DE19724921C2 - Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

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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 gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 7 und 26 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, welche mit einem Antriebsstrang gekoppelt oder gekoppelbar ist, wobei im Antriebsstrang wenigstens eine Schwingungsdämpfungseinrichtung vorgesehen ist.
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.
Ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 7 und 26 ist aus der DE 195 32 164 bekannt. Dieses bekannte Antriebssystem weist eine aktiv ansteuerbare Schwingungs­ dämpfungseinrichtung auf, welche unter Ansteuerung der Steuereinrichtung steht. Diese Schwingungsdämpfungseinrichtung wird insbesondere dann angesteuert, wenn während eines Zylinderabschaltbetriebs während bestimmter Betriebszustände Drehungsgleichförmigkeiten auftreten. Dies ist beispielsweise ein Betriebszustand, in welchem beim Übergang vom Zug­ in den Schubbetrieb Lastwechselschwingungen auftreten können, die dann durch gezieltes Ansteuern der aktiven Schwingungsdämpfungseinrichtung vermindert oder gedämpft werden sollen.
Aus der DE 44 23 577 A1 ist ein Verfahren zum aktiven Dämpfen von Schwingungen in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei welchem ebenfalls durch aktive Ansteuerung eines als Zwei-Massen- Schwungrad aufgebauten Schwingungsdämpfers das Auftreten von Schwingungen in einem Antriebssystem verhindert werden soll.
Bei diesen bekannten Systemen werden also letztendlich erst dann Gegensteuermaßnahmen ergriffen, wenn die Schwingungsanregung bereits auftritt bzw. erfaßt wird, so daß beispielsweise in Resonanzschwingungs­ zuständen, in welchen Schwingungen sehr schnell mit großer Amplitude aufgebaut werden, aufgrund möglicherweise auftretender Ansteuerver­ zögerungen oder Trägheiten in den aktiven Schwingungsdämpfungsein­ richtungen eine geeignete Abfuhr der Schwingungsenergie nicht gewähr­ leistet werden kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorzusehen, bei welchen die Anregung von Resonanzschwingungen einer Schwingungsdämpfungseinrichtung zuverlässig vermieden werden kann.
Gemäß dem ersten im Anspruch 1 angegebenen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Antriebssystem für ein Kraftfahr­ zeug gelöst, welches umfaßt: eine Brennkraftmaschine, einen mit der Brennkraftmaschine gekoppelten oder koppelbaren Antriebsstrang, wenigstens eine im Antriebsstrang angeordnete Schwingungsdämpfungsein­ richtung, eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs von Kom­ ponenten des Antriebssystems in Abhängigkeit von einer Mehrzahl an Steuerparametern, einen Drehzahlsensor zum Erzeugen eines eine Drehzahl der Brennkraftmaschine wiedergebenden Drehzahlsignals zum Zuführen des Drehzahlsignals zur Steuereinrichtung als einen der Steuerparameter, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, in einer Startphase der Brenn­ kraftmaschine ein Zünden derselben solange zu unterbinden, bis die durch den Drehzahlsensor erfaßte Drehzahl der Brennkraftmaschine höher ist als eine Resonanzdrehzahl oder ein Resonanzdrehzahlbereich, in welchem die Anregung von Resonanzschwingungen der wenigstens einen Schwingungs­ dämpfungseinrichtung 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 oder 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 im Anspruch 7 angege­ benen 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 Schwingungsdämpfungsein­ richtung, eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs von Kom­ ponenten des Antriebssystems in Abhängigkeit von einer Mehrzahl an Steuerparametern, einen Drehzahlsensor zum Erzeugen eines eine Drehzahl der Brennkraftmaschine wiedergebenden Drehzahlsignals 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 Schwingungs­ dämpfungseinrichtung 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 Einlaß/Auslaßventilmechanismus vorgesehen sein, wobei dann die Steuereinrichtung das Zünden durch Geschlossenhalten wenigstens eines Teils der Einlaß/Auslaßventile des Einlaßventilmechanismus unter­ bindet.
