DE19724921A1 - Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Antriebssystem für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug,
umfassend eine Brennkraftmaschine, einen mit der Brennkraftmaschine
gekoppelten oder koppelbaren Antriebsstrang sowie wenigstens eine im
Antriebsstrang angeordnete Schwingungsdämpfungseinrichtung.
Bei im modernen Automobilbau verwendeten Antriebssystemen ist die
Schwingungsdämpfungseinrichtung oftmals durch einen Torsionsschwin
gungsdämpfer in Form eines Zwei-Massen-Schwungrads gebildet, das mit
einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist. Da bei derartigen
Zwei-Massen-Schwungrädern zwei bezüglich einander in Schwingung
versetzbare Massen vorhanden sind, weist das aus Zwei-Massen-Schwung
rad und Brennkraftmaschine gebildete Schwingungssystem eine Resonanz
frequenz auf. Bei bestimmten Drehzahlen der Brennkraftmaschinen können
relativ starke Resonanzschwingungen auftreten. Um dies zu vermeiden, wird
das Schwingungssystem derart ausgestaltet, daß die Resonanzfrequenz
desselben relativ nieder ist, d. h. eine Schwingungsanregung nur bei sehr
niederen Maschinendrehzahlen auftreten kann, die beispielsweise im Bereich
von 250 bis 300 Umdrehungen in der Brennkraftmaschine pro Minute
liegen. Darüber hinaus werden bei Zwei-Massen-Schwungrädern relativ
stark wirkende Reibungsdämpfungsvorrichtungen vorgesehen, die für den
Fall, daß die Anregung von Resonanzschwingungen auftreten sollte, eine
relativ starke Dämpfung vorsehen.
Das Ausbilden der Torsionsschwingungsdämpfer derart, daß sie relativ
niedrige Resonanzfrequenzen aufweisen, führt dazu, daß ihr Schwingungs
dämpfungsverhalten aufgrund der speziellen Auslegung für die niederen
Resonanzdrehzahlen in anderen Drehzahlbereichen, in welchen beispiels
weise aufgrund des Betriebs der Brennkraftmaschine die Anregung von
Schwingungen zu erwarten ist, nur ungenügend ist. Ferner erfordert eine
derartige Auslegung der Torsionsschwingungsdämpfer sowie auch das
Vorsehen relativ starker Reibungseinrichtungen einen sehr massiven und
kostenaufwendigen Aufbau der Torsionsschwingungsdämpfer. Aufgrund
dieser Anforderungen ist ferner bisher der Einsatz von derartigen Zwei-
Massen-Schwungrädern beispielsweise bei Drei-Zylinder-Brennkraftmaschi
nen mit entsprechend angehobener Resonanzdrehzahl nicht möglich.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem für
ein Kraftfahrzeug vorzusehen, bei welchem die Anregung von Resonanz
schwingungen einer Schwingungsdämpfungseinrichtung zuverlässig
vermieden werden kann.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe
durch ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gelöst, welches umfaßt: eine
Brennkraftmaschine, einen mit der Brennkraftmaschine gekoppelten oder
koppelbaren Antriebsstrang, wenigstens eine im Antriebsstrang angeordnete
Schwingungsdämpfungseinrichtung, eine Steuereinrichtung zum Steuern
des Betriebs von Komponenten des Antriebssystems in Abhängigkeit von
einer Mehrzahl an Steuerparametern, einen Drehzahlsensor zum Erzeugen
eines eine Drehzahl der Brennkraftmaschine wiedergebenden Drehzahlsi
gnals zum Zuführen des Drehzahlsignals zur Steuereinrichtung als einen der
Steuerparameter, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, in einer
Startphase der Brennkraftmaschine ein Zünden derselben solange zu
unterbinden, bis die durch den Drehzahlsensor erfaßte Drehzahl der
Brennkraftmaschine höher ist als eine Resonanzdrehzahl oder ein Resonanz
drehzahlbereich, in welchem die Anregung von Resonanzschwingungen der
wenigstens einen Schwingungsdämpfungseinrichtung zu erwarten ist.
Bei einer derartigen Ausgestaltung des Antriebssystems wird also Sorge
dafür getragen, daß beim Starten der Brennkraftmaschine, während diese
einen Drehzahlbereich von Null bis zur Leerlaufdrehzahl durchläuft und damit
auch den relativ nieder liegenden Resonanzdrehzahlbereich überstreicht, die
Brennkraftmaschine erst dann gezündet wird und somit Leistung abgibt,
wenn durch diese Leistungsabgabe die Anregung von Resonanzschwingun
gen nicht mehr möglich ist, da der Resonanzdrehzahlbereich oder die
Resonanzdrehzahl bereits überschritten ist. Das heißt, bei diesem erfin
dungsgemäßen Antriebssystem ist die Zünddrehzahl oder der Zünd
drehzahlbereich im Vergleich zu bekannten Antriebssystemen, bei welchen
die Zündung ebenfalls im Drehzahlbereich von 250 bis 300 Umdrehungen
der Brennkraftmaschine pro Minute durchgeführt wird, nach oben verlagert.
Dies führt zu zwei vorteilhaften Konsequenzen. Zunächst kann, wie bereits
erwähnt, die Anregung von Resonanzschwingungen in der Schwingungs
dämpfungseinrichtung vermieden werden. Zum anderen kann, da die
Zünddrehzahl zu höheren Drehzahlen verlagert ist, die Schwingungs
dämpfungseinrichtung derart ausgestaltet werden, daß die durch das
vorangehend beschriebene Schwingungssystem vorgesehene Resonanz
frequenz ebenfalls nach oben verlagert ist, jedoch nicht so weit, daß sie
wieder im Bereich der Zünddrehzahl liegt. Dies hat zur Folge, daß die
Schwingungsdämpfungseinrichtung zur Schwingungsdämpfung in anderen
Anregungsfrequenzbereichen optimiert werden kann, da eine spezielle
Ausgestaltung zum Vorsehen sehr nieder liegender Resonanzfrequenzen
nicht mehr erforderlich ist. Darüber hinaus kann bei dem erfindungsgemäßen
Antriebssystem die wenigstens eine Schwingungsdämpfungseinrichtung mit
wesentlich leichter gebauten oder sogar vollständig ohne zusätzliche
Reibungsdämpfungseinrichtungen ausgestaltet werden, welche ansonsten
bei den bereits bekannten und vorangehend beschriebenen Antriebs
systemen dafür Sorge tragen, daß im Falle der Anregung von Resonanz
schwingungen eine ausreichend starke Dämpfungskraft vorgesehen werden
kann. Ferner gestattet das erfindungsgemäße Antriebssystem auch einen
Einsatz von Schwingungsdämpfungseinrichtungen beispielsweise in Form
von Zwei-Massen-Schwungrädern bei Brennkraftmaschinen mit geringerer
Zylinderanzahl, beispielsweise Drei-Zylinder-Brennkraftmaschinen, welche
eine entsprechend höher liegende kritische Drehzahl oder Frequenz des aus
Brennkraftmaschine und Schwingungsdämpfungseinrichtung gebildeten
Schwingungssystems aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem kann die Steuereinrichtung
dazu ausgebildet sein, ein Zünden der Brennkraftmaschine solange zu
unterbinden, bis die erfaßte Drehzahl der Brennkraftmaschine einer
vorbestimmten Zünddrehzahl entspricht oder in einem vorbestimmten
Zünddrehzahlbereich liegt, und daß zwischen der Resonanzdrehzahl bzw.
dem Resonanzdrehzahlbereich und der Zünddrehzahl bzw. dem Zünd
drehzahlbereich ein vorbestimmter Abstand vorgesehen ist.
Die Zünddrehzahl kann beispielsweise im Bereich von 300 bis 500,
vorzugsweise im Bereich von 400 bis 450 Umdrehungen der Brenn
kraftmaschine pro Minute liegen. Dies stellt einerseits einen ausreichenden
Abstand zu den Resonanzdrehzahlen sicher, ermöglicht andererseits jedoch
noch relativ niederliegende Leerlaufdrehzahlen.
Zur bestmöglichen Verhinderung der Anregung von Resonanzschwingungen
wird vorgeschlagen, daß der vorbestimmte Abstand eine Bereichsbreite im
Bereich von 70 bis 250, vorzugsweise 120 bis 200 Umdrehungen der
Brennkraftmaschine pro Minute aufweist.
Ein weiterer Betriebszustand, in dem die Anregung von Resonanzschwingun
gen in einem Antriebssystem auftreten kann, ist das sogenannte "Motor
drücken". Dieses Motordrücken wird in einer Betriebsphase der Brenn
kraftmaschine, d. h. einer Phase, in welcher die Brennkraftmaschine
Leistung abgibt, erzeugt, wenn beispielsweise der Fahrer bei langsamer
Fahrt irrtümlicherweise in einen zu hohen Gang schaltet und somit aufgrund
der zu großen Übersetzung des Getriebes die Drehzahl der Brennkraftma
schine in einen Bereich deutlich unter der Leerlaufdrehzahl gedrückt wird.
Insbesondere ist es dabei möglich, daß die Drehzahl so weit gedrückt wird,
daß sie im Bereich der Resonanzdrehzahl bzw. des Resonanzdrehzahlbe
reichs der Schwingungsdämpfungseinrichtung bzw. des aus Schwingungs
dämpfungseinrichtung und Brennkraftmaschine gebildeten Schwingungs
systems liegt. Um auch bei einem derartigen "Motordrücken" die Anregung
von Resonanzschwingungen der Schwingungsdämpfungseinrichtung
vermeiden zu können, wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein
Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches umfaßt: eine
Brennkraftmaschine, einen mit der Brennkraftmaschine gekoppelten oder
koppelbaren Antriebsstrang, wenigstens eine im Antriebsstrang angeordnete
Schwingungsdämpfungseinrichtung, eine Steuereinrichtung zum Steuern
des Betriebs von Komponenten des Antriebssystems in Abhängigkeit von
einer Mehrzahl an Steuerparametern, einen Drehzahlsensor zum Erzeugen
eines eine Drehzahl der Brennkraftmaschine wiedergebenden Drehzahlsi
gnals zum Zuführen des Drehzahlsignals zur Steuereinrichtung als einen der
Steuerparameter, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, während
einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine die Leistungsabgabe der
Brennkraftmaschine dann wenigstens teilweise abzusenken, wenn die durch
den Drehzahlsensor erfaßte Drehzahl der Brennkraftmaschine unter einer
vorbestimmten Schwellendrehzahl ist, wobei die Schwellendrehzahl höher
liegt als eine Resonanzdrehzahl oder ein Resonanzdrehzahlbereich, in
welchem die Anregung von Resonanzschwingungen der wenigstens einen
Schwingungsdämpfungseinrichtung zu erwarten ist.
