DE112018002618T5

DE112018002618T5 - Wechseln zwischen zylinderdeaktivierungsmodi zur vermeidung von motorresonanzen

Info

Publication number: DE112018002618T5
Application number: DE112018002618.3T
Authority: DE
Inventors: Akibi Archer; James McCarthy Jr.; Mark Osinski
Original assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2020-05-07
Also published as: US11162441B2; US11473511B2; WO2018235023A1; US20200123988A1; CN115450771A; CN110785552A; US20220049662A1; CN110785552B

Abstract

Ein Verfahren zum Wechseln zwischen den Zylinderdeaktivierungsmodi („ZDA“-Modi), um eine primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs in einer von einem Sechszylinder-Dieselmotor angetriebenen Maschine zu vermeiden, umfasst den Betrieb eines Motors zwischen einem Leerlaufzustand und einer ersten Motordrehzahlgrenze in einem von einem Zweizylinder-ZDA-Modus oder einem Vierzylinder-ZDA-Modus. Das Verfahren betreibt den Motor zwischen der ersten Motordrehzahlgrenze und einer zweiten Motordrehzahlgrenze in einem Dreizylinder-ZDA-Modus. Die erste Motordrehzahlgrenze ist eine Motordrehzahl, unterhalb derer der Zwei- oder Vierzylinder-ZDA-Modus bewirkt, dass die Maschine unterhalb einer primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet und oberhalb derer der Dreizylinder-ZDA-Modus bewirkt, dass die Maschine oberhalb der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet, wodurch die primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs während des Betriebs vermieden wird. Ein ZDA-Modus kann über der zweiten Motordrehzahlgrenze ausgewählt werden, um die Maschine oberhalb der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs zu betreiben.

Description

GEBIET
Diese Offenbarung stellt ein System und Verfahren zum Wechseln zwischen Modi bereit, um Resonanzen bei der Motorbeschleunigung und Motorabbremsung zu vermeiden.
HINTERGRUND
ZDA-Strategien (Zylinderdeaktivierung, wobei die Einlass - und Auslassventile geschlossen gehalten werden, während Kraftstoff in den Zylinder abgeschaltet wird), können an Verbrennungsmotoren verwendet werden, um verbesserte Motorwirkungsgrade bereitzustellen. ZDA kann an verschiedenen Stellen in der Drehzahl-Last-Abbildung des Motors betrieben werden. In einigen Fällen kann sie jedoch auch einen negativen Gesichtspunkt der Anregung unerwünschter Schwingungsmodi bereitstellen, die zu schädlichen Resonanzen führen. Es ist ein lange empfundener und unerfüllter Bedarf, diese negativen Charakteristiken zu minimieren.
KURZDARSTELLUNG
Die hierin offenbarten Verfahren und Systeme überwinden die obigen Nachteile und verbessern den Stand der Technik durch Lösen des lange empfundenen und unerfüllten Bedarfs, ZDA trotz resultierender Torsionsschwingungen einzusetzen. Während sowohl Torsions - als auch lineare Schwingungen berücksichtigt werden müssen, behandelt diese Arbeit Torsionsschwingungen.
Ein Verfahren zur Minderung von Schall, Schwingungen und Rauheit bei der Zylinderdeaktivierung an Dieselmotoren vermeidet eine primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs.
Ein Verfahren zum Wechseln zwischen den Zylinderdeaktivierungsmodi („ZDA“-Modi), um eine primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs in einer von einem Sechszylinder-Dieselmotor angetriebenen Maschine zu vermeiden, umfasst den Betrieb eines Motors zwischen einem Leerlaufzustand und einer ersten Motordrehzahlgrenze in einem von einem Zweizylinder-ZDA-Modus oder einem Vierzylinder-ZDA-Modus. Das Verfahren betreibt den Motor zwischen der ersten Motordrehzahlgrenze und einer zweiten Motordrehzahlgrenze in einem Dreizylinder-ZDA-Modus. Die erste Motordrehzahlgrenze ist eine Motordrehzahl, unterhalb derer der Zweizylinder- oder Vierzylinder-ZDA-Modus unterhalb einer primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet und auch oberhalb derer der Dreizylinder-ZDA-Modus oberhalb der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet, wodurch die primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs während des Betriebs vermieden wird.
Eine zweite Motordrehzahlgrenze kann verwendet werden, um einen ZDA-Modus auszuwählen, der bewirkt, dass die Maschine oberhalb der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet. So ist die zweite Motordrehzahlgrenze eine Motordrehzahl, oberhalb derer der Zweizylinder-ZDA-Modus oder der Vierzylinder-ZDA-Modus bewirkt, dass die Maschine oberhalb der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet und auch unterhalb derer der Dreizylinder-ZDA-Modus bewirkt, dass die Maschine oberhalb der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet, wodurch die primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrang vermieden wird.
Die hierin beschriebenen ZDA-Modus-Auswahlverfahren bewirken, dass die ZDA-Modi die primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs überspringen, sodass die ZDA-Modi nicht zu der schädlichen Resonanz im System beitragen.
Weitere Aufgaben und Vorteile werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und teilweise aus der Beschreibung ersichtlich sein oder können durch die Ausübung der Offenbarung erlernt werden. Die Aufgaben und Vorteile werden auch mittels der Elemente und Kombinationen umgesetzt und erreicht, die insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind.
Figurenliste

1 stellt eine Technik zum Beschleunigen und Abbremsen eines Motors dar, während zwischen ZDA-Modi gewechselt wird, um eine primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs zu vermeiden.
2 ist ein erläuterndes Schema für eine Maschine.
