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Verfahren zur Verringerung der Drehschwingungs-
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Amplituden einer elastisch gelagerten Brennkraftmaschine Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Verringerung der Drehschwingungs-Amplituden einer
Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
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Um Schwingungen und Geräusche möglichst weitgehend vom Fahrgastraum
fernzuhalten, ist es im Automobilbau üblich, das Antriebsaggregat, d. h. die Brennkraftmaschine
oder die Brennnraftmaschinen/Getriebe-Einheit an karosseriefesten Teilen über elastische
Zwischenlager mit möglichst geringer Steifigkeit abzustützen (z. B. DE-OS 16 30
342, DE-OS 20 12 341, DE-OS 20 19 546, DE-OS 20 56 643). Diese elastischen Lager
können jedoch nicht beliebig weich gemacht werden, wie dies an sich zur Erzielung
einer besonders guten Geräuschdämpfung erstrebenswert wäre, weil sonst die Ausschläge
des Antriebsaggregates, d. h.
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seine Drehschwingungen um seine Längsachse, beim Beschleunigen (Gas
geben) sowie beim Verzögern (Gas wegnehmen), beim ueberfahren von Bodenwellen sowie
bei unrundem Motorlauf zu stark werden würden. Dies hätte nicht nur eine starke
Komforteinbuße zur Folge, weil diese junschläge des Antriebsaggregates als ruckartige
Bewegungen des FahPseugaufbaus spürbar werden, sondern würde unter Umständen auch
zu Schwierigkeiten mit der am Fahrgestell aufgehängten Abgasanlage fuhren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
mit dem es möglich ist, die Amplituden der Drehschwingungen um die Längsachse einer
elastisch an karosseriefesten Teilen eines Kraftfahrzeuges gelagerten Brennkraftmaschine
oder einer Brennkraftmaschinen/Getriebe-Einheit gering zu halten und trotzdem zur
Fernhaltung von Vibrationen und Geräuschen eine besonders weiche elastische Lagerung
wählen zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden male
des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen angegeben.
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Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung wird das Entstehen zu großer
Schwingungsamplituden durch einen gegenkoppelnden Eingriff in die Gemischaufbereitung
der Brennkraftmaschine bereits im Ansatz verhindert, wodurch bei besonders guter
Vibrations- und Geräuschdämpfung ein außergewöhnlich guter Komfort erzielt wird.
Besondere am Antriebsaggregat angreifende, kostenintensive mechanische oder hydro-mechanische
Bauteile zur Verhinderung oder Dämpfung der Drehschwingungen werden hierbei nicht
benötigt.
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Besonders einfach läßt sich das vorgeschlagene Verfahren in solchen
Kraftfahrzeugen verwirklichen, in denen statt einer sonst üblicherweise eingesetzten
mechanischen Gemischbildner-Betätignng eine elektronische/ elektrische Betätigung,
beispielsweise mittels eines sehr schnellen elektrischen Stellmotors, vorgesehen
ist.
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In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt,
anhand dessen die Erfindung näher erläutert wird. Dargestellt sind in schematischer
Darstellung lediglich die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Bauelemente.
Im Ausführungsbeispiel ist davon ausgegangen worden, daß als Brennkraftmaschine
ein Otto-Motor und als Gemischbildner ein Vergaser verwendet wird. Vom Vergaser
ist
lediglich die den Kraftstoff-Volumenstrom steuernde Drosselklappe
dargestellt und mit 7 beziffert. Das die Drosselklappenstellung bestirnende Fahr-
bzw. Gaspedal des Fahrzeuges ist mit 5 beziffert.
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Die Übertragung der Fahrpedalbetätigung erfolgt im Ausfühuungsbeispiel
nicht wie sonst meist üblich mechanisch, sondern elektrisch, wobei ein sehr schneller
elektrischer Stellmotor 1 die eigentliche Stellarbeit für die Drosselklappe 7 übernimmt.
Zu diesem Zweck ist am Gaspedal 5 ein elektrisches Potentiometer 6 vorgesehen, welches
als Sollwertgeber für die Drosselklappenstellung dient. In entsprechender Weise
ist die Drosselklappe 7 oder der diese verstellende Stellmotor 1 ebenfalls mit einem
elektrischen Potentiometer 12 verbunden, welcher als Istwertgeber für die Drosselklappenstellung
dient.
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Beide Potentiometer sind lediglich schematisch angedeutet. Die von
den beiden Potentiometern abgegebenen Meß- bzw. Steuersignale werden in regelungstechnisch
üblicher Weise miteinander verglichen und der elektrische Stellmotor 1 solange eingeschaltet
wie diese beiden Werte - unter Berücksichtigung eventuell vorhandener Übersetzungs-
oder Verstärkungsverhältnisse - voneinander abweichen. Dementsprechend wird der
vom Sollwertgeber 6 gelieferte Sollwert für den DrosselklappenwinkSlDKsoll dem Sollwerteingang
3.1 und der vom Istwertgeber 2 gelieferte Istwert des Drosselklappenwinkels αDKist
dem Istwert-Ein-DKist gang 3.2 eines als Vergleichsglied wirkenden Rechenverstärkers
3 zugeführt, dessen Ausgangssignal den elektrischen Stellmotor 1 nach Naßgabe der
Differenz zwischen Sollwert und Istwert in einem den Drosselklappenwinkel vergrößernden
oder verkleinernden Sinne verstellt. Hierbei ist man nicht auf eine bestimmte Technologie
beschränkt. Es können sowohl analoge als auch digitale Bausteine oder z. B. auch
Mikroprozessoren eingesetzt werden.