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 Dekompressionsventilmechanismus bei wenigstens einem Zylinder der Brennkraftmaschine, wobei dann die Steuereinrichtung 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:
  • - 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
  • - einen Einlaß/Auslaß-Ventilmechanismus zum durch die Steuer­ einrichtung gesteuerten Zukoppeln/Abkoppeln wenigstens eines Teils der Einlaß- und/oder Auslaßventile desselben und/oder
  • - einen Schaltsaugrohrmechanismus zum durch die Steuereinrichtung gesteuerten Zukoppeln/Abkoppeln/Öffnen zur Umgebung von wenigstens einem Saugrohr-Resonanzabschnitt und/oder
  • - einen durch die Steuereinrichtung steuerbaren Entlüftungsventilme­ chanismus in wenigstens einem Zylinder der Brennkraftmaschine und/oder
  • - 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 in einem geöffneten Zustand halten kann und/oder den Schaltsaugrohr­ mechanismus in einen Einlaßentdrosselungs-Resonanzzustand bringt und/oder den Entlüftungsventilmechanismus in einen geöffneten Zustand bringt und/oder die Trägheitsmassenvorrichtung vom Antriebsstrang 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:
  • - eine zum Antreiben der Brennkraftmaschine betreibbare Licht­ maschine und/oder
  • - 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
  • - 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 im Anspruch 26 angegebenen Aspekt der vor­ liegenden Erfindung ist daher ferner ein Antriebssystem für ein Kraftfahr­ zeug vorgesehen, welches umfaßt: eine Brennkraftmaschine, einen mit der Brennkraftmaschine gekoppelten oder koppelbaren Antriebsstrang, wenigstens eine in dem Antriebsstrang angeordnete Schwingungsdämp­ fungseinrichtung, eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs von Komponenten des Antriebssystems in Abhängigkeit einer Mehrzahl von Steuerparametern, eine Brennkraftmaschine-Betriebsstopp-Erfassungsein­ richtung zum Erfassen einer Beendigung des Betriebs der Brennkraftma­ schine und zum Erzeugen eines Betriebsstoppsignals und zum Zuführen des Betriebsstoppsignals zur Steuereinrichtung als einen der Steuerparameter, wobei nach Erfassung des Betriebsstoppsignals während einer Betriebs­ stopphase die weitere Erzeugung eines Antriebsdrehmoments durch die Brennkraftmaschine unterbunden ist, eine Anregungsunterbindungsein­ richtung zum wenigstens teilweisen Unterbinden von Schwingungs­ anregungen der wenigstens einen Schwingungsdämpfungseinrichtung, wobei die Anregungsunterbindungseinrichtung dann durch die Steuer­ einrichtung in Betrieb setzbar ist, wenn die Steuereinrichtung das Betriebs­ stoppsignal 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:
  • - einen durch die Steuereinrichtung steuerbaren Dekompressions­ ventilmechanismus und/oder
  • - 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
  • - einen durch die Steuereinrichtung zukoppelbaren/abkoppelbaren Einlaß/Auslaßventilmechanismus,
  • - 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 in einem geöffneten Zustand haften kann, 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 im Anspruch 35 angegebenes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, welche mit einem Antriebsstrang gekoppelt oder koppelbar ist, wobei im Antriebsstrang wenigstens eine Schwingungsdämpfungseinrichtung vorgesehen ist, umfassend:
  • - 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
  • - 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
  • - 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- Schwungrad 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 sensor 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 Anfassen 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- Schwungrads 34, d. h. der ersten Massenkomponente 36 des Zwei-Massen- Schwungrads 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- Massen-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- Schwungrädern 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- Schwungräder 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- Schwungräder bei Brennkraftmaschinen mit weniger Zylindern, beispiels­ weise drei Zylindern zu verwenden, für welche bisher noch keine Zwei- Massen-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- Brennkraftmaschine 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 η = 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- Schwungrad 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- Brennkraftmaschinen 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-Schwungrads 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 stehendes 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 (35)

1. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
  • 1. eine Brennkraftmaschine (12),
  • 2. einen mit der Brennkraftmaschine (12) gekoppelten oder koppel­ baren Antriebsstrang (25),
  • 3. wenigstens eine im Antriebsstrang (25) angeordnete Schwin­ gungsdämpfungseinrichtung (34),
  • 4. eine Steuereinrichtung (54) zum Steuern des Betriebs von Komponenten des Antriebssystems (10) in Abhängigkeit von einer Mehrzahl an Steuerparametern,
  • 5. einen Drehzahlsensor (64) zum Erzeugen eines eine Drehzahl der Brennkraftmaschine (12) wiedergebenden Drehzahlsignals zum Zuführen des Drehzahlsignals zur Steuereinrichtung (54) als einen der Steuerparameter,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (54) dazu ausgebildet ist, in einer Startphase der Brennkraftmaschine (12) ein Zünden derselben solange zu unter­ binden, bis die durch den Drehzahlsensor (64) erfaßte Drehzahl der Brennkraftmaschine (12) höher ist als eine Resonanzdrehzahl (NR) oder ein Resonanzdrehzahlbereich (R), in welchem die Anregung von Resonanzschwingungen der wenigstens einen Schwingungsdämp­ fungseinrichtung (34) zu erwarten ist.