3 ist ein weiteres erläuterndes Schema für eine Maschine.
4 ist ein Entscheidungsbaum zum Wechseln zwischen ZDA-Modi, um Motorresonanz zu vermeiden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird nun im Detail auf die Beispiele Bezug genommen, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo immer möglich, werden in den Zeichnungen durchgehend die gleichen Bezugszeichen verwendet, um auf die gleichen oder ähnlichen Teile zu verweisen. Richtungsbezüge wie „links“ und „rechts“ dienen der einfachen Zuordnung zu den Figuren.
Es ist möglich, ZDA über die Motordrehzahl-Last-Abbildung zu betreiben und dabei eine schädliche Resonanz zu vermeiden. Diese Offenbarung stellt Verfahren zum Wechseln zwischen Modi bereit, um Resonanzen während der Motorbeschleunigung und Motorverzögerung zu vermeiden.
Es wird eine einfache Steuerstrategie bereitgestellt, die den Verarbeitungs- und Quantifizierungsaufwand reduziert. Unter Berücksichtigung der Verluste über Kupplung und Getriebe ist es möglich, ZDA-Modi basierend auf Messungen am Schwungrad des Motors auszuwählen. So kann beispielsweise eine Leistung von 500 rad/s² am Schwungrad aufgrund von Dämpfung und Verlusten an Kupplung und Getriebe sich bis zu 300 rad/s² an der Getriebeabtriebswelle reduzieren. Der Fahrzeugantriebsstrang kann dieser Getriebeausgang auf bekannte Weise und innerhalb der Torsionsschwingungsgrenzen des Fahrzeugs verteilen. In Kenntnis der Eigenschaften von Kupplung und Getriebe und in Kenntnis der Verluste zwischen Motorschwungrad und Getriebeausgang kann eine Steuerstrategie zur Realisierung der Zylinderdeaktivierung auf die Schwungradleistung als Steuerparameter zur Auswahl der Anzahl der deaktivierten Zylinder gegenüber der Zündung zurückgreifen.
Die Schwingungspegel eines Motors während der Zylinderdeaktivierung können im Allgemeinen hoch sein. Die zulässigen Schwingungen liegen unter 700 rad/s², bevorzugter unter 500 rad/s² und noch bevorzugter unter 400 rad/s², wenn sie auf modernste Getriebe und Kupplungen für Hochleistungsdiesel angewendet werden. Während eines Geschwindigkeitssweeps können die Schwingungspegel eines Motors im ZDA-Modus (Zylinderdeaktivierung) viermal so hoch sein wie die Schwingungspegel des Motors bei sechs laufenden Zylindern. Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zum Betreiben auf einem beschriebenen Niveau von ZDA (2, 3, 4, 6 Zylinder deaktiviert) bereit, um den Torsionsmotor auf oder unter einem spezifizierten Niveau (d. h. 400 rad/s², 500 rad/s², 700 rad/s²) zu halten. In einem beispielhaften Verfahren wird der Motor im Leerlauf entweder im 6-, 4- oder 2-Zylinder-Betrieb für einen Hochleistungs-Dieselmotor bis zu ca. 700 bis 750 Umdrehungen pro Minute (U/min) betrieben. Dann wird ein Wechsel in den 6-Zylinder- oder 3-Zylinder-Modus vorgenommen, um die Schwingung unter 500 rad/s², vorzugsweise unter 400 rad/s² zu halten. Als nächstes wird der Motor oberhalb von 1000 bis 1100 U/min und im 2-, 3-, 4- oder 6-Zylinder-Betrieb betrieben, um die Schwingungen unter 500 rad/s², vorzugsweise unter 400 rad/s² zu halten. Ein Algorithmus (oder Zustandsmaschine/Nachschlagetabelle) kann entwickelt werden, um auch Temperatur zu verwenden, um einen optimalen ZDA-Modus innerhalb verschiedener akzeptabler Schwingungspegel zu bestimmen.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben auf einem beschriebenen Niveau von ZDA (2, 3, 4, 6 Zylinder) bereitgestellt, um den Torsionsmotor auf oder unter einem spezifizierten Pegel (d. h. 400 rad/s², 500 rad/s², 700 rad/s²) zu halten, um so die Verwendung des ZDA-Modus zu ermöglichen. Mit anderen Worten würde damit bestimmt werden, welcher ZDA-Modus (2, 3, 4, 6) den effizientesten Motorbetrieb bereitstellen würde, sollten alle von ihnen eine akzeptable Schwingung bereitstellen.
In den 2 und 3 ist ein System beschrieben, das den Einsatz des Verfahrens der 1 und 4 zum Wechseln der Zylinderdeaktivierungsmodi („ZDA-Modi“) ermöglicht, um eine primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs in einer sechszylindrigen dieselbetriebenen Maschine zu vermeiden.

