DE19608992B4

DE19608992B4 - Generatoranlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19608992B4
Application number: DE19608992A
Authority: DE
Inventors: Walter Kohl; Friedhelm Meyer; Hans-Joachim Lutz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2016-03-09
Also published as: FR2745963B1; IT1290015B1; DE19608992A1; FR2745963A1; ITMI970471A1; JP4057093B2; JPH104699A

Abstract

Generatoranlage für eine Brennkraftmaschine mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen Generator und Verbrauchern, die vom Generator mit elektrischer Energie versorgt werden, mit einem Spannungsregler, der die Ausgangsspannung des Generators durch Beeinflussung des Erregerstromes (IE) regelt und ein Steuerteil umfasst, dem vorgebbare Informationen zuführbar sind, wobei das Steuerteil den Erregerstrom (IE) abhängig von diesen Informationen beeinflusst und den Erregerstrom (IE) in einem vorgebbaren Drehzahlbereich oder mehreren Drehzahlbereichen verringert, zur Verringerung der im Betrieb auftretenden magnetischen Geräusche des Generators, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl die Generatordrehzahl (nG) ist, dass der Erregerstrom (IE) in einem größeren Generatordrehzahlbereich reduziert wird, sofern zusätzlich erkannt wird, dass der Generator (10) kalt ist und dass die Erkennung eines kalten Generators (10) erfolgt, indem die Temperatur (T) an einer vorgebbaren Stelle des Generators (10) gemessen wird und mit einem Grenzwert verglichen wird und ein kalter Generator (10) erkannt wird, sofern die gemessene Temperatur (T) den Grenzwert nicht...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Generatoranlage für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Zur Versorgung der elektrischen Verbraucher eines Kraftfahrzeuges werden heute üblicherweise Drehstromgeneratoren eingesetzt. Diese Generatoren erzeugen eine Wechselspannung beziehungsweise einen Wechselstrom, der in einer dem Generator nachgeschalteten Gleichrichteranordnung gleichgerichtet wird und zur Versorgung der Verbraucher sowie zum Aufladen der Batterie verwendet wird. Da die Ausgangsspannung des Drehstromgenerators erheblich von der Generatordrehzahl abhängt, erfolgt eine Spannungsregelung mit Hilfe eines Spannungsreglers, der den Erregerstrom des Generators beeinflußt. Üblicherweise wird dabei der Erregerstrom mit Hilfe eines Transistors laufend ein- oder ausgeschaltet.
Da die Regelung des Generators beziehungsweise der Betrieb des Generators in einer optimalen Weise von verschiedenen Faktoren abhängt, wird bei einer aus der DE 37 29 772 A1 bekannten Generatoranlage eine Vielzahl von Generator-, Bordnetz- beziehungsweise Regler-Parametern erfaßt und mit Hilfe einer speziellen Auswerteschaltungsanordnung so ausgewertet, daß eine Generatorregelung durchführbar ist, die an spezielle Erfordernisse anpaßbar ist. Unter anderem wird dabei berücksichtigt, daß sich die Generatordrehzahl in einem optimalen Wertebereich hinsichtlich der Geräuschentwicklung bewegen sollte. Damit soll verhindert werden, daß die bei bestimmten Drehzahlen möglichen Geräuschspitzen sich als störend auswirken. Zur Verringerung des magnetischen Geräusches des Generators wird daher bei der bekannten Generatoranlage vorgeschlagen, unter bestimmten Betriebsbedingungen auf den elektronischen Zwischentrieb zwischen der Brennkraftmaschine und dem Generator einzugreifen und dessen Übersetzungsverhältnis so zu beeinflussen, daß geräuschintensive Generatordrehzahlbereiche ausgeschlossen werden. Eine solche Vorgehensweise ist nur möglich, sofern sich zwischen der Brennkraftmaschine beziehungsweise der Welle der Brennkraftmaschine, über die der Generator angetrieben werden soll, und dem Generator ein regelbarer Zwischentrieb befindet.
