DE102019100968A1 - Verfahren zur aktiven Dämpfung einer Startresonanz eines Torsionsdämpfers beim Start eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren zur aktiven Dämpfung einer Startresonanz eines Torsionsdämpfers beim Start eines Verbrennungsmotors Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Dämpfung einer Startresonanz eines Torsionsdämpfers beim Start eines Verbrennungsmotors, wobei der Torsionsdämpfer (4) zwischen einem Verbrennungsmotor (1) und einer Sekundärseite (5) einer Drehelastizität befestigt ist und der Verbrennungsmotor (1) mit einem auf einer zur Drehelastizität entgegengesetzten Seite des Verbrennungsmotors (1) angeordneten Startergenerator (3) gestartet wird. Bei einem Verfahren, bei welchem eine einfache Dämpfung einer Startresonanz eines Torsionsdämpfers möglich ist, wird ein von dem Startergenerator (3) zum Start des Verbrennungsmotors (1) erzeugtes Drehmoment mit einer Gegenanregung beaufschlagt, welche in Abhängigkeit eines sich während des Starts des Verbrennungsmotors (1) ändernden Parameters des Verbrennungsmotors (1) moduliert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Dämpfung einer Startresonanz eines Torsionsdämpfers beim Start eines Verbrennungsmotors, wobei der Torsionsdämpfer zwischen einem Verbrennungsmotor und einer Sekundärseite einer Drehelastizität befestigt ist und der Verbrennungsmotor mit einem auf einer zur Drehelastizität entgegengesetzten Seite des Verbrennungsmotors angeordneten Startergenerator gestartet wird.
  • Aus der EP 1 497 151 B1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei welchem ein Verbrennungsmotor durch einen Startergenerator gestartet wird, wobei zwischen Startergenerator und Verbrennungsmotor eine Kupplung zum befristeten Verbinden von Startergenerator und Verbrennungsmotor angeordnet ist.
  • Die DE 10 2015 207 640 A1 offenbart einen Antriebsstrang und ein Verfahren zu dessen Betrieb, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle aufweist und auf der Abtriebsseite der Kurbelwelle ein Zweimassenschwungrad mit einer Primärseite und einer gegenüber dieser entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung begrenzt verdrehbaren Sekundärseite angeordnet ist, wobei in einer Riemenscheibenebene des Verbrennungsmotors ein Startergenerator angeordnet ist. Um große Verdrehwinkel zwischen Primär- und Sekundärscheibe des Zweimassenschwungrades während des Starts der Brennkraftmaschine zu vermeiden, ist an der Sekundärseite ein Anlasser wirksam angeordnet. Damit soll ein Resonanzbereich des Zweimassenschwungrades während des Starts des Verbrennungsmotors umgangen werden. Eine solche Anordnung ist sehr aufwändig, da zusätzlich zum Startergenerator ein weiterer Anlasser zum Antrieb der Sekundärseite des Zweimassenschwungrades notwendig ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur aktiven Dämpfung einer Startresonanz eines Torsionsdämpfers beim Start eines Verbrennungsmotors anzugeben, welches ohne zusätzliche Hardware auskommt.
  • Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein von dem Startergenerator zum Start des Verbrennungsmotors erzeugtes Drehmoment mit einer Gegenanregung beaufschlagt wird, welche in Abhängigkeit eines sich während des Starts des Verbrennungsmotors ändernden Parameters des Verbrennungsmotors moduliert wird. Mittels einer solchen lediglich softwaremäßig auszuführenden Lösung werden die Auswirkungen der Startresonanz auf die Drehelastizität verringert. Gleichzeitig werden nicht nur die Resonanzen des Torsionsdämpfers, sondern auch Drehunförmigkeiten, welche der Verbrennungsmotors durch Komprimierungs- und Expansionsmomente während des Startvorganges ausführt, um die Kurbelwelle in Betrieb zu setzen, reduziert. Dies hat den Vorteil, dass auch reibungsarme Drehelastizitäten in einem Antriebsstrang eingesetzt werden können.
  • Vorteilhafterweise wird die Gegenanregung in Abhängigkeit eines Kurbelwellenwinkels mit einer harmonischen Anregung n-ter Ordnung des Verbrennungsmotors moduliert. Dabei wird die harmonische Anregung n-ter Ordnung dem Drehmoment des Startergenerators überlagert. Durch eine solche Gegenanregung werden die resonanten Schwingungen des Verbrennungsmotors und des Torsionsdämpfers kompensiert.
  • In einer Ausgestaltung wird die Gegenanregung in Abhängigkeit einer Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder einer Drehzahldifferenz und/oder einer Drehwinkeldifferenz vom Verbrennungsmotor und Startergenerator oder Verbrennungsmotor und Getriebe eingestellt. Die verwendeten Parameter lassen sich in Abhängigkeit des jeweiligen Antriebsstrangs individuell bestimmen.