Eine mit einem Dieselmotor betriebene Maschine kann eine Vielzahl von Vorrichtungen umfassen, wie etwa leichte Lastkraftwagen, Busse, mittelschwere Fahrzeuge oder Schwerlastfahrzeuge, Off-Road-Fahrzeuge und dergleichen. Während der offenbarte 6-Zylinder-Motor hinsichtlich der Motorgröße skaliert werden kann und während die Prinzipien an andere Zylinderzahlen, wie beispielsweise 4 oder 8, angepasst werden können, wird die Kürze der Offenbarung beibehalten, indem ein 6-Zylinder-Motor 100 mit 6 Zylindern 1-6 betrachtet wird. Die Kolben 105 werden in jeweiligen Zylindern 1-6 hin und herbewegt. Eine Kurbelwelle 101 ist über Schwenkmechanismen und Gegengewichte mit jedem Kolben 105 gekoppelt. Die Kolben 105 sind auf der Kurbelwelle 101 angeordnet, um Zündzeiten und Zündfrequenzen wie in Tabelle 1 dargestellt bereitzustellen. Ein Schwungrad 200 ist mit einem Ende der Kurbelwelle 101 gekoppelt und eine Riemenscheibennabe 103 oder dergleichen befindet sich an einem zweiten Ende der Kurbelwelle 101. Die Riemenscheibennabe 103 kann an andere Teile, wie beispielsweise ein oder mehrere Nockenleisten zur Ansteuerung der Ventile gekoppelt sein. TABELLE 1

ZYLINDERMODUS	ZÜNDZEITEN PRO 2 KURBEL WELLENUMDR EHUNGEN (720 GRAD)	ZÜNDFREQUENZ; ZÜNDUNGEN PRO 2 KURBELWELLENUMDR EHUNGEN (720 GRAD)
NORMAL (ALLE ZYLINDER) ZÜNDEN	6	6
3-ZYLINDER ZDA	3	3
2-ZYLINDER ZDA	2	4
4-ZYLINDER ZDA	2	2

Die Ventile können an eine elektronische Steuereinheit („ECU“) 1000 angeschlossen werden, um unter anderem variable Ventilbetätigungstechniken wie Zylinderdeaktivierung, Motorbremse, spätes oder frühes Öffnen oder Schließen des Ventils zu realisieren. Die ECU 1000 umfasst mindestens einen Prozessor, eine Speichervorrichtung und Algorithmen zum Implementieren der hierin offenbarten Verfahren. Die ECU umfasst zusätzliche Konnektivität zum Erfassen des Motorbetriebs, wie beispielsweise einen synchronen Sensor an oder nahe dem Schwungrad oder einen äquivalenten Motordrehzahlsensor zum Sammeln von Motordrehzahldaten. Motordrehzahldaten können für verschiedene Zwecke verwendet werden, einschließlich aktiver Motorsteuerung und ausfallsicherer Motorsteuerung. So kann die ECU 1000 Rechen- und Verarbeitungsfunktionen umfassen, um Echtzeitdaten zu sammeln und zu verarbeiten und Befehle basierend auf gespeicherten Daten auszuführen. So kann beispielsweise eine Nachschlagetabelle (look-up table - LUT) verwendet werden, um die Motordrehzahl mit einer oder mehreren von einer Zündfrequenz, der Belastung der Maschine, dem Drehmoment des Motors, dem Zylinderabschaltmodus u. a. zu korrelieren.
Da die primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs bei einer maschinenspezifischen Zündfrequenz über alle Motordrehzahlen auftritt, kann das hierin beschriebene Verfahren das Erfassen der Motordrehzahl während des Maschinenbetriebs zum Erfassen der ersten Motordrehzahlgrenze und der zweiten Motordrehzahlgrenze umfassen. Die erfassten Motordrehzahlen können in der ECU 1000 verarbeitet werden, und die darin gespeicherten Algorithmen können konfiguriert werden, um die Erfassung der ersten Motordrehzahlgrenze und der zweiten Motordrehzahlgrenze auszugeben, wenn sie auftreten.
Eine Ausfallsicherheit kann durch Lösungen für die Zündfrequenz des Motors während des Maschinenbetriebs ausgeführt werden, und zwar durch Verarbeiten von Informationen, die die erfasste Motordrehzahl und die Anzahl von Zylindern umfassen, die gegenüber dem Zünden deaktiviert werden. Die Ausfallsicherheit passt die Anzahl der Zylinder an, die gegenüber dem Zünden deaktiviert werden, wenn die Lösung für die Zündfrequenz des Motors anzeigt, dass der Betrieb in der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs unmittelbar bevorsteht. Zur Unterstützung des ausfallsicheren Betriebs kann ein Betriebstrend des Motors erkannt werden kann. Wenn also die Motordrehzahl steigt, was auf einen Motorbetriebstrend der Beschleunigung hinweist, kann die Anzahl der Zylinder, die im Vergleich zum Zünden deaktiviert sind, entsprechend der Motorbeschleunigungslinie in 1 eingestellt werden. Wenn die Motordrehzahl sinkt, was auf einen Motorbetriebstrend des Abbremsens hinweist, kann die ECU 1000 die Ausfallsicherheit gemäß der Motorverzögerungslinie von 1 realisieren.
Ein Einlassventilsteuerbus 1001 kann mit den Einlassventilen verbunden werden, um Stellglieder zum Öffnen oder Schließen der Einlassventile zu steuern. Gleichermaßen kann ein Auslassventilsteuerbus mit den Auslassventilen 1002 verbunden sein, um Stellglieder zum Öffnen oder Schließen der Auslassventile zu steuern. Ein zusätzlicher Steuerbus kann zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder vorgesehen sein.
Der Dieselmotor 100 ist ausgestaltet, um Zylinderdeaktivierung von ausgewählten Zylindern zu implementieren. Eine vollständige Zylinderdeaktivierung wird ebenfalls erwogen, und der vollständige Zündungsbetrieb aller 6 Zylinder 1-6 wird ermöglicht. Der Dieselmotor 100 umfasst mehrere Verbrennungszylinder 1-6, Hubkolben 105 zum Hin- und Herbewegen in den Verbrennungszylindern 1-6, eine mit den Hubkolben 105 gekoppelte Kurbelwelle 101, ein Schwungrad 200, mindestens ein Kraftstoffeinspritzventil für jeden Verbrennungszylinder 1-6 zum selektiven Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungszylinder, steuerbare Einlassventile, die mit dem Einlassventilbus 1001 verbunden sind und zum selektiven Öffnen und Schließen zum Steuern des Ladelufteinlasses in die Verbrennungszylinder eingerichtet sind, steuerbare Auslassventile, die mit dem Auslassventilbus 10002 verbunden sind, der zum selektiven Öffnen und Schließen zum Steuern des Abgases von Fluid aus den Verbrennungszylindern eingerichtet ist, und ein Steuersystem, das die ECU 1000 umfasst, wobei die ECU 1000 mindestens einen Prozessor, eine Speichervorrichtung und in der Speichervorrichtung gespeicherte, prozessorausführbare Anweisungen umfasst. Die prozessorausführbaren Anweisungen sind zum Implementieren der hierin offenbarten Verfahren eingerichtet.