Aus der gattungsgemäßen Druckschrift JP 07-231509 A ist eine Generatoranlage für eine Brennkraftmaschine mit einem von der Brennkraftmaschine angetreibenen Generator und Verbrauchern, die vom Generator mit elektrischer Energie versorgt werden, bekannt. Die Ausgangsspannung des Generators wird mittels eines Spannungsreglers durch Beeinflussung des Erregerstromes geregelt. Der Spannungsregler umfasst ein Steuerteil umfasst, dem vorgebbare Informationen zuführbar sind, wobei das Steuerteil den Erregerstrom abhängig von diesen Informationen beeinflusst und den Erregerstrom in einem vorgebbaren Drehzahlbereich oder mehreren Drehzahlbereichen verringert, zur Verringerung der im Betreib auftretenden magnetischen Geräusche des Generators.
Die DE 40 38 301 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen des Fahrzeugaufbaus. Dazu wird der Generator bzw. die Lichtmaschine mit Hilfe eines pulsweitenmodulierten Steuerungssignales so angesteuert, dass sich der Erregerstrom näherungsweise gleichphasig mit der Schwingung des Fahrzeugs ändert. Durch diese Ansteuerung soll der Generator elektrsiche Energie zur Absorbtion der Schwingung des Fahrzeugs erzeugen.
Die JP 06-245 321 A beschreibt eine geschwindigkeitsabhängige Vibration/Geräuschunterdrückung mit Hilfe des Generators. Dabei soll jedoch nicht das vom Generator verursachte Geräusch verringert werden sondern die Laufruhe des Motors verbessert werden. Eine Beeinflussung des Erregerstromes mit dem Ziel, die magnetischen Geräusche des Generators zu verringern, ist nicht vorgesehen.
Bei der Lösung nach der JP 58-159 698 A soll ebenfalls mit Hilfe des Generators eine Geräuschreduzierung erzielt werden, insbesondere im sogenannten Warmlaufbereich durch Beeinflussung des Erregerstroms. Diese Druckschrift zeigt zwar die Beeinflussung des Erregerstroms mit Zielrichtung einer Geräuschreduzierung.
In der aus der JP 61-256 042 A bekannten Generatoranordnung wird ein Generator so angesteuert, dass das von ihm verursachte bremsende Moment auf die Kurbelwelle derart einwirkt, dass es zu einer Verringerung von Drehzahlschwankungen in Folge von Verbrennungsvorgängen in der Brennkraftmaschine kommt. Der Generator wird also dazu eingesetzt, Vibrationen vom Motor zu kompensieren.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Generatoranlage für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber bekannten Generatoranlagen den Vorteil, dass sie unabhängig vom Vorhandensein eines Zwischentriebes zwischen der Brennkraftmaschine und dem Generator funktioniert und dass die Absenkung des Erregerstroms durch den Spannungsregler zur Reduzierung des magnetischen Geräuschs in einem kritischen Generatordrehzahlbereich in dem bekanntermassen die stärkste Geräuschentwicklung auftritt, ohne dass das auftretende Geräusch gemessen wird, abhängig von der Temperatur des Generators erfolgt.
Erzielt wird dieser Vorteil durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs, also dadurch, dass der Erregerstrom in einem größeren Generatordrehzahlbereich reduziert wird, sofern erkannt wird, dass der Generator kalt ist und die Erkennung eines kalten Generators erfolgt, indem die Temperatur an einer vorgebbaren Stelle des Generators gemessen wird und mit einem Grenzwert verglichen wird und ein kalter Generator erkannt wird, sofern die gemessene Temperatur den Grenzwert nicht überschreitet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das tatsächlich auftretende magnetische Geräusch mit Hilfe eines eigenen Sensors gemessen und die Erregerstromreduzierung wird nur dann ausgelöst, wenn das Geräusch einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen wird im Spannungsregler beziehungsweise einer Auswerteschaltung, die Bestandteil des Spannungsreglers sein kann oder als separate Schaltung ausgebildet ist, eine logische Verknüpfung von verschiedenen Informationen durchgeführt, beispielsweise wird der Generatorstrom, der Erregerstrom, die Temperatur einer wählbaren Stelle des Generators oder der Umgebung, die Drehzahl des Motors oder des Generators, registrierte Schwingungen des Generators und ähnliches, mit Hilfe von logischen Verknüpfungen ausgewertet zur Bildung einer Bedingung, die eine Absenkung des Erregerstromes zur Geräuschreduzierung ausliest. Ist die Auswerteschaltung als Mikroprozessor aufgebaut, können Speicher so programmiert werden, daß bezüglich Generatortyp und -Anwendung eine gezielte Reduzierung des Erregerstromes und damit des magnetischen Geräusches erfolgen kann.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Figur ist schematisch ein Drehstromgenerator 10, der das mit 11 bezeichnete Bordnetz versorgt, dargestellt. Die Regelung der Generatorausgangsspannung UB+ erfolgt mit einem Spannungsregler 12. Die Anschlußklemmen, die sowohl beim Drehstromgenerator 10 als auch beim Spannungsregler 12 vorhanden sind, sind in üblicher Weise mit D-, DF, D+ bezeichnet. Der Generator weist zusätzlich die Anschlußklemme B+ auf, über die der gleichgerichtete Generatorstrom IG zum Bordnetz fließt. Die Spannung an der Klemme B+ wird mit UB+ bezeichnet.