  • In einer Variante wird das Drehmoment des Startergenerators während des Startvorganges des Verbrennungsmotors mit einer als Sinusfunktion ausgebildeten Gegenanregung überlagert. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die durch den Verbrennungsmotor hervorgerufenen Drehunförmigkeiten auch ohne Zündanregungen periodisch sind, weshalb diese durch eine als Sinusfunktion ausgebildete Gegenanregung besonders gut kompensiert werden können.
  • In einer Ausführungsform wird während des Startvorganges zur Überlagerung der Gegenanregung auf das Drehmoment des Startergenerators ein nominales Drehmoment des Startergenerators überschritten. Dies ist immer dann von Vorteil einsetzbar, wenn eine elektrische Auslegung des Startergenerators es erlaubt, den Startergenerator kurzfristig in Überlast zu betreiben.
  • In einer Alternative wird während des Startvorganges zur Überlagerung der Gegenanregung auf das Drehmoment des Startergenerators ein mittleres Drehmoment des Startergenerators reduziert. Dies hat zwar zur Folge, dass der Startvorgang verlangsamt wird. Durch die Reduzierung des mittleren Drehmomentes des Startergenerators kann aber die Gegenanregung entsprechend vergrößert werden, so dass eine besonders gute Kompensation der Drehunförmigkeiten des Verbrennungsmotors erfolgen kann.
  • In einer weiteren Alternative wird während des Startvorganges in einem oberen Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors die Gegenanregung reduziert. In diesem Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors, welcher nahe der Leerlaufdrehzahl liegt, werden nicht mehr so hohe Drehunförmigkeiten durch den Verbrennungsmotor erzeugt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt eine Verschiebung einer Phasenlage der Gegenanregung zur Berücksichtigung einer Steifigkeit eines zwischen Startergenerator und Verbrennungsmotor angeordneten Riementriebes. Dies ermöglicht, dass der Kurbelwellenwinkel zum richtigen Zeitpunkt von der Gegenanregung erreicht wird und somit eine ausreichende Kompensation der Startresonanzen erfolgen kann.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
    • 1 eine Prinzipdarstellung eines Verbrennungsmotors in einem Antriebsstrang,
    • 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 3 eine Darstellung eines Drehmoments des Startergenerators ohne Gegenanregung,
    • 4 ein Diagramm zum Drehmomentenverlauf mit aktiver Dämpfung der Startresonanz eines Torsionsdämpfers.
  • In 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Verbrennungsmotors in einem Antriebsstrang dargestellt, bei welchem der Verbrennungsmotor 1 über einen Riementrieb 2 mit einem Startergenerator 3 gekoppelt ist. Auf der entgegengesetzten Seite des Verbrennungsmotors 1 ist ein Torsionsdämpfer 4 angebunden, welcher wiederum mit einer Sekundärseite 5 eines Zweimassenschwungrades gekoppelt ist. Das Zweimassenschwungrad stellt dabei ein Beispiel für eine Drehelastizität dar.
  • In 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, welches einen Start des Verbrennungsmotors 1 durch den Startergenerators 3 dargestellt. Dabei zeigt die Spalte A die Abläufe ohne Überlagerung einer Gegenanregung auf das Drehmoment des Startergenerators 3, während die Spalte B das Verhalten des Systems mit der Überlagerung der Gegenanregung auf das Drehmoment des Startergenerators 3 darstellt. In Zeile a ist dabei das Drehmoment M in Abhängigkeit der Zeit t dargestellt. Zeile b zeigt die Drehzahl n über der Zeit t, während in Zeile c der Verdrehwinkel φ des Zweimassenschwungrades gezeigt ist. In allen diesen Diagrammen charakterisiert die Kurve I das Generatorverhalten, die Kurve II das Verhalten des Verbrennungsmotors 1 und die Kurve III das Verhalten der Sekundärseite 5 des Zweimassenschwungrades.
  • Im Abschnitt Aa ist ersichtlich, dass der Startergenerator 3 zunächst ein hohes Drehmoment aufwendet, um den Verbrennungsmotor 1 zu starten, welches sich mit der Zeit abschwächt. Der Verbrennungsmotor 1 beginnt wiederum bei einem Drehmoment von 0 bis das Drehmoment des Startergenerators 3 wirksam wird und Zündungen des Verbrennungsmotors 1, welche als Spitzen dargestellt sind, realisiert werden. Aus Abschnitt Ba ist ersichtlich, dass das Drehmoment des Startergenerators 3 aufgrund der Überlagerung mit einer Gegenanregung wesentlich ungleichmäßiger ist, wobei ein Maximum des Drehmomentes des Verbrennungsmotors 1 und des modulierten Drehmomentes des Startergenerators 3 bzw. ein Minimum des Drehmoments des Verbrennungsmotors 1 und des Startergenerators 3 immer nahe aneinander liegen. Im vorliegenden Fall wird das Drehmoment des Startergenerators 3 beim Startvorgang des Verbrennungsmotors 1 mit einer Sinusfunktion überlagert, die abhängig vom Kurbelwellenwinkel in der jeweiligen Motorordnung ist, vorzugsweise der ersten Harmonischen der Hauptanregung des Verbrennungsmotors 1. Dies hat zur Folge, dass die Drehzahl des Startergenerators 3 über der Zeit t erhöht wird, um somit die Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 und auch der Sekundärseite 5 des Zweimassenschwungrades zu verringern (Fig. Bb). In der Auswirkung führt dies dazu, dass der Verdrehwinkel φ der Sekundärseite 5 des Zweimassenschwungrades, wie in Abschnitt Bc gezeigt, gegenüber dem Verfahren ohne Gegenanregung (Abschnitt Ac) reduziert wird. Die Resonanzen R werden dabei mithilfe der erfindungsgemäßen Lösung deutlich verringert.
  • Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie der Startergenerator 3 bei Überlagerung mit einer Gegenanregung angesteuert werden kann. So ist es möglich, dass der Startergenerator 3 in einigen Bereichen sein nominales Drehmoment überschreitet, wobei der Startergenerator 3 kurzfristig in Überlast betrieben wird.
  • In einer Alternative wird das mittlere Drehmoment des Startergenerators 3 reduziert, wie es in 4 gezeigt ist. Dabei ist der Drehmomentenverlauf zur aktiven Dämpfung der Startresonanz des Torsionsdämpfers 4 über der Zeit t dargestellt, bei welchem der Drehmomentverlauf der Amplitude * sin (2x Kurbelwellenwinkel + Phase) entspricht.
  • Eine weitere Möglichkeit erlaubt den Startvorgang in einem oberen Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors durchzuführen, bei welchem die Amplitude der Gegenanregung reduziert wird. Dies ist möglich, da in einem so hohen Frequenzbereich der Startresonanz weniger Gegenanregung notwendig ist. Es ist immer davon auszugehen, dass, wenn der Verbrennungsmotor 1 langsam dreht, das Drehmoment und die Gegenanregung eine geringere Frequenz aufweisen, während sie sich bei einem schneller drehenden Verbrennungsmotor 1 vergrößert.
  • Um die Wirksamkeit der Gegenanregung zu optimieren, erfolgt eine Verschiebung der Phasenlage und/oder der Amplitude der überlagerten Sinusfunktion, was dazu führt, dass eine Steifigkeit des Riementriebes 2 mitberücksichtigt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass das Maximum bzw. Minimum des modulierten Drehmomentes des Startergenerators 3 zum richtigen Zeitpunkt an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1 anliegt. Die Einstellung der Gegenanregung in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels stellt die einfachste Möglichkeit zur aktiven Dämpfung der Startresonanz des Torsionsdämpfers 4 dar. Es ist aber auch denkbar, diese in Abhängigkeit einer Drehzahl, einer Drehzahldifferenz oder einer Drehwinkeldifferenz vom Verbrennungsmotor und Generator oder Verbrennungsmotor und Getriebe einzustellen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Riementrieb
    3
    Startergenerator
    4
    Torsionsdämpfer
    5
    Sekundärseite eines Zweimassenschwungrades
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1497151 B1 [0002]
    • DE 102015207640 A1 [0003]

Claims (8)

  1. Verfahren zur aktiven Dämpfung einer Startresonanz eines Torsionsdämpfers beim Start eines Verbrennungsmotors, wobei der Torsionsdämpfer (4) zwischen einem Verbrennungsmotor (1) und einer Sekundärseite (5) einer Drehelastizität befestigt ist und der Verbrennungsmotor (1) mit einem auf einer zur Drehelastizität entgegengesetzten Seite des Verbrennungsmotors (1) angeordneten Startergenerator (3) gestartet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem Startergenerator (3) zum Start des Verbrennungsmotors (1) erzeugtes Drehmoment mit einer Gegenanregung beaufschlagt wird, welche in Abhängigkeit eines sich während des Starts des Verbrennungsmotors (1) ändernden Parameters des Verbrennungsmotors (1) moduliert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenanregung in Abhängigkeit eines Kurbelwellenwinkels mit einer harmonischen Anregung n-ter Ordnung des Verbrennungsmotors (1) moduliert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenanregung in Abhängigkeit einer Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) und/oder einer Drehzahldifferenz und/oder Drehwinkeldifferenz einer vom Verbrennungsmotor (1) und Startergenerator (3) oder Verbrennungsmotor (1) und Getriebe eingestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment des Startergenerators (3) während des Startvorganges des Verbrennungsmotors (1) mit einer als Sinusfunktion ausgebildeten Gegenanregung überlagert wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Startvorganges zur Überlagerung der Gegenanregung auf das Drehmoment des Startergenerators (3) ein nominelles Drehmoment des Startergenerators (3) überschritten wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Startvorganges zur Überlagerung der Gegenanregung auf das Drehmoment des Startergenerators (3) ein mittleres Drehmoment des Startergenerators (3) reduziert wird.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Startvorganges in einem oberen Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors (1) die Gegenanregung reduziert wird.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschiebung einer Phasenlage der Gegenanregung zur Berücksichtigung einer Steifigkeit eines zwischen Startergenerator (3) und Verbrennungsmotor (1) angeordneten Riementriebes (2) erfolgt.
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