Das Schwungrad 200 gibt das Drehmoment vom Motor ab, um die Maschine mit Leistung zu versorgen. Das Drehmoment wird von dem Schwungrad 200 zum Beispiel auf eine Kupplung 300 und ein Getriebe 400 übertragen. Eine Abtriebswelle 401 des Getriebes kann direkt mit einem Fahrzeugantriebsstrang gekoppelt werden oder so eingerichtet sein, dass sie selektiv wie bei einer Zapfwelleneinheit 500 (engl.: power take off - „PTO“) mit einem Fahrzeugantrieb gekoppelt wird. Der Fahrzeugantriebsstrang kann eine Hauptachse und zusätzliche Achsen umfassen, die die Räder 601-604 mit diesen verbinden. Die Maschine ist nicht auf Vorrichtungen mit 4 Rädern beschränkt und die Maschine kann mehr oder weniger Räder umfassen, wie z. B. einen 18-Rad-Zugwagen, einen Zugwagen mit 6 Rädern und andere.
Der Radiant pro Sekunde im Quadrat (symbolisiert durch rad/sek² oder rad/s²) ist die Einheit der (Dreh-) Winkelbeschleunigungsgröße im Internationalen System der Einheiten. Zwei Fälle von Winkelbeschleunigungsgrößen sind in 3 dargestellt, bei Pfeil AA und Pfeil BB. Die Pfeile stellen die Änderungsrate der Winkelgeschwindigkeit des Schwungrads 200 und der Getriebeabtriebswelle 401 dar. Der Winkelbeschleunigungsvektor weist eine Richtungskomponente auf, die entweder als im Gegenuhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn definiert werden kann.
In der obigen Diskussion kann eine durch den Pfeil AA dargestellte Leistung von 500 rad/s² am Schwungrad 200 auf eine durch den Pfeil BB dargestellte Leistung von 300 rad/s² an der Getriebeabtriebswelle 401 abfallen. Die auf den Antriebsstrang aufgebrachte Kraft verursacht Geräusche, Vibrationen und Rauheit (engl.: noise, vibrations, harshness - NVH) an dem Antriebsstrang. Bei Schlüsselfrequenzen kann es zu Resonanzen kommen. Eine Resonanz erster Ordnung ist die schwerste Resonanz im Hinblick auf die Benutzererfahrung und schädliche Auswirkungen auf das Fahrzeug. Die meisten Maschinenhersteller konzentrieren sich auf die Dämpfung und Berücksichtigung der Resonanz erster Ordnung. Zusätzliche Resonanzordnungen, wie z. B. halbe Ordnung, zweite Ordnung, können auftreten. Die Verfahren um 1 herum konzentrieren sich auf die Resonanz erster Ordnung, hier die primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs.
Ein seit langem empfundener Bedarf bei Dieselmotoren war es, trotz der vorhandenen Fahrzeugresonanz erster Ordnung Zylinderdeaktivierungstechniken einzusetzen. Die hierin offenbarten Techniken verbessern den Bereich der Zylinderdeaktivierungstechniken von Dieselmotoren, indem sie Verfahren zur Durchführung der Zylinderdeaktivierung formulieren, ohne die Kupplungs-, Getriebe- oder andere Antriebskomponenten neu zu gestalten und ohne teure Dämpfer über die bereits an der Maschine vorhandenen hinaus zu ergänzen. Der seit langem empfundene Bedarf wird durch die Entdeckung unerwarteter Ergebnisse bei der Untersuchung der Winkelbeschleunigungsgröße verschiedener ZDA-Modi gedeckt. Ursprünglich wurde angenommen, dass der 4-Zylinder-Deaktivierungsmodus und der 2-Zylinder-Deaktivierungsmodus unterschiedliche dominante Ordnungen für schädliche Resonanzen aufweisen würden, aber nach dem Sammeln und Analysieren der Daten wurde festgestellt, dass die dominanten Ordnungen die gleichen Ordnungen waren, und die Erfinder arbeiteten daran, herauszufinden, warum dies der Fall war. Die Erfinder entdeckten, dass die Anzahl der Perioden pro Umdrehung der Haupttreiber in der dominanten Ordnung der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs ist.