Wird also die Drehzahl der Brennkraftmaschine zwangsweise so weit
abgesenkt, daß die Anregung von Resonanzschwingungen zu erwarten ist,
so wird bereits vorher durch das wenigstens teilweise Senken der Leistungs
abgabe der Brennkraftmaschine bei Unterschreiten der Schwellendrehzahl
dafür gesorgt, daß die die Resonanzschwingung anregende Energie
zumindest deutlich verringert wird. Das heißt, sinkt die Drehzahl der
Brennkraftmaschine tatsächlich in den Bereich der Resonanzdrehzahl, so ist
aufgrund der zumindest abgesenkten Anregungsenergie die Anregung von
Resonanzschwingungen nahezu unmöglich.
Auch bei einem derartigen Antriebssystem ist es wiederum vorteilhaft, wenn
die Schwellendrehzahl einen vorbestimmten Abstand zur Resonanzdrehzahl
bzw. zum Resonanzdrehzahlbereich aufweisen. Der vorbestimmte Abstand
kann beispielsweise eine Bereichsbreite im Bereich von 100 bis 300,
vorzugsweise 150 bis 250 Umdrehungen der Brennkraftmaschine pro
Minute aufweisen. Man erkennt hier, daß der vorbestimmte Abstand
vorzugsweise eine Bereichsbreite aufweist, die größer sein kann als die
Bereichsbreite des entsprechenden Abstands in der Startphase. Dies ist
dadurch bedingt, daß in der Startphase ein relativ zügiges Hochdrehen der
Brennkraftmaschine mit einer Bewegung vom Resonanzbereich weg vorliegt,
wohingegen beim Motordrücken eine Annäherung der Drehzahl der
Brennkraftmaschine an den Resonanzdrehzahlbereich vorliegt und es somit
vorteilhaft sein kann, wenn ein größerer Sicherheitsabstand vorgesehen ist,
d. h. die Schwellendrehzahl höher liegt als eine Zünddrehzahl oder ein Zünd
drehzahlbereich der Brennkraftmaschine.
Ein größtmögliches Ausmaß an Sicherheit gegen die Anregung von
Resonanzschwingungen kann vorgesehen werden, wenn die Steuer
einrichtung dazu ausgebildet ist, bei Unterschreiten der Schwellendrehzahl
ein Zünden der Brennkraftmaschine vollständig zu unterbinden.
Alternativ ist es auch möglich, die Steuereinrichtung derart auszubilden, daß
bei Unterschreiten der Schwellendrehzahl ein Zünden der Brennkraftma
schine teilweise unterbunden wird.
Dies kann beispielsweise dann, wenn die Brennkraftmaschine eine Mehrzahl
von Zylindern aufweist, dadurch vorgesehen werden, daß die Steuer
einrichtung bei Unterschreiten der Schwellendrehzahl in einem Teil der
Zylinder das Zünden unterbindet.
Um in den vorangehend beschriebenen kritischen Betriebszuständen einer
Brennkraftmaschine, d. h. Startphase und normale Betriebsphase mit
Motordrücken, die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine wenigstens
teilweise abzusenken, wird hier vorgeschlagen, daß die Steuereinrichtung
das Zünden durch Verhindern des Vorliegens von Zündbedingungen
unterbindet.
Beispielsweise kann das Antriebssystem ein durch die Steuereinrichtung
steuerbares Kraftstoff-Einspritzsystem und/oder Drosselsystem umfassen,
und die Steuereinrichtung kann derart ausgebildet sein, daß sie das Zünden
durch wenigstens teilweises Verhindern der Kraftstoffeinspritzung durch das
Kraftstoff-Einspritzsystem und/oder Verändern einer Drosselklappenstellung
unterbindet.
Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem vorgesehen sein,
daß die Steuereinrichtung derart auf ein Zündsystem einwirkt, daß das
Zünden durch Verhindern der Erzeugung von Zündfunken unterbunden wird.
Weiter kann bei der Brennkraftmaschine ein durch die Steuereinrichtung
steuerbarer Einlaßventilmechanismus vorgesehen sein, wobei dann die
Steuereinrichtung das Zünden durch Geschlossenhalten wenigstens eines
Teils der Einlaßventile des Einlaßventilmechanismus unterbindet.
Eine weitere Maßnahme zum Verhindern der Zündung, d. h. zum Verhindern
des Vorliegens von Zündbedingungen, welche insbesondere in Verbindung
mit selbstzündenden Brennkraftmaschinen, d. h. Dieselmaschinen,
vorteilhaft ist, ist das Vorsehen eines durch die Steuereinrichtung steuer
baren Dekompressionventilmechanismus bei wenigstens einem Zylinder der
Brennkraftmaschine, wobei dann die Steuervorrichtung das Zünden durch
Öffnen wenigstens eines Ventil des Dekompressionsventilmechanismus
unterbindet.
Der Dekompressionsventilmechanismus kann beispielsweise einen
Einlaß/Auslaß-Ventilmechanismus der Brennkraftmaschine umfassen. In
diesem Falle wird dann zum Verhindern des Zündens durch Offenhalten der
Einlaß/Auslaßventile oder eines Teils der Einlaß/Auslaß-Ventile ein erforderli
cher Druckanstieg im Zylinder, welcher mit einer erforderlichen Temperatur
erhöhung im Zylinder einhergeht, vermieden.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem umfaßt vorteilhafterweise ferner eine
durch die Steuereinrichtung steuerbare Anlassereinrichtung, um die
Brennkraftmaschine während der Startphase wenigstens bis zur Zünd
drehzahl oder zum Zünddrehzahlbereich hochzudrehen. Dabei ist die
Steuereinrichtung in Zusammenwirkung mit der Maschine dann vor
teilhafterweise dazu ausgebildet, in der Startphase das durch die Anlasser
einrichtung zu erzeugende Anlaßdrehmoment kleinzuhalten. Diese Maß
nahme ermöglicht, daß im erfindungsgemäßen Antriebssystem herkömm
liche Anlassereinrichtungen verwendet werden können, die an sich lediglich
zum Hochdrehen der Brennkraftmaschine bis zu den bisher verwendeten
niederer liegenden Zünddrehzahlen eingesetzt werden können. Da jedoch
das durch die Anlassereinrichtung zu erzeugende Anlasserdrehmoment
durch geeignete Steuerung der Steuereinrichtung kleingehalten wird oder
herabgesetzt wird, kann auch eine hinsichtlich der Leistungsabgabe
schwächer dimensionierte Anlassereinrichtung in Verbindung mit dem
erfindungsgemäßen Antriebssystem zum Hochdrehen der Brennkraftma
schine bis zu den höher liegenden Zünddrehzahlen verwendet werden. Um
dies zu erreichen, kann beispielsweise vorgesehen sein, daß das Antriebs
system umfaßt:
- a) eine Kurbelwellen-Abkoppeleinrichtung zum durch die Steuereinrich tung gesteuerten Abkoppeln/Zukoppeln eines Teils der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und der mit diesem Teil zusammenwirkenden Zylinder vom/zum Antriebsstrang, und/oder
- b) einen Einlaß/Auslaß-Ventilmechanismus zum durch die Steuer einrichtung gesteuerten Zukoppeln/Abkoppeln wenigstens eines Teils der Einlaß- und/oder Auslaßventile desselben, und/oder
- c) einen Schaltsaugrohrmechanismus zum durch die Steuereinrichtung gesteuerten Zukoppeln/Abkoppeln/Öffnen zur Umgebung von wenigstens einem Saugrohr-Resonanzabschnitt, und/oder
- d) einen durch die Steuereinrichtung steuerbaren Entlüftungsventilme chanismus in wenigstens einem Zylinder der Brennkraftmaschine, und/oder
- e) eine durch die Steuereinrichtung an den Antriebsstrang ankoppelbare und von diesem abkoppelbare Trägheitsmasseneinrichtung,
wobei die Steuereinrichtung in der Startphase einen Teil der Kurbelwelle
abkoppelt und/oder einen Teil der Einlaß- und/oder Auslaßventile abkoppelt
und vorzugsweise in einem geöffneten Zustand hält und/oder den Schalt
saugrohrmechanismus in einen Einlaßentdrosselungs-Resonanzzustand
bringt und/oder den Entlüftungsventilmechanismus in einen geöffneten
Zustand bringt und/oder die Trägheitsmassenvorrichtung vom Antriebs
strang abkoppelt.
Jede dieser Maßnahmen hat zur Folge, daß die in der Brennkraftmaschine
in der Startphase erzeugten Reibungs- oder Trägheitskräfte möglichst gering
gehalten sind, so daß auch mit einer schwächer dimensionierten Anlasser
einrichtung die erforderlichen höher liegenden Zünddrehzahlen erreicht
werden können. Es wird hier darauf hingewiesen, daß dieser Aspekt der
Verringerung oder des Kleinhaltens der durch die Anlassereinrichtung zu
erzeugenden Anlaßdrehmomente eine selbständige Erfindung ist, da auch
bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen dann geringer dimensionierte
Anlassereinrichtungen verwendet werden können, was zu einer dement
sprechenden Kostenverringerung beiträgt.
Eine weitere Maßnahme, um mit einer herkömmlichen Anlassereinrichtung
die erforderlichen höheren Zünddrehzahlen erreichen zu können, ist das
Vorsehen einer Anlaßdrehmomentunterstützungseinrichtung, welche eine
Hilfskraft beim Anlassen der Brennkraftmaschine erzeugt.
Beispielsweise kann die Anlaßdrehmomentunterstützungseinrichtung
umfassen:
- a) eine zum Antreiben der Brennkraftmaschine betreibbare Licht maschine, und/oder
- b) eine Druckspeichereinrichtung zum Speichern eines unter Druck stehenden Mediums und zur Abgabe des unter Druck stehenden Mediums in der Startphase zum Vorsehen einer Hilfsantriebskraft, und/oder
- c) eine Anlasser-Reguliereinrichtung zum Vorsehen einer ersten Anlasser-Betriebsspannung während eines ersten Startphasen abschnitts und zum Vorsehen einer zweiten Anlasser-Betriebs spannung, welche höher ist als die erste Anlasser-Betriebsspannung, während eines zweiten Abschnitts der Startphase.
Auch hier wird wiederum darauf hingewiesen, daß das Vorsehen einer
derartigen Anlaßdrehmomentunterstützungseinrichtung losgelöst vom
Grundprinzip der vorliegenden Erfindung einen eigenen Erfindungsgedanken
beinhaltet, da auch damit bei herkömmlichen Antriebssystemen eine
kostengünstigere Leistungsdimensionierung der Anlassereinrichtungen
erreicht werden kann.
Ein weiterer Betriebszustand eines Antriebssystems, in welchem die
Anregung von Resonanzschwingungen in einer Schwingungsdämpfungsein
richtung auftreten kann, ist eine Stopphase der Brennkraftmaschine. Mit
einer derartigen Stopphase ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine
Phase gemeint, welche beginnt mit dem beispielsweise durch den Fahrzeug
fahrer initiierten Abschalten der Brennkraftmaschine, z. B. vermittels
Ausdrehen des Zündschlosses, und welche bis zum vollständigen Stillstand
der Brennkraftmaschine fortdauert. Auch in dieser Phase absinkender
Maschinendrehzahl durchläuft die Drehzahl den Resonanzdrehzahlbereich.