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) oder dem Resonanzdrehzahlbereich (R) und der Zünddrehzahl (NZ) oder 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 Umdrehungen der Brennkraftmaschine (12) pro Minute liegt.
4. Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünddrehzahl (NZ) im Bereich von 300 bis 500 Umdrehungen der Brennkraftmaschine (12) pro Minute liegt.
5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der vorbestimmte Abstand eine Bereichsbreite im Bereich von 70 bis 250 Umdrehungen der Brennkraftmaschine (12) pro Minute aufweist.
6. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Abstand eine Bereichsbreite im Bereich von 120 bis 200 Umdrehungen der Brennkraftmaschine (12) pro Minute aufweist.
7. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung (54) dazu ausgebildet ist, während einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine (12) die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine (12) dann wenigstens teilweise abzusenken, wenn die durch den Drehzahlsensor (64) erfaßte Drehzahl der Brennkraftmaschine (12) unter einer vor­ bestimmten Schwellendrehzahl (Na) ist, wobei die Schwellendrehzahl (Na) höher liegt als eine Resonanzdrehzahl (NR) oder ein Resonanz­ drehzahlbereich (R), in welchem die Anregung von Resonanzschwin­ gungen der wenigstens einen Schwingungsdämpfungseinrichtung (34) zu erwarten ist.
8. Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellendrehzahl (Na) einen vorbestimmten Abstand zur Resonanz­ drehzahl (NR) oder zum Resonanzdrehzahlbereich (R) aufweist.
9. Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Abstand eine Bereichsbreite im Bereich von 100 bis 300 Umdrehungen der Brennkraftmaschine (12) pro Minute aufweist.
10. Antriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Abstand eine Bereichsbreite im Bereich von 150 bis 250 Umdrehungen der Brennkraftmaschine (12) pro Minute aufweist.
11. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellendrehzahl (Na) höher liegt als eine Zünddrehzahl (NZ) oder ein Zünddrehzahlbereich (Z) der Brenn­ kraftmaschine (12).
12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (54) dazu ausgebildet ist, bei Unterschreiten der Schwellendrehzahl (Na) ein Zünden der Brenn­ kraftmaschine (12) vollständig zu unterbinden.
13. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (54) dazu ausgebildet ist, bei Unterschreiten der Schwellendrehzahl (Na) ein Zünden der Brenn­ kraftmaschine (12) teilweise zu unterbinden.
14. Antriebssystem nach Anspruch 13, 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.
15. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (54) das Zünden durch Verhindern des Vorliegens von Zündbedingungen unterbindet.
16. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch ein durch die Steuereinrichtung (54) steuerbares Kraftstoff-Ein­ spritzsystem (33) und/oder Drosselsystem (30), wobei die Steuer­ einrichtung (54) das Zünden durch wenigstens teilweises Verhindern der Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoff-Einspritzsystem (33) und/oder Verändern einer Drosselklappenstellung unterbindet.
17. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch ein durch die Steuereinrichtung (54) steuerbares Zündsystem (32), wobei die Steuereinrichtung (54) das Zünden durch Verhindern der Erzeugung von Zündfunken unterbindet.
18. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch einen durch die Steuereinrichtung (54) steuerbaren Ein­ laß/Auslaßventilmechanismus (22, 60), wobei die Steuereinrichtung (54) das Zünden durch Geschlossenhalten wenigstens eines Teils der Einlaßventile (24) des Einlaß/Auslaßventilmechanismus (22, 60) unterbindet.
19. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch einen durch die Steuereinrichtung (12) steuerbaren Dekom­ pressionsventilmechanismus (46, 62) bei wenigstens einem Zylinder (14) der Brennkraftmaschine (12), wobei die Steuereinrichtung (54) das Zünden durch Öffnen wenigstens eines Ventils (46) des Dekom­ pressionsventilmechanismus (46, 62) unterbindet.
20. Antriebssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Dekompressionsventilmechanismus einen Einlaß/Auslaß-Ventilmecha­ nismus (22, 60) der Brennkraftmaschine (12) umfaßt.
21. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch 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.
22. Antriebssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (54) dazu ausgebildet ist, in der Startphase das durch die Anlassereinrichtung (48) zu erzeugende Anlaßdrehmoment kleinzuhalten.