Der Drehstromgenerator 10 umfaßt neben den Statorwicklungen 13a, 13b, 13c noch eine Erregerwicklung 14, durch die der Erregerstrom IL fließt. Bestandteil des Drehstromgenerators 10 sind üblicherweise Gleichrichterbrücken, die zur Gleichrichtung des Generatorausgangsstromes und gegebenenfalls auch zur Gleichrichtung des Erregerstromes dienen.
Vom Bordnetz sind nur einige wesentliche Bestandteile dargestellt, beispielsweise die Ladekontroll-Lampe 15 sowie die Klemme KL.15, die mit dem Zündschalter 16 in Verbindung steht. Die Batterie 19 liegt zwischen der Anschlußklemme B+ des Generators und Masse. Ein Verbraucher 18 kann über den Schalter 17 mit der Batterie 19 verbunden werden. Der Anlasser 20 steht über den Schalter 21 mit der Klemme KL.15 des Zündschalters 16 in Verbindung.
Vom Spannungsregler 12 sind als wesentliche Teile angegeben: ein Schaltelement, beispielsweise ein Schalttransistor 22 mit einer parallel geschalteten Schutzdiode 23 und einer Freilaufdiode 24 sowie einem Steuerteil 25, das die Ansteuerung des Transistors 22 übernimmt. Durch Öffnen und Schließen der Schaltstrecke des Transistors 22 wird der Stromfluß IE durch die Erregerwicklung 14, die zwischen den Anschlüssen D+ und DF liegt, gesteuert. Je nach Drehzahl oder Belastung des Generators ändert sich das Tastverhältnis. Durch eine solche Erregerstrombeeinflussung läßt sich die Ausgangsspannung UB+ am Anschluß B+ des Generators auf einen vorgebbaren Wert regeln.
Dem Steuerteil 25 des Spannungsreglers 12 werden gegebenenfalls weitere Informationen zugeführt, die mittels geeigneter Sensoren ermittelt werden oder direkt vom Motorsteuergerät stammen können. Diese Informationen sind beispielsweise der Generatorstrom IG, der Erregerstrom IE, die Temperatur τ an einem vorgebbaren Bauteil des Generators oder des Spannungsreglers, die Umgebungstemperatur, die Drehzahl des Generators (nG) oder der Brennkraftmaschine (n), Informationen über Schwingungen des Generators oder das Ausgangssignal eines oder mehrerer Sensoren, die den Körperschall des Generators messen. Diese Signale sind pauschal als Strom I oder Spannung U bezeichnet.
Aus den dem Steuerteil 25 zugeführten Informationen beziehungsweise Daten werden die Ansteuersignale A gebildet, die gegebenenfalls die Reduzierung des Erregerstroms IE bewirken. Da das Steuerteil 23 beispielsweise als Mikroprozessor ausgebildet ist, kann zur Reduzierung des Erregerstromes auch eine in einem Speicher abgelegte Programmierung bezüglich Generatortyp und -Anwendung herangezogen werden. Nach welchem Prinzip die Erregerstromreduzierung zur Verringerung des magnetischen Geräusches erfolgt, kann an die erforderlichen Gegebenheiten angepaßt werden. Einige der möglichen Vorgehensweisen werden im folgenden noch näher erläutert.