Zwar ist aufgrund der dann bereits im allgemeinen unterbundenen Leistungs
abgabe der Brennkraftmaschine durch Zündung eine relativ große Schwin
gungsanregungsenergie nicht mehr vorhanden. Aufgrund der im Trägheits
system der Brennkraftmaschine bzw. des Antriebsstrangs jedoch noch
vorhandenen kinetischen Energie können gleichwohl bei Durchlaufen der
Resonanzdrehzahl Schwingungen angeregt werden, die zu einem Geräusch
und darüber hinaus zu einem unangenehmen Fahrgefühl und zu einer
Beschädigung der Schwingungsdämpfungseinrichtung führen können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist daher ferner
ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, welches umfaßt: eine
Brennkraftmaschine, einen mit der Brennkraftmaschine gekoppelten oder
koppelbaren Antriebsstrang, wenigstens eine in dem Antriebsstrang
angeordnete Schwingungsdämpfungseinrichtung, eine Steuereinrichtung
zum Steuern des Betriebs von Komponenten des Antriebssystems in
Abhängigkeit einer Mehrzahl von Steuerparametern, eine Brennkraftma
schine-Betriebsstopp-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Beendigung
des Betriebs der Brennkraftmaschine und zum Erzeugen eines Betriebsstopp
signals und zum Zuführen des Betriebsstoppsignals zur Steuereinrichtung als
einen der Steuerparameter, wobei nach Erfassung des Betriebsstoppsignals
während einer Betriebsstopphase die weitere Erzeugung eines Antriebs
drehmoments durch die Brennkraftmaschine unterbunden ist, eine Anre
gungsunterbindungseinrichtung zum wenigstens teilweisen Unterbinden von
Schwingungsanregungen der wenigstens einen Schwingungsdämpfungsein
richtung, wobei die Anregungsunterbindungseinrichtung dann durch die
Steuereinrichtung in Betrieb setzbar ist, wenn die Steuereinrichtung das
Betriebsstoppsignal empfängt.
Beispielsweise kann die Anregungsunterbindungseinrichtung eine durch die
Steuereinrichtung steuerbare Bremskrafterzeugungseinrichtung zum
Erzeugen einer auf die Brennkraftmaschine einwirkenden Bremskraft
umfassen. Wird also in der Stopphase durch die Steuereinrichtung die
Bremskrafterzeugungseinrichtung in Betrieb gesetzt, wodurch ein Brems
moment auf die Brennkraftmaschine ausgeübt wird, so hat dies zur Folge,
daß ein relativ schnelles Abbremsen der Bremskraftmaschine, d. h. ein
relativ schneller Abfall der Drehzahl derselben auftritt. Aufgrund des
schnellen Drehzahlabfalls wird in entsprechender Weise der Resonanz
drehzahlbereich sehr schnell durchlaufen, so daß aufgrund der relativ kurzen
Verweilzeit der Maschinendrehzahl im Resonanzbereich die Anregung und
Anfachung von Resonanzschwingungen nahezu unmöglich ist.
Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Bremskrafterzeugungs
einrichtung eine Druckspeichereinrichtung umfaßt, welche durch die
Steuereinrichtung nach Empfang des Betriebsstoppsignals zum Speichern
eines Mediums unter Druck betreibbar ist, wobei die zum Speichern des
Mediums unter Druck erforderliche Kompressionsenergie durch die
Brennkraftmaschine vorgesehen wird. Wie bereits vorangehend beschrieben,
kann diese Druckspeichereinrichtung dann in vorteilhafter Weise auch dazu
genutzt werden, in einer Startphase eine Hilfskraft für die Anlasser
einrichtung zu erzeugen.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante kann die Anregungsunterbindungs
einrichtung zur Verringerung eines Drehwiderstands der Brennkraftmaschine
und/oder zur Verringerung einer mit dem Antriebsstrang gekoppelten
Drehmassenträgheit der Brennkraftmaschine ausgebildet sein. Diese
Maßnahmen haben zur Folge, daß die beim Abfall der Drehzahl noch in der
Brennkraftmaschine vorhandene kinetische Energie bzw. die zur Schwin
gungsanregung beitragende träge Masse, gesenkt werden können.
Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Anregungsunter
bindungseinrichtung umfaßt:
- a) einen durch die Steuereinrichtung steuerbaren Dekompressions ventilmechanismus, und/oder
- b) eine Kurbelwellenabkoppeleinrichtung zum durch die Steuereinrich tung gesteuerten Abkoppeln eines Teils einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und der diesem Teil zugeordneten Zylinder vom Antriebsstrang, und/oder
- c) einen durch die Steuereinrichtung zukoppelbaren/abkoppelbaren Einlaß/Auslaßventilmechanismus,
- d) eine durch die Steuereinrichtung in den Antriebsstrang ankoppelbare und von diesem abkoppelbare Trägheitsmasseneinrichtung,
wobei in der Betriebsstopphase die Steuereinrichtung wenigstens ein Ventil
des Dekompressionsventilmechanismus öffnet und/oder den Teil der
Kurbelwelle vom Antriebsstrang abkoppelt und/oder wenigstens einen Teil
der Einlaßventile/Auslaßventile von dem Einlaß/Auslaßventilmechanismus
abkoppelt und vorzugsweise in einem geöffneten Zustand hält, und/oder die
Trägheitsmasseneinrichtung vom Antriebsstrang abkoppelt.
Das Betriebsstoppsignal kann beispielsweise nach Erfassung einer Betäti
gung eines Zündschloßmechanismus im Sinne einer Betriebsbeendigung der
Brennkraftmaschine erzeugt werden, und die wenigstens eine Schwingungs
dämpfungseinrichtung kann einen Torsionsschwingungsdämpfer, vorzugs
weise ein mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppeltes Zwei-
Massen-Schwungrad umfassen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer
Brennkraftmaschine, welche mit einem Antriebsstrang gekoppelt oder
koppelbar ist, wobei im Antriebsstrang wenigstens eine Schwingungs
dämpfungseinrichtung vorgesehen ist, umfassend:
- a) in einer Startphase der Brennkraftmaschine das Unterbinden des Zündens derselben solange, bis eine Drehzahl der Brennkraftmaschine höher ist als eine Resonanzdrehzahl oder ein Resonanzdrehzahlbe reich, in welchem die Anregung von Resonanzschwingungen in der wenigstens einen Schwingungsdämpfungseinrichtung zu erwarten ist, und/oder
- b) in einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine das wenigstens teilweise Absenken der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine dann, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine unter eine vor bestimmte Schwellendrehzahl fällt, und/oder
- c) in einer Betriebsbeendigungsphase der Brennkraftmaschine ein schnelles Abbremsen der Bremskraftmaschine und/oder eine Verringerung der mit dem Antriebsstrang gekoppelten Massenträgheit der Brennkraftmaschine und/oder das Verringern des Drehwider stands der Brennkraftmaschine.
Durch die vorliegende Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, mit an
sich bei verschiedenen Antriebssystemen bereits vorhandenen Komponenten
das Auftreten von Resonanzschwingungen zu vermeiden. Insbesondere
kann durch die geeignete Ausgestaltung der Steuereinrichtung, welche bei
modernen Antriebssystemen bereits zur Steuerung einer Vielzahl von
Komponenten des Antriebssystems vorgesehen ist, derart auf die Brenn
kraftmaschine oder andere Komponenten des Antriebssystems eingewirkt
werden, daß die Schwingungserzeugung vermieden wird. Auch können, wie
vorangehend bereits beschrieben, verschiedene weitere, durch die
Steuereinrichtung ansteuerbare Systeme oder Komponenten des Antriebs
systems, wenn sie bereits vorgesehen sind, in eine derartige Steuerung
einbezogen werden, um auch hier das Vermeiden der Anregung von
Resonanzschwingungen unterstützende Effekte vorsehen zu können.
Es wird darauf hingewiesen, daß der in der vorliegenden Beschreibung und
den Ansprüchen verwendete Ausdruck "Steuern" nicht nur so zu verstehen
ist, daß er einen Steuereingriff ohne entsprechende Rückkopplung
beinhaltet, sondern ist so zu verstehen, daß er jede Art von Regulier
wechselwirkung zwischen steuerndem und gesteuertem System im Sinne
einer Steuerung oder Regelung umfaßt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben. Es
zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Antriebssystems;
Fig. 2-4 jeweils den in verschiedenen Betriebszuständen zeitabhängigen
Verlauf einer Drehzahl an der Sekundärseite eines Torsions
schwingungsdämpfers;
Fig. 5 den Verlauf einer Vergrößerungsfunktion;
Fig. 6 u. 7 jeweils den Strom- und Spannungsverlauf bei einer Anlasserlei
stungsregulierung.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Problematik der Erzeugung
von Schwingungsanregungen in einem Torsionsschwingungsdämpfer. Wie
bereits eingangs erwähnt, werden Torsionsschwingungsdämpfer hinsichtlich
ihrer Resonanzfrequenzen derart ausgelegt, daß diese Frequenzen möglichst
weit von einem normalen Betriebszustand, d. h. einer normalen Betriebs
drehzahl, entfernt liegen. Im allgemeinen liegen bei bekannten Torsions
schwingungsdämpfern die Resonanzdrehzahlen im Bereich von 250 bis 330
Umdrehungen pro Minute, so daß ein Sicherheitsabstand zu einer Leerlauf
drehzahl vorgesehen ist, die im Bereich zwischen 700 und 900 Umdrehun
gen pro Minute liegt. Da jedoch auch die Zünddrehzahl im Bereich der
Resonanz liegt, müssen bei derartigen Torsionsschwingungsdämpfern sehr
massive Reibeinrichtungen vorgesehen werden, die verhindern, daß in der
Startphase, bei der dennoch die Anregungen von Resonanzen auftreten
kann, die Torsionsschwingungsdämpfer in Endanschlagstellungen kommen,
in welchen eine Beschädigung derselben auftreten kann. Im nachfolgenden
werden Ausgestaltungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, in
welchen derartige Probleme beseitigt sind.