Aufgrund der unterschiedlichen Drehmomente, die die Kurbelwelle 101 beim Umschalten zwischen 2-, 3-, 4- oder 6-Zylinder-Deaktivierungsmodi und dem vollständigen Zündmodus des Motors abgibt, wurde erwartet, dass für jeden Zünd- oder Deaktivierungsmodus unterschiedliche Geräuschsignaturen auftreten. Bei der Simulation eines angehängten Fahrzeugs über einen Dynamometer („Dyno“) stellten die Erfinder jedoch unerwartet fest, dass die Geräuschsignatur für 2- und 4-Zylinder-Deaktivierungsmodi nahezu identisch ist, sodass diese beiden Modi lärmtechnisch austauschbar sind. Durch die Implementierung eines 4-Takt-Zündmusters auf 6-Zylindern über 720 Grad Kurbelwellendrehung weisen die 2- und 4-Zylinder-Deaktivierungsmodi eine unterschiedliche Zündfrequenz und damit ein unterschiedliches Drehmoment auf. Der Motor zündet jedoch in den gleichen Perioden innerhalb der Zündfrequenz, was zu der gleichen Geräuschsignatur für 2- und 4-Zylinder-Deaktivierungsmodi führt. Wenn also die 6 Zylinder in der Reihenfolge 1 5 3 6 2 4 gezündet werden und die Zylinder 1 und 6 im 2-Zylinder-Deaktivierungsmodus und die Zylinder 1, 5, 6 und 2 im 4-Zylinder-Deaktivierungsmodus deaktiviert werden, dann haben die beiden Deaktivierungsmodi Zündfrequenzen in der gleichen Periode. Die Erfinder entdeckten unerwartet, dass die Periode während der Zündfrequenz wichtiger ist als die Drehmomentabgabe, als sie ein Zylinderdeaktivierungssystem entwarfen, das in Harmonie mit der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs einer Maschine arbeitet.
Die Anwendung der unerwarteten Ergebnisse auf Dieselmaschinen ermöglicht eine neu vereinfachte Steuerstrategie, einen konkreten Weg nach vorn, der im Stand der Technik noch nicht überzeugend vorhanden war, und eine Steuerstrategie, die Routiniers bisher nicht erreichen konnten.
Ein Zylinder in einem Zündmodus empfängt Kraftstoffeinspritzung für die Verbrennung und die Einlass- und Auslassventile werden gemäß einem Ventilbetätigungsschema geöffnet und geschlossen, das den Einlass von Ladeluft in einem ersten Kolbenhub (Einlassventile öffnen, dann schließen), die Verbrennung in einem zweiten Kolbenhub, die Expansion in einem dritten Kolbenhub und die Ausgabe von Abgas in einem vierten Kolbenhub (Auslassventile öffnen, dann schließen) ermöglicht. Dies ist eine Zündtechnik mit 4-Takt-Modus und der Kolben bewegt sich (Hübe) vom oberen Totpunkt (OT) im Zylinder zum unteren Totpunkt (UT) zum OT zum UT.
In einem Zylinderdeaktivierungsmodus (manchmal auch als „Zylinder-ZDA-Modus“ bezeichnet) öffnen und schließen sich die Ein- und Auslassventile nicht und es wird auch kein Kraftstoff eingespritzt. Die Ventile sind für die 4 Hübe geschlossen, während sich die Kolben hin und her bewegen.
Ein Verfahren gemäß dem Entscheidungsbaum von 4 umfasst das Auswählen zum Betreiben eines Motors zwischen einem Leerlaufzustand und einer ersten Motordrehzahlgrenze in Entscheidungsschritt 402 in entweder einem Zweizylinder-ZDA-Modus oder einem Vierzylinder-ZDA-Modus in Schritt 404. Der ZDA-Modus deaktiviert eine Anzahl von Zylindern durch Abschalten von Kraftstoffversorgung und Schließen von Einlass- und Auslassventilen. Der Zweizylinder-ZDA-Modus deaktiviert zwei Motorzylinder und zündet die verbleibenden Zylinder. Der Vierzylinder-ZDA-Modus deaktiviert vier Motorzylinder und zündet die verbleibenden Zylinder.
In einem Entscheidungsschritt 403 umfasst das Verfahren das Betreiben des Motors zwischen der ersten Motordrehzahlgrenze und einer zweiten Motordrehzahlgrenze. Der Dreizylinder-ZDA-Modus wird in Schritt 405 ausgewählt. Der Dreizylinder-ZDA-Modus deaktiviert drei Motorzylinder und zündet die verbleibenden Zylinder.
Die erste Motordrehzahlgrenze (S1 in 1) ist eine Motordrehzahl, bei deren Unterschreitung der Zwei- oder Vierzylinder-ZDA-Modus bewirkt, dass die Maschine unterhalb einer primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet (dargestellt als ein Band von etwa 1,5 Hz für das Beispiel in 1) und auch bei deren Überschreitung der Drei-Zylinder-ZDA-Modus bewirkt, dass die Maschine oberhalb der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet, wodurch ein Hinzufügen zur primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs im Betrieb vermieden wird.
Während des Betriebs oberhalb oder unterhalb des primären Resonanzfrequenzbandes des Antriebsstrangs können die ausgewählten ZDA-Modi dem System immer noch NVH hinzufügen, fügen dem primären Resonanzfrequenzband des Antriebsstrangs jedoch definitiv kein NVH hinzu.
Die zweite Motordrehzahlgrenze (S2 in 1) ist eine Motordrehzahl, oberhalb derer der Zweizylinder-ZDA-Modus oder der Vierzylinder-ZDA-Modus bewirkt, dass die Maschine oberhalb der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet und auch unterhalb derer der Dreizylinder-ZDA-Modus bewirkt, dass die Maschine oberhalb der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet, wodurch die primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs vermieden wird. Ein solcher Betrieb im ZDA-Modus fügt dem NVH im primären Resonanzfrequenzband des Antriebsstrangs (13,5-15 Hertz im Beispiel von ) nichts hinzu.
Das Verfahren kann ferner den Betrieb des Motors oberhalb der zweiten Motordrehzahlgrenze S2 in entweder dem Zweizylinder-ZDA-Modus oder dem Vierzylinder-ZDA-Modus umfassen. Dies kann bis zur Betriebsdrehzahlgrenze des Motors erfolgen, sofern die Lastanforderungen erfüllt werden können.