Das magnetische Geräusch eines Generators ist üblicherweise abhängig vom Generatorstrom IG beziehungsweise vom Erregerstrom IE. Besonders störend wirkt sich das magnetische Geräusch eines kalten Generators in einem relativ großen Drehzahlbereich aus. Als kalt wird der Generator bezeichnet, sofern sich seine Temperatur unterhalb einer bestimmten, vorgebbaren Temperatur befindet, dies ist insbesondere bei tiefen Außentemperaturen nach der Inbetriebnahme der Fall. Geräuschspitzen in einem engen Drehzahlbereich von circa zweitausend bis dreitausend Generator-Umdrehungen können auch bei betriebswarmem Generator auftreten. Grundsätzlich sind die magnetischen Geräusche generatortypabhängig.
Die magnetischen Geräusche des Generators werden durch mechanische Schwingungen verursacht. Das schwingungsanregende System Läufer/Ständer überträgt die Schwingungen auf die Lagerschilde. Diese Lagerschilde und gegebenenfalls über den Schwenkarm sowie die Halterung angekoppelte Motorteile wirken wie eine Lautsprechermembrane und können das magnetische Geräusch des Generators verstärken. Diese Geräusche beziehungsweise die entsprechenden Schwingungen sind unangenehm für die Fahrzeuginsassen. Die Schwingungen können reduziert werden durch Veränderung der Polradgeometrie, des Luftspaltes oder der Kopplung zwischen Lagerschild und Ständer sowie der Kopplung zwischen Generator, Halter und Motorblock. Diese Veränderungen wären jedoch alle mit grundsätzlichen Veränderungen des Generatoraufbaus verbunden und sind daher nicht ohne weiteres durchführbar. Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, die ungewünschten magnetischen Geräusche des Generators durch zeitweilige Reduzierung des Erregerstromes auszuschalten. Dies ist möglich, denn der Erregerstrom beziehungsweise die durch ihn bewirkte Durchflutung beeinflussen die Anregung für das schwingende System. Somit kann durch Reduzierung des Erregerstromes die Anregung und damit auch das magnetische Geräusch reduziert werden. Je nach Ausnutzung des Generators wird dabei auch der Generatorstrom IG reduziert.
Als mögliche Verfahren zur Reduzierung des magnetischen Geräusches durch Verringern des Erregerstromes lassen sich die folgenden Verfahren durchführen:

1. In einem vorgebbaren Drehzahlbereich, der sich über einen größeren Bereich von Generatordrehzahlen erstreckt, wird bei kaltem Generator grundsätzlich der Erregerstrom reduziert. Die Bedingung, daß der Generator kalt ist, wird entweder festgelegt, indem eine Temperatur einer wählbaren Stelle des Generators mit einer Referenztemperatur verglichen wird und die Annahme, daß der Generator kalt ist, gilt sofern die Generatortemperatur unterhalb der Referenztemperatur liegt. Die Festlegung, daß der Generator kalt ist, kann auch dadurch erfolgen, daß für eine vorgebbare Zeitspanne nach dem Einschalten der Brennkraftmaschine von einem kalten Generator ausgegangen wird. Wie weit der Erregerstrom reduziert wird, kann im einzelnen festgelegt werden.
2. Das magnetische Geräusch wird reduziert durch Verringern des Erregerstromes in einem oder mehreren kleinen Drehzahlbereichen, wobei mit Drehzahlbereichen Bereiche mit Generatordrehzahlen zu verstehen sind, in denen eine Geräuschspitze auftritt. Solche Drehzahlbereiche sind üblicherweise generatortypabhängig, es ist daher möglich, für einen speziellen Generator einen Drehzahlbereich zu definieren, in dem die Geräuschspitzen zu erwarten sind. Liegt die Generatordrehzahl innerhalb eines solchen Bereiches, wird der Erregerstrom reduziert.
3. Die Erfassung des magnetischen Geräusches erfolgt direkt oder indirekt über Sensoren, beispielsweise einen Körperschallsensor. Es wird dann das Ausgangssignal dieses Sensors der Auswerteeinrichtung 25 zugeführt. Diese vergleicht den ermittelten Körperschall mit einem Grenzwert, der einem maximal erlaubten Geräuschpegel entspricht. Erreicht der gemessene Körperschall den maximal erlaubten Wert, wird der Erregerstrom so lange reduziert, bis dieser Wert wieder unterschritten wird.