Zunächst wird mit Bezug auf die Fig. 1 ganz allgemein ein Antriebssystem
für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Das Antriebssystem 10 umfaßt eine
Brennkraftmaschine 12, die beispielsweise eine mehrzylindrige Brenn
kraftmaschine mit einem, zwei, drei, vier oder mehr Zylindern sein kann. In
jedem Zylinder 14 ist ein Kolben 16 verschiebbar aufgenommen. Jeder
Kolben 16 ist durch eine in den Figuren nur schematisch angedeutete
Pleuelstange 18 mit einer Kurbelwelle 20 verbunden, um die Kurbelwelle 20
zur Drehung anzutreiben. In einem oberen Bereich jedes Zylinders ist ein
Einlaß/Auslaß-Ventilmechanismus 22 vorgesehen, welcher für jeden Zylinder
mindestens ein Einlaßventil 24 und mindestens ein Auslaßventil 26
aufweist. In einem Einlaßströmungskanal 28 ist eine Drosselklappe 30
vorgesehen. Ferner ist im oberen Bereich jedes Zylinders 14 mindestens eine
Zündkerze 32 angeordnet. Zur Kraftstoffzufuhr ist ein in jeden Zylinder,
d. h. die Brennkammer in jedem Zylinder, einspritzendes Kraftstoffein
spritzventil 33 vorgesehen. Die Brennkraftmaschine 12 weist ferner ein
allgemein mit 46 bezeichnetes Dekompressionsventil bei jedem der Zylinder
14 auf, dessen Funktion später beschrieben wird. Das Einspritzventil kann
auch im Bereich des Einlaßströmungskanals 28 oder einem vorkammer
artigen abgetrennten Bereich des Zylinders 14 angeordnet und als Vergaser
einrichtung ausgeführt sein.
Mit der Kurbelwelle 20 der Brennkraftmaschine 12 ist ein Zwei-Massen-Schwung
rad 34 drehfest gekoppelt, welches eine erste Massenkomponente
36 sowie eine zweite Massenkomponente 38 aufweist. Die beiden
Massenkomponenten sind beispielsweise durch Schraubenfedern aneinander
gelagert und können somit gegeneinander um eine Drehachse A schwingen.
Mit der ersten Massenkomponente ist drehfest eine Kraftfahrzeugreibungs
kupplung 40 von an sich bekanntem Aufbau gekoppelt. Ausgangsseitig ist
die Kupplung 40 mit einem Getriebe 42 verbunden, das die antreibende
Einheit, beispielsweise die Antriebsräder 44 des Fahrzeugs antreibt.
Mit der Kurbelwelle 20 ist ferner ein Anlasser 48 zum Hochdrehen der
Brennkraftmaschine 12 bis zu einer Zünddrehzahl gekoppelt, wobei der
Anlasser 48 seine Energie aus einer Batterie 50 zieht. Am anderen Ende der
Kurbelwelle 20 ist diese mit einer Lichtmaschine 52 gekoppelt, die
beispielsweise für die Bereitstellung der Energie zum Antrieb verschiedener
Nebenaggregate verwendet wird.
Dieses vorangehend beschriebene Antriebssystem steht unter der Steuerung
bzw. Regelung einer Steuereinrichtung 54. So steuert die Steuereinrichtung
54 den Betrieb des Einspritzventils oder der Einspritzventile 33, steuert oder
regelt den Betrieb jeder Drosselklappe 30, wobei ferner ein Drosselöffnungs
senor 56 vorgesehen ist, über welchen die Steuereinrichtung 54 Information
über den momentanen Öffnungsgrad der Drosselklappe 30 erhält. Ferner
gibt die Steuereinrichtung 54 einen Zündbefehl zu einer Zündeinrichtung 58
ab, welche dann die Zündspannung für die Zündkerze oder jede Zündkerze
32 erzeugt. In analoger Weise wird bei Dieselmotoren dann der Einspritzvor
gang eingeleitet. Auch der Einlaß/Auslaß-Ventilmechanismus 22 steht über
einen Ventilbetätigungsmechanismus 60 in Verbindung mit der Steuer
einrichtung 54. So ist es beispielsweise möglich, daß nach entsprechender
Ausgabe von Befehlen durch die Steuereinrichtung 54 der Ventilbetäti
gungsmechanismus 60 in jedem Zylinder nur eines einer Mehrzahl von Einlaß-
oder Auslaßventilen betätigt oder/und nur die Ventile bestimmter Zylinder
betätigt und die Ventile anderer Zylinder in einem geöffneten oder ge
schlossenen Zustand hält.
In entsprechender Weise steuert die Steuereinrichtung 54 das Dekom
pressionsventil 56 über einen Betätigungsmechanismus 62 zum Öffnen oder
zum Schließen, wie nachfolgend beschrieben. Ferner stehen, wie ebenfalls
nachfolgend beschrieben, die Lichtmaschine 52 und der Anlasser 48 unter
der Steuerung der Steuereinrichtung 54. Auch die Kurbelwelle 20 selbst
kann durch die Steuereinrichtung 54 angesteuert werden, wenn diese eine
in mehrere Teile trennbare Kurbelwelle ist, bei welcher durch Öffnen einer
Kupplung ein Teil der Kurbelwelle und damit die mit diesem Teil gekoppelten
Zylinder vom Antriebsstrang 25 abgekoppelt werden können. Auch das
Zwei-Massen-Schwungrad 34 steht mit der Steuereinrichtung 54 in
Verbindung. Einerseits wird durch einen Drehzahlsensor 64 die Drehzahl des
Zwei-Massen-Schwungrads 34, welche der Drehzahl der Brennkraftma
schine entspricht, als ein Steuerparameter in die Steuereinrichtung 54
eingegeben. Andererseits wird das Zwei-Massen-Schwungrad 34 durch die
Steuereinrichtung 54 derart angesteuert, daß in Abhängigkeit von bestimm
ten Betriebszuständen beispielsweise ein Teil der zweiten Massenkom
ponente 38 vom Antriebsstrang 25 abgekoppelt werden kann, um somit die
gesamte Massenträgheit des Antriebsstrang 25 zu verringern.
Obgleich in den Figuren nicht dargestellt, kann bei der Brennkraftmaschine
12 ferner im Lufteinlaßsystem ein sogenanntes Schaltsaugrohr vorgesehen
sein, welches eine Mehrzahl von durch entsprechende Klappen, die
wiederum unter Steuerung der Steuereinrichtung 54 stehen, zu- oder
abschaltbare Rohr-Resonanzabschnitte aufweist. Durch geeignetes Zu- oder
Abschalten der Resonanzabschnitte kann im Lufteinlaßsystem eine
Resonanz in der Einlaßluftsäule erzeugt werden, die das Einleiten von Luft
durch die Drosseleinrichtung hindurch unterstützt. Ferner kann durch Öffnen
des Lufteinlaßsystems zur Umgebung unmittelbar vor dem Zylinder der
Strömungswiderstand stark gemindert werden.
Der Betrieb des erfindungsgemäßen Antriebssystems 10 wird nachfolgend
beschrieben. Zunächst wird eine Startphase beschrieben, d. h. eine Phase,
die beginnt, nachdem durch einen Fahrer beispielsweise ein Zündschlüssel
in ein Zündschloß eingeführt und zum Anlassen der Brennkraftmaschine 12
gedreht worden ist, und die endet, wenn nach dem Hochdrehen der
Brennkraftmaschine 12 eine Leerlaufdrehzahl L erreicht worden ist. Eine
derartige Phase ist in Fig. 2 wiedergegeben, welche den zeitabhängigen
Verlauf der Drehzahl der getriebeseitigen Komponente des Zwei-Massen-Schwung
rads 34, d. h. der ersten Massenkomponente 36 des Zwei-Massen-Schwung
rads 34, darstellt. Dabei ist die Kurve A eine Kurve, welche den
Verlauf der Drehzahl bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen
wiedergibt, und die Kurve B ist eine Kurve, welche den Drehzahlverlauf bei
dem erfindungsgemäßen Antriebssystem wiedergibt.
Zunächst wird nach dem Anlassen der Anlasser 48 durch die Steuer
einrichtung 54 in Betrieb gesetzt, so daß dieser die Kurbelwelle 20 und
somit die Kolben 16 in den Zylindern 14 antreibt. Beim Hochdrehen der
Brennkraftmaschine 12 wird zunächst ein Drehzahlband R erreicht, welches
um eine Resonanzdrehzahl NR des Zwei-Massen-Schwungrads 34 herum
liegt. Dieser Frequenzbereich R reicht beispielsweise von 250 bis 330
Umdrehungen der Brennkraftmaschine pro Minute. Läuft die Brennkraftma
schine 12 in einem derartigen Drehzahlbereich, so ist aufgrund der
Leistungsabgabe die Anregung von Resonanzschwingungen im Zwei-Mas
sen-Schwungrad 34 zu erwarten, wie bei der Kurve A erkennbar. Im
Stand der Technik, bei dem auch die Zünddrehzahl in diesem Drehzahlbe
reich liegt, müssen daher in den Zwei-Massen-Schwungrädern massive
Reibeinrichtungen vorgesehen werden und die Zwei-Massen-Schwungräder
selbst sehr massiv ausgebildet werden. Die vorliegende Erfindung sieht nun
vor, daß die Zünddrehzahl NZ aus dem Band R heraus und nach oben in
Richtung zu höheren Drehzahlen verlagert ist. Beispielsweise kann die
Zünddrehzahl NZ in einem Zünddrehzahlbereich Z von 300 bis 500,
vorzugsweise 400 bis 450 Umdrehungen der Brennkraftmaschine 12 pro
Minute liegen. Es ist dann ein ausreichender Sicherheitsabstand zwischen
dem Resonanzdrehzahlbereich R und dem Zünddrehzahlbereich Z vor
gesehen, so daß, wie in Fig. 2 anhand der Kurve B zu erkennen, beim
Startvorgang die Anregung von Resonanzen nahezu vollständig unterbunden
werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 10 werden also durch die
Steuereinrichtung 54 erst bei Erreichen des Zünddrehzahlbereichs Z oder der
Zünddrehzahl NZ die Zündbedingungen für die Brennkraftmaschine 12
bereitgestellt. Die Zündbedingungen umfassen zunächst, daß ein zündfähi
ges Gemisch vorliegt, d. h. die Gemischzusammensetzung muß innerhalb
der Zündgrenzen liegen. Fremdgezündete Kraftstoffe, wie sie beispielsweise
bei Otto-Motoren verwendet werden, zünden nur in sehr engen Grenzen des
Luft/Kraftstoff-Gemisches, so daß aufgrund einer geeignet dosierten
Steuerung der Luftzufuhr durch die jeweiligen Drosselklappen 30 und die
Kraftstoffzufuhr durch die Einspritzventile 33 unter Steuerung der Steuer
einrichtung 54 dafür gesorgt werden kann, daß bei Eintritt in den Zünd
drehzahlbereich Z ein zündfähiges Gemisch vorliegt. Bei selbstzündenden
Kraftstoffen, wie sie in Diesel-Motoren verwendet werden, erfolgt die
Zündung in einem wesentlich breiteren Bereich, so daß die Steuerung hier
im wesentlichen über die Dosierung der Einspritzmenge vorgenommen wird
und eine Drosselung der Luftzufuhr nicht erforderlich ist. Die Zündbedingun
gen erfordern weiter, daß die erforderliche Zündtemperatur an zumindest
einer Stelle im zündfähigen Gemisch erreicht wird. Bei Otto-Motoren wird
dies durch Erzeugung eines Zündfunkens über die Zündkerzen 32, wiederum
unter Steuerung der Steuereinrichtung 54 erreicht. Bei Diesel-Motoren wird
die Zündtemperatur ohne zusätzliche Energie, d. h. ohne Einleiten eines
Zündfunkens aufgrund der Verdichtung des Gemisches erreicht.