Der Zweizylinder-ZDA-Modus und der Vierzylinder-ZDA-Modus umfassen eine ähnliche Zündperiode für ihre unterschiedliche Zündfrequenz und unterschiedliche Drehmomentabgabe. So kann ein zusätzlicher Gesichtspunkt bei der Auswahl zwischen Zweizylinder- und 4-Zylinder-ZDA-Modus die Auswahl des Modus umfassen, der einen besseren thermischen Bremswirkungsgrad (TBW) bietet. Wenn also eine niedrige Belastung der Maschine vorliegt, ist es möglich, den 4-Zylinder-Deaktivierungsmodus zu verwenden. Wenn die Maschine aufgrund einer höheren Last mehr Drehmomentabgabe benötigt, dann kann der 2-Zylinder-Deaktivierungsmodus ausgewählt werden. Wenn sowohl der 2-Zylinder- als auch der 4-Zylinder-Deaktivierungsmodus die Anforderungen an die Drehmomentabgabe im Betriebspunkt erfüllen, wird derjenige mit dem besseren TBW gewählt. Das Verfahren kann das Auswählen des Zweizylinder-ZDA-Modus umfassen, wenn ein Drehmomentabgabebedarf der Maschine größer ist, als er durch den Vierzylinder-ZDA-Modus bereitgestellt werden kann, und das Auswählen des Vierzylinder-ZDA-Modus, wenn das Drehmoment des Vierzylinder-ZDA-Modus den Drehmomentabgabebedarf der Maschine erfüllen kann.
Es ist möglich, in einen Sechszylinderzündmodus zu wechseln, wenn weder der Zweizylinder-ZDA-Modus, der Vierzylinder-ZDA-Modus noch der Dreizylinder-ZDA-Modus die Anforderungen an die Drehmomentabgabe der Maschine erfüllen können. Dies setzt die Maschine der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs aus, für die sie entworfen wurde, und vermeidet ZDA-Modi für die Zeit, in der kein ZDA-Modus die Lastanforderung erfüllen kann. Umgekehrt ist es möglich, wenn keine Last benötigt wird, alle Zylinder zu deaktivieren und damit einen 6-Zylinder-Deaktivierungsmodus zu realisieren.
Die Verfahren hierin können das Empfangen einer Lastanforderung zum Betreiben der Maschine und das Auswählen einer Motordrehzahl und Zündfrequenz umfassen, um die Lastanforderung zu erfüllen. Die Zündfrequenz kann algorithmisch in Abhängigkeit vom ausgewählten Zweizylinder-ZDA-Modus, dem Vierzylinder-ZDA-Modus oder dem Dreizylinder-ZDA-Modus abgeleitet werden. Alternativ können eine Motordrehzahl und eine Zündperiode ausgewählt werden, um die Lastanforderung zu erfüllen.
Die Verfahren hierin können das Empfangen einer Lastanforderung zum Betreiben der Maschine umfassen sowie das Bestimmen, dass einer von dem Zweizylinder-ZDA-Modus, dem Vierzylinder-ZDA-Modus und dem Dreizylinder-ZDA-Modus ausreichend Drehmomentabgabe liefern kann, um die Lastanforderung zu erfüllen. Dann kann das Verfahren das Auswählen eines von dem Zweizylinder-ZDA-Modus, dem Vierzylinder-ZDA-Modus und dem Dreizylinder-ZDA-Modus umfassen, um die Lastanforderung zu erfüllen, und das Abwählen der anderen von dem Zweizylinder-ZDA-Modus, dem Vierzylinder-ZDA-Modus und dem Dreizylinder-ZDA-Modus aufgrund dessen, dass die abgewählten Modi mit der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeiten.
Die hierin beschriebenen Verfahren können das Beschleunigen von einer Leerlaufdrehzahl auf die erste Motordrehzahlgrenze S1 in entweder dem Zweizylinder-ZDA-Modus oder dem Vierzylinder-ZDA-Modus umfassen. Dann umfasst das Verfahren das Wechseln in den Dreizylinder-ZDA-Modus, um über die erste Motordrehzahlgrenze hinaus zu beschleunigen. Das Beschleunigen über die erste Motordrehzahlgrenze hinaus auf die zweite Motordrehzahlgrenze erfolgt im Dreizylinder-ZDA-Modus. Das Wechseln in den Dreizylinder-ZDA-Modus vermeidet ein Schwingen der Maschine bei der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs.
Die hierin beschriebenen Verfahren können das Wechseln in einen von dem Zweizylinder-ZDA-Modus oder dem Vierzylinder-ZDA-Modus umfassen, um über die zweite Motordrehzahlgrenze hinaus zu beschleunigen. Das Beschleunigen über die zweite Motordrehzahlgrenze hinaus kann entweder im Zweizylinder-ZDA-Modus oder im Vierzylinder-ZDA-Modus erfolgen. Das Wechseln in entweder den Zweizylinder-ZDA-Modus oder den Vierzylinder-ZDA-Modus vermeidet ein Schwingen der Maschine bei der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs.
Die hierin beschriebenen Verfahren können das Abbremsen aus einer Motordrehzahl über der zweiten Motordrehzahlgrenze in entweder dem Zweizylinder-ZDA-Modus oder dem Vierzylinder-ZDA-Modus umfassen. Das Wechseln in den Dreizylinder-ZDA-Modus kann durchgeführt werden, um über die zweite Motordrehzahlgrenze hinaus abzubremsen. Das Abbremsen über die zweite Motordrehzahlgrenze hinaus auf die erste Motordrehzahlgrenze kann in dem Dreizylinder-ZDA-Modus durchgeführt werden. Das Wechseln in den Dreizylinder-ZDA-Modus vermeidet ein Schwingen der Maschine bei der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs.