4. Die Reduzierung des magnetischen Geräusches durch Verringerung des Erregerstromes kann auch erfolgen, indem im Steuerteil 25 logische Verknüpfungen verschiedener Parameter gebildet werden und ein Ansteuersignal, das die Erregerstromverringerung einleitet, abgegeben wird, sobald die logischen Verknüpfungen bestimmte Bedingungen erfüllen. Die logischen Verknüpfungen verschiedener Parameter können beispielsweise Ströme (Generatorstrom IG oder Erregerstrom IE), Temperaturen (Generatortemperatur, Reglertemperatur, Umgebungstemperatur), Drehzahlen (Generatordrehzahl, Kurbelwellendrehzahl) oder eine Schwingungsamplitude sein, wobei die Schwingungsamplitude mit Hilfe eines geeigneten Sensors ermittelt werden kann.
5. Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung des magnetischen Geräusches besteht darin, daß das Steuerteil 25 beziehungsweise der Regler als Mikroprozessor aufgebaut ist, der programmierbar ist bezüglich Generatortyp, Halterung für den Generator, Motor, bei dem der Generator eingesetzt werden soll, usw. Die entsprechenden Informationen sind dabei in Speichern des Reglers ablegbar. Mit einem solchen Regler kann eine Erregerstromreduzierung zur Verringerung des magnetischen Geräusches unabhängig von weiteren zugeführten Informationen erfolgen, es kann aber auch eine der Vorgehensweisen nach den Punkten 1 bis 4 oder eine Kombination ausgewählt werden, so daß die Bedingungen für die Erregerstromabsenkung sowie die Stärke der Stromabsenkung in vielfacher Weise variiert werden können.

In einer weiteren Ausgestaltung kann die Erregerstromabsenkung mit Hilfe eines zusätzlichen Steuerteiles erfolgen, das nicht Bestandteil des Spannungsreglers ist. Dieses Steuerteil kann als separates Steuerteil dem Generator zugeordnet sein oder auch als Bestandteil des Motorsteuergerätes ausgeführt sein.

Claims

Generatoranlage für eine Brennkraftmaschine mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen Generator und Verbrauchern, die vom Generator mit elektrischer Energie versorgt werden, mit einem Spannungsregler, der die Ausgangsspannung des Generators durch Beeinflussung des Erregerstromes (IE) regelt und ein Steuerteil umfasst, dem vorgebbare Informationen zuführbar sind, wobei das Steuerteil den Erregerstrom (IE) abhängig von diesen Informationen beeinflusst und den Erregerstrom (IE) in einem vorgebbaren Drehzahlbereich oder mehreren Drehzahlbereichen verringert, zur Verringerung der im Betrieb auftretenden magnetischen Geräusche des Generators, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl die Generatordrehzahl (nG) ist, dass der Erregerstrom (IE) in einem größeren Generatordrehzahlbereich reduziert wird, sofern zusätzlich erkannt wird, dass der Generator (10) kalt ist und dass die Erkennung eines kalten Generators (10) erfolgt, indem die Temperatur (T) an einer vorgebbaren Stelle des Generators (10) gemessen wird und mit einem Grenzwert verglichen wird und ein kalter Generator (10) erkannt wird, sofern die gemessene Temperatur (T) den Grenzwert nicht überschreitet.
Generatoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; dass während einer wählbaren Zeitphase, die unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Generators (10) beginnt, davon ausgegangen wird, dass der Generator (10) kalt ist.
Generatoranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Generatordrehzahlbereich, in dem der Erregerstrom (IE) reduziert wird, ein Bereich ist, in dem wenigstens eine Geräuschspitze zu erwarten ist.
Generatoranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Geräusch direkt oder indirekt mit Hilfe von Sensoren, insbesondere eines Körperschallsensors ermittelt wird und die Reduzierung des Erregerstroms so erfolgt, dass ein maximal vorgebbarer Geräuschpegel nicht unterschritten wird.
Generatoranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reduzierung des Erregerstromes (IE) erfolgt, indem durch Auswertung und logische Verknüpfung verschiedener Parameter, insbesondere Strom, Temperatur, Drehzahl, Schwingungsamplitude, ein Ansteuersignal erzeugt wird, das bei solchen bedingungen, bei denen hohe Geräusche zu erwarten sind, den Erregerstrom (IE) reduziert.
Generatoranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerteil (25), das die Erregerstromreduzierung auslöst, ein Mikroprozessor ist, der programmierbar ist bezüglich Generatortyp, Generatorhalter, Motor usw. und die Reduzierung der Erregerstroms in Abhängigkeit von diesen programmierten Daten erfolgt.