Zeigt also das der Steuereinrichtung 54 vom Drehzahlsensor 64 zugeführte
Drehzahlsignal an, daß der Zünddrehzahlbereich Z erreicht ist, so werden
durch die Steuereinrichtung 54 die Zündbedingungen eingestellt, d. h. es
wird ein geeignetes zündfähiges Gemisch in die jeweiligen Zylinder
eingeleitet oder darin erzeugt und es wird, bei Otto-Motoren, für die
Erzeugung einer geeigneten Zündtemperatur durch Funkenerzeugung
gesorgt. Bei Diesel-Motoren kann zusätzlich in einem Drehzahlzustand, in
dem der Zünddrehzahlbereich Z nicht erreicht ist, das Dekompressionsventil
46 in jedem der Zylinder 14 unter Steuerung der Steuereinrichtung 54
offengehalten werden, so daß aufgrund der mangelnden Kompression das
in die Zylinder 14 eingeleitete Gemisch bzw. die Luft noch nicht zünden
kann. Erst bei Erreichen der Zünddrehzahl NZ oder des Zünddrehzahlbereichs
Z werden durch die Steuereinrichtung 54 die Dekompressionsventile 46
geschlossen, so daß die Zündung stattfinden kann.
Das Verschieben der Zünddrehzahl NZ bzw. des Zünddrehzahlbereichs Z zu
höheren Drehzahlen hat neben dem Vorteil des Vermeidens der Schwin
gungsanregungen von Resonanzen bei herkömmlichen Zwei-Massen-Schwung
rädern noch weitere Vorteile. So ist es beispielsweise möglich,
Zwei-Massen-Schwungräder einzusetzen, deren Resonanzdrehzahl höher
liegt, beispielsweise bei NRa in Fig. 2. Da bei diesen Zwei-Massen-Schwung
rädern dann die Resonanzfrequenz nicht so nieder gehalten werden muß,
wie es beim Stand der Technik bisher der Fall ist, können die Zwei-Massen-Schwung
räder hinsichtlich ihrer Schwingungsdämpfungsfunktion für
höherliegende Drehzahlbereiche, in welchen die Schwingungsanregung im
Antriebsstrang zu erwarten ist, optimiert werden. Auch ist es mit einer
derart nach oben verlagerten Zünddrehzahl möglich, Zwei-Massen-Schwung
räder bei Brennkraftmaschinen mit weniger Zylindern, beispiels
weise drei Zylindern zu verwenden, für welche bisher noch keine Zwei-Mas
sen-Schwungräder entwickelt werden konnten. Da bei der Startphase
die Anregung von Resonanzschwingungen praktisch nicht zu erwarten ist,
kann ferner auf die bisher erforderlichen, sehr massiven Reibeinrichtungen
verzichtet werden, wodurch einerseits wieder ein besseres Schwingungs
dämpfungsverhalten der Zwei-Massen-Schwungräder in anderen Drehzahl
bereichen erreicht werden kann und andererseits erhebliche Kostenein
sparungen erzielt werden können.
Es wird hier darauf hingewiesen, daß das Verschieben der Zünddrehzahl
nach oben, d. h. das Anordnen der Zünddrehzahl bzw. des Zünddrehzahlbe
reichs oberhalb des Resonanzdrehzahlbereichs bei einer Mehr-Zylinder-Brenn
kraftmaschine nicht notwendigerweise für alle Zylinder durchgeführt
werden muß. So ist es beispielsweise auch möglich, für einige Zylinder das
Zünden bei einer herkömmlichen Zünddrehzahl vorzunehmen, und für andere
Zylinder die Zünddrehzahl bei höheren Werten anzusiedeln. Es wird damit
also das Grundprinzip erreicht, daß in der Startphase im Bereich der
Resonanzdrehzahl die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine zumindest
gesenkt ist. Dies hat den Vorteil, daß aufgrund der verringerten Leistungs
abgabe einerseits die Anregung von Resonanzschwingungen vermindert
werden kann, andererseits aufgrund der in diesem Drehzahlbereich zur
Verfügung stehenden Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine keine zu
sätzlichen Maßnahmen ergriffen werden müssen, um vermittels eines
Anlassers die Brennkraftmaschine zu relativ hohen Zünddrehzahlen
hochdrehen zu können.
Nachfolgend wird der Betrieb des erfindungsgemäßen Antriebssystems
während eines Betriebs, d. h. normalen Betriebs, der Brennkraftmaschine
12, d. h. einem Betrieb, in dem die Maschine normalerweise oberhalb der
Leerlaufdrehzahl L dreht, beschrieben. Während eines derartigen Betriebs
kann es beispielsweise vorkommen, daß aufgrund eines Schaltfehlers des
Fahrers die Drehzahl der Brennkraftmaschine massiv gedrückt wird und weit
unter die Leerlaufdrehzahl L abfällt. Dies kann beispielsweise beim Einparken
der Fall sein, wenn anstelle vom zweiten in den ersten Gang, vom zweiten
in den dritten Gang geschaltet wird. Auch in einem derartigen normalen
Betrieb der Brennkraftmaschine kann also der Fall auftreten, daß die
Drehzahl der Brennkraftmaschine so weit abfällt, daß sie wiederum in den
Bereich der Resonanzdrehzahl NR abfällt, in welchem in dem Schwingungs
system Brennkraftmaschine-Zwei-Massen-Schwungrad die Anregung von
Resonanzschwingungen zu erwarten ist. Dies ist in Fig. 3 wiederum durch
die Kurve A bezeichnet, welche einen Drehzahlverlauf beim Stand der
Technik wiedergibt. Beim Drücken der Maschinendrehzahl und bei der
Annäherung an die Resonanzdrehzahl NR treten wieder massive Resonanz
schwingungen auf, welche bisher erfordert haben, daß Maßnahmen zum
Dämpfen vorgesehen werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun
in einem derartigen Falle dafür gesorgt, daß durch die Steuereinrichtung 54
Maßnahmen getroffen werden, die das Auftreten von Resonanzschwingun
gen verhindern.
Eine erste mögliche Maßnahme ist, daß bei Unterschreiten einer Abschalt
drehzahl Na durch die Steuereinrichtung 54 die Leistungsabgabe der
Brennkraftmaschine 12 vollständig unterbunden wird, d. h. es wird durch
die Steuereinrichtung 54 wieder dafür gesorgt, daß die Zündbedingungen
nicht erfüllt sind. Beispielsweise wird die Kraftstoffeinspritzung und/oder die
Luftzufuhr und/oder die Erzeugung von Zündfunken unterbunden. Dies hat
zur Folge, daß in einem derartigen Zustand der Resonanzdrehzahlbereich
oder die Resonanzdrehzahl ohne Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine
12 und somit ohne nennenswerte Anregung von Resonanzschwingungen
durchlaufen wird und die Brennkraftmaschine 12 schließlich zum Stillstand
kommt (Verlauf B1). Zwar erfordert diese Maßnahme, daß nach einem
derartigen Schaltfehler des Fahrers die Brennkraftmaschine erneut gestartet
werden muß, doch ist ein sehr hohes Ausmaß an Sicherheit gegen die
Anregung von Schwingungen vorgesehen, so daß auch für einen derartigen
Zustand des Drückens der Drehzahl der Brennkraftmaschine keine Si
cherheitsmaßnahmen, beispielsweise Reibeinrichtungen oder dergleichen,
vorgesehen sein müssen.
Eine zweite mögliche Maßnahme ist, daß durch die Steuereinrichtung 54 die
Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 12 nur teilweise gesenkt wird.
Dies kann beispielsweise dadurch vorgenommen werden, daß nur in einem
Teil der Zylinder die Zündbedingungen erfüllt werden und ein anderer Teil
der Zylinder nicht zur Leistungsabgabe beiträgt, oder daß ein Teil der
Kurbelwelle mit den zugehörigen Zylindern vom Antriebsstrang abgekoppelt
wird, so daß wiederum nur ein Teil der Zylinder zur Leistungsabgabe in den
Antriebsstrang beiträgt. Da in einem derartigen Zustand die Leistungsabgabe
der Brennkraftmaschine so weit gesenkt werden kann, daß diese lediglich
noch genügt, um die Maschinendrehzahl wieder zur Leerlaufdrehzahl und
über die Abschaltdrehzahl Na hochzuführen, ist auch dabei die Anregung
von Schwingungen nahezu vollständig vermieden. Dieser Zustand ist in Fig.
3 durch die gestrichelte Linie B2 dargestellt. Es sei hier erwähnt, daß zum
Erzeugen der Leistungsverringerung der Brennkraftmaschine 12 eine Vielzahl
weiterer Maßnahmen vorgenommen werden kann. So ist es beispielsweise
möglich, daß das Gemisch stark abgemagert oder überfettet wird, daß nur
eines von beispielsweise zwei Einspritzventilen jedes Zylinders geöffnet
wird, oder dergleichen. Auch ist es möglich, durch die Steuereinrichtung 54
einen Teil der Trägheitsmasse des Zwei-Massen-Schwungrads 34 ab
zukoppeln, so daß die durch die kinetische Trägheitsenergie in der
Brennkraftmaschine bzw. im Antriebsstrang vorhandene Schwingungs
anregungsenergie so weit als möglich gesenkt werden kann. Die Ver
ringerung der Leistungsabgabe kann auch dadurch erreicht werden, daß in
den Zylindern der Zündzyklus verändert wird, d. h. beispielsweise jede
zweite Zündung ausgesetzt wird, wobei diese Maßnahme in einem Teil oder
in allen Zylindern vorgenommen werden kann.
Die für den normalen Betrieb vorgesehene Abschaltdrehzahl Na liegt
vorzugsweise höher als die Zünddrehzahl NZ, beispielsweise um einen Faktor
1,4 höher als die Zünddrehzahl NZ. Dies hat den folgenden Grund. Wie man
in Fig. 5 erkennt, in welcher eine Vergrößerungsfunktion für die Resonanz
schwingungen dargestellt ist, fällt die Anregung oberhalb der Resonanz
frequenz fR, bei welcher die Bedingung ν = anregende Frequenz Ω/Eigenfre
quenz ω0 = 1 erfüllt ist, stark ab. In dieser mit k bezeichneten Abklingphase
liegen nunmehr die Zündfrequenz fz und die Abschaltfrequenz fa. In der
Startphase bewegt sich das System entlang der Vergrößerungskurve bei
Betrachtung in Fig. 5 von links nach rechts, d. h. bewegt sich in einer sehr
stark abfallenden Richtung der Vergrößerungskurve. Das heißt, es kann die
Zündfrequenz fZ näher an das Amplitudenmaximum bei Eigenfrequenz des
Schwingungssystems herangelegt werden, da bis zu dem Zeitpunkt, zu dem
die Brennkraftmaschine dann tatsächlich zündet, eine weitere Bewegung
vom Amplitudenmaximum weg durchgeführt wird. Beim Motordrücken
findet jedoch eine Bewegung entlang der Amplitudenkurve auf das
Amplitudenmaximum zu statt. Das heißt, es muß bereits frühzeitig dafür
gesorgt werden, daß die Zündbedingungen nicht mehr erfüllt werden, um
nicht aufgrund der Trägheit des Systems trotz eines eingeleiteten,
zumindest teilweisen Senkens der Leistungsabgabe noch in einen relativ
hohen Bereich der Anregung zu gelangen. Aus diesem Grund liegt die
Abschaltfrequenz fa und somit auch die Abschaltdrehzahl Na höher als die
Zündfrequenz fZ und somit die Zünddrehzahl NZ.