Die hierin beschriebenen Verfahren können ferner das Wechseln in einen von dem Zweizylinder-ZDA-Modus oder dem Vierzylinder-ZDA-Modus umfassen, um unter die zweite Motordrehzahlgrenze hinaus abzubremsen. Das Abbremsen unter die zweite Motordrehzahlgrenze kann entweder im Zweizylinder-ZDA-Modus oder im Vierzylinder-ZDA-Modus erfolgen. Das Wechseln in entweder den Zweizylinder-ZDA-Modus oder den Vierzylinder-ZDA-Modus vermeidet ein Schwingen der Maschine bei der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs.
Die hier beschriebenen Verfahren können das Betreiben des Motors in einem von dem Zweizylinder-ZDA-Modus oder dem Vierzylinder-ZDA-Modus umfassen. Der Motor arbeitet mit der gleichen Zündperiode, aber mit einer anderen Zündfrequenz. Beim Betrieb des Motors im Dreizylinder-ZDA-Modus arbeitet der Motor mit einer anderen Zündfrequenz und einer anderen Zündperiode als im Zweizylinder-ZDA-Modus oder im Vierzylinder-ZDA-Modus.
Für eine andere Anwendung, bei der die primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs höher ist als in 1 dargestellt, erhöht sich die erste Motordrehzahlgrenze S1 auf eine höhere Drehzahl (Umdrehungen pro Minute). So wird auch die zweite Motordrehzahlgrenze S2 auf eine höhere Drehzahl erhöht, um den Sprung über die höhere primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs zu ermöglichen.
Für eine andere Anwendung, bei der die primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs niedriger ist als unten dargestellt, könnte es zwei Szenarien geben. Im ersten Szenario wird die erste Motordrehzahlgrenze S 1 verringert und die zweite Motordrehzahlgrenze S2 verringert. Im zweiten Szenario ist die primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs so niedrig, dass die 2- und 4-Zylinder-ZDA-Modi unterhalb einer ersten Motordrehzahlgrenze S 1 nicht benötigt werden. Die Grenze S1 kann weggelassen werden. Der 3-Zylinder-Deaktivierungsmodus (halber Motor) wird vom Leerlauf bis zur zweiten Motordrehzahlgrenze S2 (jetzt die einzige Motordrehzahlgrenze) verwendet, und die zweite Motordrehzahlgrenze S2 verschiebt sich zu einer niedrigeren Drehzahl.
So ist es möglich, die ECU-Parameter zu variieren und zu kalibrieren, die zur Auswahl zwischen den 2-Zylinder-, 3-Zylinder- und 4-Zylinder-Deaktivierungsmodi erforderlich sind. Die erste und zweite Motordrehzahlgrenze können in Abhängigkeit von Änderungen der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs verschoben werden.
Weitere Implementierungen werden für den Fachmann aus der Berücksichtigung der Beschreibung und Ausübung der hier offenbarten Beispiele ersichtlich sein.

Claims

Verfahren zum Wechseln der Zylinderdeaktivierungsmodi („ZDA-Modi“), um eine primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs in einer sechszylindrigen dieselbetriebenen Maschine zu vermeiden, umfassend: Betreiben eines Motors zwischen einem Leerlaufzustand und einer ersten Motordrehzahlgrenze in einem von einem Zweizylinder-ZDA-Modus oder einem Vierzylinder-ZDA-Modus, wobei der ZDA-Modus eine Anzahl von Zylindern durch Absperren von Kraftstoff und Schließen von Einlass- und Auslassventilen deaktiviert, wobei im Zweizylinder-ZDA-Modus zwei Motorzylinder deaktiviert und die verbleibenden Zylinder gezündet werden, und wobei im Vierzylinder-ZDA-Modus vier Motorzylinder deaktiviert und die verbleibenden Zylinder gezündet werden; und Betreiben des Motors zwischen der ersten Motordrehzahlgrenze und einer zweiten Motordrehzahlgrenze in einem Dreizylinder-ZDA-Modus, wobei im Dreizylinder-ZDA-Modus drei Motorzylinder deaktiviert und die verbleibenden Zylinder gezündet werden, wobei die erste Motordrehzahlgrenze eine Motordrehzahl ist, unterhalb derer der Zwei- oder Vierzylinder-ZDA-Modus bewirkt, dass die Maschine unterhalb einer primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet und oberhalb derer der Dreizylinder-ZDA-Modus bewirkt, dass die Maschine oberhalb der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet, wodurch die primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs während des Betriebs vermieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Motordrehzahlgrenze eine Motordrehzahl ist, oberhalb derer der Zweizylinder-ZDA-Modus oder der Vierzylinder-ZDA-Modus bewirkt, dass die Maschine oberhalb der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet und auch unterhalb derer der Dreizylinder-ZDA-Modus bewirkt, dass die Maschine oberhalb der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeitet, wodurch die primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrang vermieden wird.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Betreiben des Motors oberhalb der zweiten Motordrehzahlgrenze in entweder dem Zweizylinder-ZDA-Modus oder dem Vierzylinder-ZDA-Modus.
Verfahren von Anspruch 3, wobei das Betreiben des Motors oberhalb der zweiten Motordrehzahlgrenze das Betreiben des Motors bis zu seiner Betriebsdrehzahlgrenze umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Zweizylinder-ZDA-Modus und der Vierzylinder-ZDA-Modus eine ähnliche Zündperiode für ihre unterschiedlichen Zündfrequenzen und unterschiedlichen Drehmomentabgaben umfassen, und wobei das Verfahren ferner das Auswählen des Zweizylinder-ZDA-Modus umfasst, wenn ein Drehmomentabgabebedarf der Maschine größer ist, als durch den Vierzylinder-ZDA-Modus bereitgestellt werden kann, und andernfalls das Auswählen des Vierzylinder-ZDA-Modus umfasst, wenn die Drehmomentabgabe des Vierzylinder-ZDA-Modus den Drehmomentabgabebedarf der Maschine erfüllen kann.