23. Antriebssystem nach Anspruch 21 oder 22, gekennzeichnet durch
  • 1. 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
  • 2. 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
  • 3. einen Schaltsaugrohrmechanismus zum durch die Steuer­ einrichtung (54) gesteuerten Zukoppeln/Abkoppeln/Öffnen zur Umgebung von wenigstens einem Saugrohr-Resonanzab­ schnitt, und/oder
  • 4. einen durch die Steuereinrichtung (54) steuerbaren Entlüf­ tungsventilmechanismus (46) in wenigstens einem Zylinder (14) der Brennkraftmaschine (12), und/oder
  • 5. eine durch die Steuereinrichtung (54) an den Antriebsstrang (25) ankoppelbare und von diesem abkoppelbare Trägheits­ masseneinrichtung (38),
wobei die Steuereinrichtung (54) in der Startphase einen Teil der Kurbelwelle (20) abkoppelt und/oder einen Teil der Einlaß- und/oder Auslaßventile (24, 26) abkoppelt und in einem geöffneten Zustand halten kann und/oder den Schaltsaugrohrmechanismus in einen Einlaßentdrosselungs-Resonanzzustand bringt und/oder den Entlüf­ tungsventilmechanismus (46, 62) in einen geöffneten Zustand bringt und/oder die Trägheitsmassenvorrichtung (38) vom Antriebsstrang abkoppelt.
24. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 21 bis 23, gekenn­ zeichnet durch eine Anlaßdrehmomentunterstützungseinrichtung (52).
25. Antriebssystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßdrehmomentunterstützungseinrichtung umfaßt:
  • 1. eine zum Antreiben der Brennkraftmaschine betreibbare Lichtmaschine (52) und/oder
  • 2. 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
  • 3. eine Anlasser-Reguliereinrichtung zum Vorsehen einer ersten Anlasser-Betriebsspannung während eines ersten Startphasen­ abschnitts (A1) und zum Vorsehen einer zweiten Anlasser- Betriebsspannung, welche höher ist als die erste Anlasser- Betriebsspannung, während eines zweiten Abschnitts (A2) der Startphase.
26. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend
  • 1. eine Brennkraftmaschine (12),
  • 2. einen mit der Brennkraftmaschine (12) gekoppelten oder koppel­ baren Antriebsstrang (25),
  • 3. wenigstens eine in dem Antriebsstrang (25) angeordnete Schwin­ gungsdämpfungseinrichtung (34),
  • 4. eine Steuereinrichtung (54) zum Steuern des Betriebs von Komponenten des Antriebssystems (10) in Abhängigkeit einer Mehrzahl von Steuerparametern,
gekennzeichnet durch
  • - 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.
27. Antriebssystem nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch die Merkmale von wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 26.
28. Antriebssystem nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsunterbindungseinrichtung eine durch die Steuer­ einrichtung (12) steuerbare Bremskrafterzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer auf die Brennkraftmaschine (12) einwirkenden Bremskraft umfaßt.
29. Antriebssystem nach Anspruch 28, 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.
30. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 26 bis 29, 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.
31. Antriebssystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsunterbindungseinrichtung umfaßt:
  • 1. einen durch die Steuereinrichtung steuerbaren Dekompres­ sionsventilmechanismus (46, 62) und/oder
  • 2. 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
  • 3. einen durch die Steuereinrichtung (54) zukoppelbaren/abkop­ pelbaren Einlaß/Auslaßventilmechanismus (22, 60),
  • 4. eine durch die Steuereinrichtung (54) in den Antriebsstrang (25) ankoppelbare und von diesem abkoppelbare Trägheits­ masseneinrichtung (38),
wobei in der Betriebsstopphase die Steuereinrichtung (54) wenig­ stens ein Ventil des Dekompressionsventilmechanismus (46, 62) öffnet und/oder den Teil der Kurbelwelle (20) vom Antriebsstrang (25) abkoppelt und/oder wenigstens einen Teil der Einlaßventile/Aus­ laßventile (24, 26) von dem Einlaß/Auslaßventilmechanismus abkoppelt und in einem geöffneten Zustand halten kann und/oder die Trägheitsmasseneinrichtung vom Antriebsstrang (25) abkoppelt.
32. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebsstoppsignal nach Erfassung einer Betätigung eines Zündschloßmechanismus im Sinne einer Betriebs­ beendigung der Brennkraftmaschine (12) erzeugt wird.
33. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die wenigstens eine Schwingungsdämpfungsein­ richtung (34) einen Torsionsschwingungsdämpfer (34) umfaßt.
34. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die wenigstens eine Schwingungsdämpfungsein­ richtung (34) ein mit einer Kurbelwelle (20) der Brennkraftmaschine (12) gekoppeltes Zweimassenschwungrad (34) umfaßt.
35. 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:
  • 1. 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
  • 2. 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
  • 3. 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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