Ein weiterer Zustand in welchem die Anregung von Anregungsschwingun
gen im Torsionsschwingungsdämpfer möglich ist, ist die Stopphase der
Brennkraftmaschine. Die Stopphase wird eingeleitet, wenn beispielsweise
durch einen Fahrer der Zündschlüssel im Sinne eines Abschaltens der
Brennkraftmaschine betätigt wird, und endet dann, wenn die Drehzahl der
Brennkraftmaschine auf Null gesunken ist. Dieser Zustand ist in Fig. 4
dargestellt, in welcher die Kurve A wiederum den Verlauf beim Stand der
Technik und die Kurve B den Verlauf beim erfindungsgemäßen Antriebs
system 10 darstellt. Nach Betätigung des Zündschlüssels im Sinne des
Abschaltens der Brennkraftmaschine 12 werden spontan die Zündbedingun
gen unterbunden, d. h. die Steuereinrichtung 54 sorgt dafür, daß die
Brennkraftmaschine ab diesen Zeitpunkt nicht mehr zündet. Beim Abfall der
Drehzahl wird wiederum der Resonanzdrehzahlbereich bzw. die Resonanz
drehzahl durchlaufen. Da in der Brennkraftmaschine jedoch noch kinetische
Energie aufgrund der Massenträgheit der sich drehenden Kurbelwelle bzw.
des sich drehenden Antriebsstrangs vorhanden ist, kann im Zwei-Massen-Schwung
rad 34 noch eine Resonanzschwingung durch die oszillierenden
Massen- und Gaskräfte der Kolbenmaschine erzeugt werden, die jedoch
deutlich geringere Amplituden aufweist, als dies der Fall ist, wenn die
Brennkraftmaschine zündet. Um eine derartige Anregung in der Stopphase
verhindern zu können, sind gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene
Maßnahmen vorgesehen, welche für eine Minimierung der Schwingungs
anregung im Zwei-Massen-Schwungrad 34 sorgen. Diese Maßnahmen
können in zwei Kategorien gegliedert werden, eine erste Kategorie von
Maßnahmen, welche für einen möglichst schnellen Durchlauf des Resonanz
frequenzbereichs in der Stopphase sorgen, und eine zweite Kategorie von
Maßnahmen, welche dafür sorgen, daß die in der Brennkraftmaschine bzw.
im Antriebssystem noch vorhandene kinetische Energie in möglichst
geringem Maße zur Schwingungsanregung beitragen kann. Diese Maßnah
men werden nachfolgend in Verbindung mit einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung beschrieben, der sich damit befaßt, wie die
Brennkraftmaschine in der Startphase mit dem Anlasser bis zur Zünd
drehzahl bzw. zum Zünddrehzahlbereich hochgedreht werden kann.
Die bei Brennkraftmaschinen vorgesehenen Anlasser sind im allgemeinen
derart ausgelegt, daß sie die Brennkraftmaschine etwa bis zur Zünddrehzahl
oder geringfügig höher drehen können. Da bei bekannten Systemen die
Zünddrehzahl im Bereich der Resonanzdrehzahl, also im Bereich von 250 bis
330 Umdrehungen der Brennkraftmaschine pro Minute liegt, sind die für
diese Brennkraftmaschinen vorgesehenen Anlasser hinsichtlich ihrer
Leistungsabgabe ebenfalls derart ausgelegt, daß sie die Brennkraftmaschine
bis zu diesem Drehzahlbereich hochdrehen können. Um nun jedoch gemäß
der vorliegenden Erfindung zu einem Drehzahlbereich zu gelangen, der
deutlich höher liegt, nämlich im Bereich von 400 bis 550 Umdrehungen pro
Minute, ist eine mögliche Maßnahme diejenige, einen leistungsstärkeren
Anlasser zu verwenden. So können beispielsweise für Vier-Zylinder-Brenn
kraftmaschinen Anlasser verwendet werden, die normalerweise bei
Sechs-Zylinder-Maschinen eingesetzt werden. Dies ist jedoch aus Kosten
gründen nicht immer erwünscht, da derartige leistungsstärkere Anlasser zu
entsprechend höheren Kosten führen. Im folgenden sind einige Maßnahmen
angegeben, welche in Verbindung mit herkömmlichen Anlassern, d. h.
Anlassern, die an sich dazu ausgelegt sind, lediglich bis zu den bisher
erforderlichen Zünddrehzahlen hochzudrehen, das Erreichen der von der
vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen höheren Zünddrehzahlen ermögli
chen.
Eine erste Maßnahme ist die Reibungs- oder Massenverringerung im
Antriebssystem während der Startphase. Das heißt, es werden Teile der
Brennkraftmaschine in der Startphase stillgelegt, die zum Zünden nicht
unbedingt erforderlich sind. So kann durch die Steuereinrichtung 54
beispielsweise ein Teil der Kurbelwelle und die damit verbundenen Zylinder
abgekoppelt werden; es können Teile des Einlaß/Auslaß-Ventilmechanismus
stillgelegt werden und lediglich einige Ventile in Betrieb gesetzt werden, die
das Zünden der Maschine ermöglichen. Es ist somit nicht erforderlich, die
stillgelegten Komponenten der Brennkraftmaschine anzutreiben, so daß
einerseits die Zufuhr kinetischer Energie gesenkt werden kann, andererseits
die in diesen Bereichen auftretenden Reibungen in der Startphase nicht zu
einer Bremskraft beitragen. Ferner ist es möglich, das vorangehend
angesprochene Schaltsaugrohr in einen derartigen Zustand zu versetzen, in
dem durch die Erzeugung von Resonanzen im Einströmbereich eine
verstärkte Luftzufuhr vorgesehen werden kann. Alle diese Maßnahmen
tragen gleichzeitig auch zur Verbrauchsreduzierung bei und können ohne
zusätzliche bauliche Maßnahmen lediglich aufgrund der geeigneten
Ausbildung der Steuereinrichtung 54 bei Brennkraftmaschinen zum Einsatz
kommen, die mit derartig an- bzw. abkoppelbaren Kurbelwellenabschnitten
und dergleichen ausgestattet sind. Auch sind dies Maßnahmen, die während
der vorangehend angesprochenen Stopphase dazu beitragen können, die
Schwingungsanregung im Zwei-Massen-Schwungrad 34 möglichst gering
zu halten. Werden nämlich beispielsweise sämtliche Ventile in einem
offenen Zustand gehalten oder/und wird ein Teil der Kurbelwelle vom
Antriebsstrang abgekoppelt, so wird einerseits die mit dem Zwei-Massen-Schwungrad
gekoppelte träge Masse verringert, andererseits wird ein
Beitrag durch Kraftwechselwirkung dieser abgeschalteten Komponenten mit
anderen Komponenten der Brennkraftmaschine unterdrückt.
Eine weitere Maßnahme zur Verringerung des durch den Anlasser zu
erzeugenden Drehmoments beim Anlassen der Brennkraftmaschine 12 ist
das Offenhalten des Dekompressionsventils 46 durch die Steuereinrichtung
54 unterhalb der Zünddrehzahl. Auch dies trägt dazu bei, daß, solange eine
Zündung noch nicht stattfinden soll, eine Kompression von in jedem der
Zylinder enthaltener Luft nicht erfolgt, welche ansonsten zu einer deutlichen
Erhöhung des durch den Anlasser 48 vorzusehenen Drehmoments beiträgt.
In entsprechender Weise kann das Offenhalten des Dekompressionsventils
während der Stopphase wiederum zur Verringerung der Schwingungs
anregung im Zwei-Massen-Schwungrad beitragen.
Eine weitere Maßnahme zum Verringern des erforderlichen Drehmoments
des Anlassers 48 ist eine geeignete Ansteuerung des Ventilbetätigungs
mechanismus 60 für die Einlaß/Auslaßventile 24, 26 derart, daß beispiels
weise unterhalb der Zünddrehzahl sämtliche Ventile in einem geöffneten
Zustand gehalten werden und/oder gleichzeitig die Nockenwelle von dem
Antriebsstrang 34 abgekoppelt wird. Auch dies trägt zu einer Verringerung
der Reibung und der zuzuführenden kinetischen Energie bei. Es sei hier
darauf hingewiesen, daß auch nur einige der Ventile abgekoppelt werden
können und in einem geöffneten Zustand gehalten werden können. Diese
Maßnahme kann in der Stopphase ebenfalls dazu verwendet werden, die
Schwingungsanregung im Zwei-Massen-Schwungrad 34 zu senken.
Eine weitere Maßnahme ist das gesteuerte Abkoppeln eines Teils der trägen
Masse, beispielsweise vom Zwei-Massen-Schwungrad 34. Wie bereits
angesprochen, kann beispielsweise die zweite Massenkomponente 38
mehrere Massenteile umfassen, von welchen mindestens eines unter
Steuerung der Steuereinrichtung 54 vom Antriebsstrang abkoppelbar ist.
Wird nun, solange die Zünddrehzahl noch nicht erreicht ist, ein derartiges
abkoppelbares Massenteil vom Antriebsstrang abgekoppelt, so kann
wiederum die zuzuführende kinetische Energie gesenkt werden und das
durch den Anlasser 48 zu überwindende Massenträgheitsmoment deutlich
gesenkt werden. Nach Erreichen der Zünddrehzahl und erfolgter Zündung
kann dann diese Masse wieder an den Antriebsstrang angekoppelt werden,
um die gewünschten Schwingungsdämpfungscharakteristiken des Zwei-Massen-Schwung
rads 34 vorsehen zu können.
