die Stufe der Verzögerung der Motordrehzahl unter
dem Niveau einer ausgewählten
Ansprechgrenze, dem Schwellwert oder Schwellpegel, liegt. Spezieller
zeigt das Zündschlüssel-AUS-Signal
an, dass der Motor in der Betriebsart Abschalten läuft. Der
Motordrehzahlsensor 20 kann eine Zählvorrichtung sein, die die Zähne am Schwungrad
eines Motors zählt,
um ständig
die Änderung
der Motordrehzahl, d.h. die Verzögerung
des Motors, zu bestimmen. Die Ausgangssignale vom Drehzahlstufensensor 20 werden
dauernd einer Schwellpegelvorrichtung 26 des Steuersystems 24 zugeführt, in
der die Änderungsstufe
der Motordrehzahl anschließend
ständig
mit dem ausgewählten
Schwellwert für
die spezielle Anwendung verglichen wird. Der Vergleich der Änderungsstufe
der Motordrehzahl mit dem Schwellwert in der Schwellpegelvorrichtung 26 führt zu der
Entscheidung, entweder Energie zuzuführen (E+) oder Energie aufzunehmen
(E–).
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Speziell
die Signale vom Motordrehzahlsensor 20 und das Fahrzeug-Zündschlüssel-AUS-Signal 22 werden
der Schwellwertvorrichtung 26 im Programmsegment 24 der
Computersteuerung zugeführt,
das ein erstes JA-Signal 28 (Energie aufnehmen) erzeugen
wird, wenn die Stufe der Verzögerung des
Motors unter dem Schwellwert liegt. Das JA-Signal 28 ist
mit dem kombinierten Anlasser/Wechselstromgenerator 10 verbunden
und gibt ihm eine Anweisung, Energie von dem Motor aufzunehmen,
um diesen zu verlangsamen. Wenn die Stufe der Motorverzögerung über dem
Schwellwert liegt, wird ein zweites JA-Signal 30 erzeugt
(Energie zuführen),
um dem Anlasser/Wechselstromgenerator eine Anweisung zu geben, dem
Motor Energie (Drehmoment) zuzuführen,
um eine schnelle Verzögerung
zu verhindern.
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Der
in 3 dargestellte Vorgang ist ein kontinuierlicher
Prozess zur Überwachung
der Motordrehzahlstufe durch den Sensor 20 und deren Anwendung
in der Steuervorrichtung 24 entsprechend den in 2 gezeigten
Kurven. Wenn der Motor zu schnell verzögert, wird Energie zugeführt (E–) und die
Drehzahl anschließend
durch den Sensor 20 erneut bewertet; wobei Energie aufgenommen
(E+) wird, wenn der Motor sich nicht schnell genug verlangsamt.
Der Vorgang setzt sich fort, bis der Motor 12 stehen bleibt.
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Wenn
durch den kombinierten Anlasser/Wechselstromgenerator Strom erzeugt
wird, wird dieser in der Fahrzeugbatterie 32 gespeichert,
wenn als Reaktion auf das erste JA-Signal von der Steuervorrichtung
Energie vom Motor aufgenommen wird. Der Strom wird dem kombinierten
Anlasser/Wechselstromgenerator aus der Batterie des Motorfahrzeugs 32 zugeführt, wenn
dem Motor als Reaktion auf das zweite JA-Signal von der Steuervorrichtung
Energie zugeführt
wird.
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Der
im Ausführungsbeispiel
von 3 verwendete ausgewählte Schwellwert und andere
Systemparameter ändern
sich für
unterschiedliche Motoranordnungen und sind Gegenstand einer fachmännischen
Systemanpassung.
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Die
Erfindung ist nicht auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern
erstreckt sich auf Modifizierungen und Äquivalente, die im Umfang der
Erfindung gemäß den Patentansprüchen enthalten
sein können.