Verfahren nach Anspruch 5, umfassend das Wechseln in einen Sechszylinderzündmodus, wenn weder der Zweizylinder-ZDA-Modus, der Vierzylinder-ZDA-Modus noch der Dreizylinder-ZDA-Modus die Anforderungen an die Drehmomentabgabe der Maschine erfüllen können.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die primäre Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs bei einer maschinenspezifischen Zündfrequenz über alle Motordrehzahlen auftritt, und wobei das Verfahren das Erfassen der Motordrehzahl während des Maschinenbetriebs zum Erfassen der ersten Motordrehzahlgrenze und der zweiten Motordrehzahlgrenze umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Ausführen einer Ausfallsicherheit durch Lösungen für die Zündfrequenz des Motors während des Maschinenbetriebs, und zwar durch Verarbeiten von Informationen, die die erfasste Motordrehzahl und die Anzahl von Zylindern umfassen, die gegenüber dem Zünden deaktiviert werden; und das Anpassen der Anzahl der Zylinder, die gegenüber dem Zünden deaktiviert werden, wenn die Lösung für die Zündfrequenz des Motors anzeigt, dass der Betrieb in der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs unmittelbar bevorsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, ferner umfassend: Empfangen einer Lastanforderung zum Betreiben der Maschine; und Auswählen einer Motordrehzahl und Zündfrequenz, um die Lastanforderung zu erfüllen, wobei die Zündfrequenz von dem ausgewählten Zweizylinder-ZDA-Modus, dem Vierzylinder-ZDA-Modus oder dem Dreizylinder-ZDA-Modus abhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, ferner umfassend: Empfangen einer Lastanforderung zum Betreiben der Maschine; Bestimmen, dass einer von dem Zweizylinder-ZDA-Modus, dem Vierzylinder-ZDA-Modus und dem Dreizylinder-ZDA-Modus ausreichend Drehmomentabgabe liefern kann, um die Lastanforderung zu erfüllen; und Auswählen eines von dem Zweizylinder-ZDA-Modus, dem Vierzylinder-ZDA-Modus und dem Dreizylinder-ZDA-Modus, um die Lastanforderung zu erfüllen, und das Abwählen der anderen von dem Zweizylinder-ZDA-Modus, dem Vierzylinder-ZDA-Modus und dem Dreizylinder-ZDA-Modus aufgrund dessen, dass die abgewählten Modi mit der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs arbeiten.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Beschleunigen von einer Leerlaufdrehzahl auf die erste Motordrehzahlgrenze in entweder dem Zweizylinder-ZDA-Modus oder dem Vierzylinder-ZDA-Modus; Wechseln in den Dreizylinder-ZDA-Modus, um über die zweite Motordrehzahlgrenze hinaus zu beschleunigen; und Beschleunigen über die erste Motordrehzahlgrenze hinaus auf die zweite Motordrehzahlgrenze im Dreizylinder-ZDA-Modus, wobei das Wechseln in den Dreizylinder-ZDA-Modus ein Schwingen der Maschine bei der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs vermeidet.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: Wechseln in einen von dem Zweizylinder-ZDA-Modus oder dem Vierzylinder-ZDA-Modus, um über die zweite Motordrehzahlgrenze hinaus zu beschleunigen; und Beschleunigen über die zweite Motordrehzahlgrenze hinaus entweder im Zweizylinder-ZDA-Modus oder im Vierzylinder-ZDA-Modus, wobei das Wechseln in entweder den Zweizylinder-ZDA-Modus oder den Vierzylinder-ZDA-Modus ein Schwingen der Maschine bei der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs vermeidet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Abbremsen von einer Motordrehzahl oberhalb der zweiten Motordrehzahlgrenze in entweder dem Zweizylinder-ZDA-Modus oder dem Vierzylinder-ZDA-Modus; Wechseln in den Dreizylinder-ZDA-Modus, um unter die zweite Motordrehzahlgrenze abzubremsen; und Abbremsen von der zweiten Motordrehzahlgrenze auf die erste Motordrehzahlgrenze im Dreizylinder-ZDA-Modus, wobei das Wechseln in den Dreizylinder-ZDA-Modus ein Schwingen der Maschine bei der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs vermeidet.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend: Wechseln in einen von dem Zweizylinder-ZDA-Modus oder dem Vierzylinder-ZDA-Modus, um unter die erste Motordrehzahlgrenze abzubremsen, Abbremsen unter die erste Motordrehzahlgrenze entweder im Zweizylinder-ZDA-Modus oder im Vierzylinder-ZDA-Modus, wobei das Wechseln in entweder den Zweizylinder-ZDA-Modus oder den Vierzylinder-ZDA-Modus ein Schwingen der Maschine bei der primären Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs vermeidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11-14, wobei, wenn der Motor entweder im Zweizylinder-ZDA-Modus oder im Vierzylinder-ZDA-Modus betrieben wird, der Motor mit der gleichen Zündperiode, aber mit einer anderen Zündfrequenz arbeitet, und wobei, wenn der Motor in dem Dreizylinder-ZDA-Modus betrieben wird, der Motor mit einer anderen Zündperiode und einer anderen Zündfrequenz als der des Zweizylinder-ZDA-Modus oder des Vierzylinder-ZDA-Modus betrieben wird.