Zur Erzeugung der erforderlichen hohen Drehzahl des Anlassers 48 kann
ferner durch die Steuereinrichtung 54 eine geeignete Ansteuerung eines
herkömmlichen Anlassers 48 verwendet werden. Dies wird nachfolgend mit
Bezug auf die Fig. 6 und 7 beschrieben. Das durch den Anlasser 48 maximal
erzeugbare Drehmoment hängt von der durch die Batterie 50 bereitgestellte
Leistung ab. In einem Anfangsabschnitt A1 der Startphase, in welchem
zunächst relativ hohe Drehmomente erforderlich sind, da die Komponenten
der Brennkraftmaschine zunächst in Bewegung versetzt werden müssen und
hohes Losbrechmoment überwunden werden muß, und in welchem der
Anlasser 48 eine relativ niedere Drehzahl aufweist, fließt, wie in den Fig. 6
und 7 erkennbar, bei relativ niederer Spannung U ein relativ hoher Strom I,
wobei das durch den Anlasser 48 abgegebene Drehmoment mit dem Strom
I steigt. Mit ansteigender Drehzahl N der Brennkraftmaschine sinken jedoch
auch die zu überwindenden Reibmomente und das erforderliche Drehmo
ment in entsprechender Weise, was, wie in den Fig. 6 und 7 erkennbar, zu
einem Abfall des Stroms I führt. Da in einem derartigen mittleren Drehzahl
bereich der Anlasser 48 die durch die Batterie zur Verfügung stellbare
Leistung nicht mehr voll ausschöpft, wird in einem zweiten Abschnitt A2
der Startphase gemäß der vorliegenden Erfindung die Batteriespannung dann
hochtransformiert. Dies kann, wie in Fig. 6 gezeigt, bei einer Schaltdrehzahl
NS sprunghaft vorgenommen werden. Dazu ist der Batterie ein Zerhacker
zugeordnet, der aus der Gleichspannung zunächst eine Wechselspannung
erzeugt, welche durch einen Transformator hochtransformiert werden kann
und durch einen nachgeschalteten Gleichrichter wieder in eine Gleich
spannung umgewandelt werden kann, so daß, wie in Fig. 6 rechts von der
Schaltdrehzahl NS gezeigt, ein höherer Spannungswert vorliegt. Die Drehzahl
des Anlassers 48 steigt mit der Spannung U an, so daß aufgrund der
höheren Spannung und aufgrund des bei höheren Drehzahlen verringerten
abzugebenden Drehmoments mit einem herkömmlichen Anlasser nunmehr
auch höhere Drehzahlen als bisher erreicht werden können, welche bis zur
Zünddrehzahl NZ und sogar bis zur Leerlaufdrehzahl reichen.
Anstelle des Vorsehens einer definierten Schaltdrehzahl ist in entsprechen
der Weise ein gleitender Übergang der Spannung U durch eine entspre
chende Steuerung oder Regelung vermittels der Steuereinrichtung 54
möglich, die zu einem allmählichen Anstieg der Spannung U, wie in Fig. 7
gezeigt, führt, was ebenso wie bei der vorangehend beschriebenen
Ausgestaltungsform dazu führt, daß mit einem herkömmlichen Anlasser
höhere Drehzahlen erreicht werden können. Bei der in Fig. 7 dargestellten
Ausgestaltungsform ist als Transformator dann ein regel- oder schaltbarer
Transformator mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis vorzusehen.
Eine weitere Möglichkeit der Unterstützung des Anlassers 48 in der
Startphase ist das Vorsehen von Hilfsantriebsaggregaten. Dies kann
einerseits eine entsprechend ausgestaltete Lichtmaschine 52 sein, die zur
Unterstützung des Anlassers 48 in der Startphase durch die Steuer
einrichtung 54 derart geschaltet wird, daß sie in der Art eines Elektromotors
betrieben wird und somit ein zusätzliches Unterstützungsdrehmoment
erzeugt.
Ferner ist es möglich, daß als Hilfsantriebsaggregat eine separate Antriebs
maschine verwendet wird. Diese kann beispielsweise ein Kompressor
bekannter Bauart sein, der durch einen Elektromotor, beispielsweise die
Lichtmaschine, angetrieben wird. Ferner ist es möglich, einen Druckspeicher
vorzusehen, der in der Startphase unter Druck gespeichertes Medium
abgibt, welches in Verbindung mit einer Turbine ein Hilfsdrehmoment
erzeugen kann. Das unter Druck gespeicherte Medium kann ebenso direkt
in die Zylinder eingeleitet werden und somit in antreibender Weise auf die
Kolben einwirken. Ferner kann zum Einleiten der Strömungsenergie des
unter Druck stehenden Mediums der elektrische Anlasser auch direkt mit
einem pneumatischen Teil ausgestattet sein, etwa einem Turbinenrad auf
seiner Antriebswelle, so daß das durch das unter Druck stehende Medium
erzeugte Hilfsdrehmoment direkt in den Antriebsweg des Anlassers
eingeleitet wird. Auch ist es möglich, daß parallel zum Anlasser eine Turbine
oder eine Kolbenmaschine vorgesehen ist, die das Druckmedium empfängt
und die direkt auf den Antriebsstrang des Antriebssystems 10 einwirkt.
Zum Aufladen des Druckspeichers kann beispielsweise das durch die
Brennkraftmaschine 12 erzeugte Abgas verwendet werden, das aus einem
Auspuffsystem abgezogen und im Druckspeicher gespeichert wird. Dieser
Vorgang kann vorteilhafterweise zusätzlich dazu ausgenützt werden, in der
Stopphase die Schwingungsanregung des Zwei-Massen-Schwungrads 34
zu minimieren. Wird nämlich durch die Steuereinrichtung 54 der Druck
speicher derart betrieben, daß er beim Abschalten der Brennkraftmaschine
zum Speichern geöffnet wird und dabei aus der Brennkraftmaschine
ausgestoßenes Gas während der letzten Hübe als Druckmedium speichert,
so wird die zum Speichern erforderliche Kompressionsenergie direkt dem
Antriebssystem entzogen, d. h. die Brennkraftmaschine selbst liefert als
gasausstoßendes Aggregat die zum Speichern des Druckmediums erforder
liche Energie. Dies wiederum führt zu einem raschen Absenken der Drehzahl
der Brennkraftmaschine, so daß der Resonanzbereich sehr schnell durch
laufen und aufgrund der Trägheit des Zwei-Massen-Schwungrads die
Anregung von Schwingungen nahezu unmöglich ist.
Um in der Startphase sicherzustellen, daß ausreichend unter Druck
stehend es Medium vorhanden ist, so daß auch bei einem schlechten
Anspringen der Brennkraftmaschine ein ausreichend langer Startvorgang
durchgeführt werden kann, kann der Druckspeicher beispielsweise derart
aufgebaut sein, daß er mehrere Kammern umfaßt, von welchen zumindest
einige bereits während eines normalen Betriebs der Brennkraftmaschine
geladen werden, während einige erst in der Stopphase geladen werden und
somit zum Abbremsen der Brennkraftmaschine beitragen. Das Aufladen des
Druckspeichers kann auch kurz nach dem Start des Motors oder beispiels
weise während Bremsvorgängen vorgenommen werden, so daß während
dieser Bremsvorgänge der Abgasstrom zumindest teilweise in den Druck
speicher geleitet wird und somit eine verstärkte Motorbremswirkung erzielt
werden kann.
Am Druckspeicher kann ein Überdruckventil vorgesehen sein, das dafür
sorgt, daß eine übermäßige Kompression des Druckmediums nicht auftritt.
Es wird hier darauf hingewiesen, daß zum Abbremsen der Brennkraftma
schine andere Einrichtungen vorgesehen sein können, die bei Einleitung der
Stopphase in Betrieb gesetzt werden. Beispielsweise können Reibeinrichtun
gen nach Art von Reibbremsen oder dergleichen im Antriebsstrang oder auf
die Kurbelwelle einwirkend vorgesehen sein, die beim Abschalten der
Brennkraftmaschine ein Reibmoment erzeugen und somit zu einem raschen
Abbremsen führen.
Durch die vorliegende Erfindung ist eine Vielzahl an Maßnahmen vor
gesehen, die einzeln oder in Verbindung miteinander dazu beitragen können,
die Anregung von Resonanzschwingungen bei einem Schwingungsdämpfer
im Antriebsstrang zu verringern oder zu verhindern. Eine Vielzahl der
erfindungsgemäßen Maßnahmen kann bei bereits vorhandenen Brenn
kraftmaschinen vorgesehen oder integriert werden, da sie eine geeignete
Steuerungs- oder Regelungseinwirkung durch die bereits vorhandenen
Steuereinrichtungen auf ebenfalls bereits vorhandene Komponenten
umfassen. Dies erlaubt eine sehr kostengünstige Umrüstung bereits
vorhandener oder entwickelter Systeme. Auch das Vorsehen verschiedener
Maßnahmen zum Erhöhen der Drehzahl eines Ablassers trägt, unabhängig
von dem Aspekt der Erfindung, der auf die Verringerung der Resonanz
anregung abzielt, zu einer Kosteneinsparung bei Antriebssystemen bei, da
leichter gebaute Anlasser mit einer an sich geringeren Leistungsabgabe
eingesetzt werden können. Es wird daher darauf hingewiesen, daß die
vorangehend geschilderten Maßnahmen, welche zur Verringerung des durch
den Anlasser zu erzeugenden Drehmoments beitragen oder welche dazu
führen, daß ein schwächer dimensionierter Anlasser eine höhere Drehzahl
erreichen kann, einen selbständigen Aspekt der vorliegenden Erfindung
bilden.
Claims (30)
1. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
- - eine Brennkraftmaschine (12),
- - einen mit der Brennkraftmaschine (12) gekoppelten oder koppel baren Antriebsstrang (25),
- - wenigstens eine im Antriebsstrang (25) angeordnete Schwin gungsdämpfungseinrichtung (34),
- - eine Steuereinrichtung (54) zum Steuern des Betriebs von Komponenten des Antriebssystems (10) in Abhängigkeit von einer Mehrzahl an Steuerparametern,
- - einen Drehzahlsensor (64) zum Erzeugen eines eine Drehzahl der Brennkraftmaschine (12) wiedergebenden Drehzahlsignals zum Zuführen des Drehzahlsignals zur Steuereinrichtung (54) als einen der Steuerparameter,
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuereinrichtung (54) dazu ausgebildet ist, ein Zünden der Brenn
kraftmaschine (12) solange zu unterbinden, bis die erfaßte Drehzahl
der Brennkraftmaschine (12) einer vorbestimmten Zünddrehzahl (NZ)
entspricht oder in einem vorbestimmten Zünddrehzahlbereich (Z)
liegt, und daß zwischen der Resonanzdrehzahl (NR) bzw. dem
Resonanzdrehzahlbereich (R) und der Zünddrehzahl (NZ) bzw. dem
Zünddrehzahlbereich (Z) ein vorbestimmter Abstand vorgesehen ist.
3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zünddrehzahl (NZ) im Bereich von 300 bis 500, vorzugsweise im
Bereich von 400 bis 450 Umdrehungen der Brennkraftmaschine (12)
pro Minute liegt.
4. Antriebssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der vorbestimmte Abstand eine Bereichsbreite im Bereich von 70
bis 250, vorzugsweise 120 bis 200 Umdrehungen der Brennkraftma
schine (12) pro Minute aufweist.
5. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
- - eine Brennkraftmaschine (12),
- - einen mit der Brennkraftmaschine (12) gekoppelten oder koppel baren Antriebsstrang (25),
- - wenigstens eine im Antriebsstrang (25) angeordnete Schwin gungsdämpfungseinrichtung (34),
- - eine Steuereinrichtung (54) zum Steuern des Betriebs von Komponenten des Antriebssystems (10) in Abhängigkeit von einer Mehrzahl an Steuerparametern,
- - einen Drehzahlsensor (64) zum Erzeugen eines eine Drehzahl der Brennkraftmaschine (12) wiedergebenden Drehzahlsignals zum Zuführen des Drehzahlsignals zur Steuereinrichtung (54) als einen der Steuerparameter,
6. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schwellendrehzahl (Na) einen vorbestimmten Abstand zur Resonanz
drehzahl (NR) bzw. zum Resonanzdrehzahlbereich (R) aufweist.
7. Antriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
vorbestimmte Abstand eine Bereichsbreite im Bereich von 100 bis
300, vorzugsweise 150 bis 250 Umdrehungen der Brennkraftma
schine (12) pro Minute aufweist.
8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schwellendrehzahl (Na) höher liegt als eine
Zünddrehzahl (NZ) oder ein Zünddrehzahlbereich (Z) der Brenn
kraftmaschine (12).
9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Steuereinrichtung (54) dazu ausgebildet ist, bei
Unterschreiten der Schwellendrehzahl (Na) ein Zünden der Brenn
kraftmaschine (12) vollständig zu unterbinden.
10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Steuereinrichtung (54) dazu ausgebildet ist, bei
Unterschreiten der Schwellendrehzahl (Na) ein Zünden der Brenn
kraftmaschine (12) teilweise zu unterbinden.
11. Antriebssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Brennkraftmaschine (12) eine Mehrzahl von Zylindern (14) aufweist
und daß die Steuereinrichtung (54) dazu ausgebildet ist, bei Unter
schreiten der Schwellendrehzahl (Na) in einem Teil der Zylinder (14)
das Zünden zu unterbinden.
12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (54) das Zünden durch
Verhindern des Vorliegens von Zündbedingungen unterbindet.
13. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner um
fassend ein durch die Steuereinrichtung (54) steuerbares Kraftstoff-Ein
spritzsystem (33) und/oder Drosselsystem (30), wobei die
Steuereinrichtung (54) das Zünden durch wenigstens teilweises
Verhindern der Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoff-Ein
spritzsystem (33) und/oder Verändern einer Drosselklappenstellung
unterbindet.
14. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner um
fassend ein durch die Steuereinrichtung (54) steuerbares Zündsystem
(32), wobei die Steuereinrichtung (54) das Zünden durch Verhindern
der Erzeugung von Zündfunken unterbindet.
15. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner um
fassend einen durch die Steuereinrichtung (54) steuerbaren Ein
laßventilmechanismus (22, 60), wobei die Steuereinrichtung (54) das
Zünden durch Geschlossenhalten wenigstens eines Teils der
Einlaßventile (24) des Einlaßventilmechanismus (22, 60) unterbindet.
16. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner um
fassend einen durch die Steuereinrichtung (12) steuerbaren Dekom
pressionsventilmechanismus (46, 62) bei wenigstens einem Zylinder
(14) der Brennkraftmaschine (12), wobei die Steuervorrichtung (54)
das Zünden durch Öffnen wenigstens eines Ventils (46) des Dekom
pressionsventilmechanismus (46, 62) unterbindet.
17. Antriebssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der
Dekompressionsventilmechanismus einen Einlaß/Auslaß-Ventilmecha
nismus der Brennkraftmaschine umfaßt.
18. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, ferner um
fassend eine durch die Steuereinrichtung (54) steuerbare Anlasser
einrichtung (48), um die Brennkraftmaschine (12) während der
Startphase wenigstens bis zur Zünddrehzahl (NZ) oder zum Zünd
drehzahlbereich (Z) hochzudrehen.
19. Antriebssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuereinrichtung (54) dazu ausgebildet ist, in der Startphase das
durch die Anlassereinrichtung (48) zu erzeugende Anlaßdrehmoment
kleinzuhalten.
20. Antriebssystem nach Anspruch 18 oder 19, ferner umfassend:
- a) eine Kurbelwellen-Abkoppeleinrichtung zum durch die Steuer einrichtung (54) gesteuerten Abkoppeln/Zukoppeln eines Teils einer Kurbelwelle (20) der Brennkraftmaschine (12) und der mit diesem Teil zusammenwirkenden Zylinder (14) vom/zum Antriebsstrang (25), und/oder
- b) einen Einlaß/Auslaß-Ventilmechanismus (22, 60) zum durch die Steuereinrichtung (54) gesteuerten Zukoppeln/Abkoppeln wenigstens eines Teils der Einlaß- und/oder Auslaßventile (24, 26) desselben, und/oder
- c) einen Schaltsaugrohrmechanismus zum durch die Steuer einrichtung (54) gesteuerten Zukoppeln/Abkoppeln/Öffnen zur Umgebung von wenigstens einem Saugrohr-Resonanzab schnitt, und/oder
- d) einen durch die Steuereinrichtung (54) steuerbaren Entlüf tungsventilmechanismus (46) in wenigstens einem Zylinder (14) der Brennkraftmaschine (12), und/oder
- e) eine durch die Steuereinrichtung (54) an den Antriebsstrang (25) ankoppelbare und von diesem abkoppelbare Trägheits masseneinrichtung (38),
21. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 20, ferner
umfassend eine Anlaßdrehmomentunterstützungseinrichtung (52).
22. Antriebssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anlaßdrehmomentunterstützungseinrichtung umfaßt:
- a) eine zum Antreiben der Brennkraftmaschine betreibbare Lichtmaschine (52), und/oder
- b) eine Druckspeichereinrichtung zum Speichern eines unter Druck stehenden Mediums und zur Abgabe des unter Druck stehenden Mediums in der Startphase zum Vorsehen einer Hilfsantriebskraft, und/oder
- c) eine Anlasser-Reguliereinrichtung zum Vorsehen einer ersten Anlasser-Betriebsspannung während eines ersten Startphasen abschnitts (A1) und zum Vorsehen einer zweiten Anlasser-Betriebs spannung, welche höher ist als die erste Anlasser-Betriebs spannung, während eines zweiten Abschnitts (A2) der Startphase.
23. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend
- - eine Brennkraftmaschine (12),
- - einen mit der Brennkraftmaschine (12) gekoppelten oder koppel baren Antriebsstrang (25),
- - wenigstens eine in dem Antriebsstrang (25) angeordnete Schwin gungsdämpfungseinrichtung (34),
- - eine Steuereinrichtung (54) zum Steuern des Betriebs von Komponenten des Antriebssystems (10) in Abhängigkeit einer Mehrzahl von Steuerparametern,
- - eine Brennkraftmaschine-Betriebsstopp-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Beendigung des Betriebs der Brennkraftmaschine (12) und zum Erzeugen eines Betriebsstoppsignals und zum Zuführen des Betriebsstoppsignal zur Steuereinrichtung (54) als einen der Steuerparameter, wobei nach Erfassung des Betriebs stoppsignals während einer Betriebsstopphase die weitere Erzeugung eines Antriebsdrehmoments durch die Brennkraftma schine (12) unterbunden ist,
- - eine Anregungsunterbindungseinrichtung zum wenigstens teilweisen Unterbinden von Schwingungsanregungen der wenig stens einen Schwingungsdämpfungseinrichtung (34), wobei die Anregungsunterbindungseinrichtung dann durch die Steuer einrichtung (54) in Betrieb setzbar ist, wenn die Steuereinrichtung (54) das Betriebsstoppsignal empfängt, gewünschtenfalls in Verbindung mit einem oder mehreren der Merkmale der vorherge henden Ansprüche.
24. Antriebssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anregungsunterbindungseinrichtung eine durch die Steuereinrichtung
(12) steuerbare Bremskrafterzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer
auf die Brennkraftmaschine (12) einwirkenden Bremskraft umfaßt.
25. Antriebssystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bremskrafterzeugungseinrichtung eine Druckspeichereinrichtung
umfaßt, welche durch die Steuereinrichtung (54) nach Empfang des
Betriebsstoppsignals zum Speichern eines Mediums unter Druck
betreibbar ist, wobei die zum Speichern des Mediums unter Druck
erforderliche Kompressionsenergie durch die Brennkraftmaschine (12)
vorgesehen wird.
26. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Anregungsunterbindungseinrichtung zur
Verringerung eines Drehwiderstands der Brennkraftmaschine (12)
und/oder zur Verringerung einer mit dem Antriebsstrang gekoppelten
Drehmassenträgheit der Brennkraftmaschine (12) ausgebildet ist.
27. Antriebssystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anregungsunterbindungseinrichtung umfaßt:
- a) einen durch die Steuereinrichtung steuerbaren Dekompres sionsventilmechanismus (46, 62), und/oder
- b) eine Kurbelwellenabkoppeleinrichtung zum durch die Steuer einrichtung (54) gesteuerten Abkoppeln eines Teils einer Kurbelwelle (20) der Brennkraftmaschine (12) und der diesem Teil zugeordneten Zylinder (14) vom Antriebsstrang (25), und/oder
- c) einen durch die Steuereinrichtung (54) zukoppelbaren/abkop pelbaren Einlaß/Auslaßventilmechanismus (22, 60),
- d) eine durch die Steuereinrichtung (54) in den Antriebsstrang (25) ankoppelbare und von diesem abkoppelbare Trägheits masseneinrichtung (38),
28. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, daß das Betriebsstoppsignal nach Erfassung einer
Betätigung eines Zündschloßmechanismus im Sinne einer Betriebs
beendigung der Brennkraftmaschine (12) erzeugt wird.
29. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch ge
kennzeichnet, daß die wenigstens eine Schwingungsdämpfungsein
richtung (34) einen Torsionsschwingungsdämpfer (34), vorzugsweise
ein mit einer Kurbelwelle (20) der Brennkraftmaschine (12) gekoppel
tes Zweimassenschwungrad (34) umfaßt.
30. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, welche mit einem
Antriebsstrang (25) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei im Antriebs
strang (25) wenigstens eine Schwingungsdämpfungseinrichtung (34)
vorgesehen ist, umfassend:
- a) in einer Startphase der Brennkraftmaschine (12) das Unter binden des Zündens derselben solange, bis eine Drehzahl der Brennkraftmaschine (12) höher ist als eine Resonanzdrehzahl (NR) oder ein Resonanzdrehzahlbereich (R), in welchem die Anregung von Resonanzschwingungen in der wenigstens einen Schwingungsdämpfungseinrichtung (34) zu erwarten ist, und/oder
- b) in einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine (12) das wenigstens teilweise Absenken der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine (12) dann, wenn die Drehzahl der Brenn kraftmaschine (12) unter eine vorbestimmte Schwellendrehzahl (Na) fällt, und/oder
- c) in einer Betriebsbeendigungsphase der Brennkraftmaschine (12) ein schnelles Abbremsen der Bremskraftmaschine (12) und/oder eine Verringerung der mit dem Antriebsstrang (25) gekoppelten Massenträgheit der Brennkraftmaschine (12) und/oder das Verringern des Drehwiderstands der Brenn kraftmaschine (12),
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