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Der vom Sollwertgeber 6 gelieferte Sollwert WDK8011 wird nun nicht
direkt dem Sollwerteingang 3.1 des Rechenverstärkers 3 zugeführt, sondern unter
Zwischenschaltung eines vorgeschalteten Rechenverstärkers 4. Hierbei handelt es
sich um ein reines Addierglied, in welchem - je nach Vorzeichen - über den zweiten
Eingang 4.2 ein zweites Steuersignal V addiert oder subtrahiert wird. Dieses zweite
Steuersignal
ist ein gegenkoppelndes Signal. Dem Sollwerteingang
3.1 des Rechenverstärkers 3 wird also nur das aus den beiden SignalenJbDK80ll und
resultierende Sollwertsignal zugeführt.
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Beim Auftreten größerer Schwingungen der sehr weich gelagerten Brennkraftmaschine,
z. B. infolge eines Lastwechsels oder eines Überfahrens von Bodenwellen etc., kann
am Fahrzeug üblicherweise ein tberschwingen der Beschleunigung, d. h. eine ruckartige
Änderung der Fahrgeschwindigkeit festgestellt werden, was den Komfort unter Umständen
stark beeinträchtigt. Um die Amplituden der Drehschwingungen der sehr weich gelagerten
Brennkraftmaschine möglichst so weit zu verringern, daß sie keine Komforteinbuße
mehr bedeuten, werden gemäß der Erfindung die ruckartigen Änderungen der Fahrgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges erfaßt und die so erfaßten Meßsignale in der Weise zur Aussteuerung
des Gemischbildners der Brennkraftmaschine mit herangezogen, daß diese nach Größe
und Richtung in einem den ruckartigen Änderungen entgegengerichteten Sinn beeinflußt
wird.
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Ruckartige Änderungen - positiver oder negativer Art - der Fahrgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges sind mit Beschleunigungsspitzen (bzw. Verzögerungsspitzen) verbunden.
Die Erfassung der ruckartigen Änderungen der Fahrgeschwindigkeit kann daher beispielsweise
dadurch geschehen, daß man das Überschreiten eines festgelegten positiven bzw. negativen
Beschleunigungswertes erfaßt und diesen zur Beeinflussung der Gemischbildner-Aussteuerung
heranzieht. Wirkungsvoller und meßtechnisch einfach ist es jedoch, wenn man durch
zweimaliges Differenzieren der Fahrgeschwindigkeit nach der Zeit die Beschleunigungsänderungen
des Fahrzeuges ermittelt und diese zur gewünschten Beeinflussung der Gemischbildner-Aussteuerung
verwendet.
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Das den ruckartigen Änderungen der Fahrgeschwindigkeit entsprechende
Meßsignal V , dessen Ermittlung im gezeigten Ausführungsbeispiel nicht weiter dargestellt
ist, wird zu diesem Zwecke dem vom Fahrpedal 5 des Fahrzeuges zur Aussteuerung des
Gemischbildners gelieferten SteuersignaloDDK80ll im Sinne einer Gegenkopplung aufgeschaltet.
Dazu
wird es dem negativen Eingang 4.2 des als Addierglied wirkenden
Rechenverstärkere 4 zugeführt. Die Gegenkopplung der ruckartigen Änderung der Fahrgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges hat zur Folge, daß die Drosselklappe 7 des Gemischbildners beim
Auftreten solcher ruckartigen Geschwindigkeitsänderungen, die auf ein plötzliches
Öffnen der Drosselklappe oder auf entsprechende andere äußere Einwirkungen zurückgeführt
werden könnten, über den schnellen elektrischen Stellmotor um ein durch dieses Signal
bestimmtes Maß geschlossen wird.
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und beim Auftreten solcher ruckartigen Geschwindigkeitsänderungen,
welche auf ein plötzliches Schließen der Drosselklappe oder entsprechende äußere
Einwirkungen zurückgeführt werden könnten, über diesen Stellmotor um ein entsprechendes
Maß weiter geöffnet wird.
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Es ist leicht erkennbar, daß durch diese regelungstechnische Maßnahmen
unerwünscht große Drehschwingungen der Brennkraftmaschine trotz der vorhandenen
sehr weichen Lagerung verhindert und demzufolge komfortmindernde ruckartige Änderungen
der Fahrgeschwindigkeit verringert werden.
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Da die Zeitkonstanten der Drehschwingungen der Brennkraftmaschine
sehr viel kleiner sind als die der Fahrzeugbeschleunigung, tritttrotz einer Rücknahme
des Drosselklappenwinkels eine spürbare Verringerung des maximalen Beschleunigun6svermögens
des Fahrzeuges nicht auf.
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Wenn im Zusammenhang mit der vorgesehenen Gegenkopplung von einem
schnellen Stellglied bzw. elektrischen Stellmotor für die Drosselklappenverstellung
die Rede ist, dann soll darunter verstanden werden, daß dieses Stellglied die Drosselklappe
- im Vergleich zu den Zeit konstanten der Drehschwingungen - sehr schnell um ihren
vollen Schwenkwinkel verstellen können soll. Dabei muß das Stellglied nicht in jedem
Falle ein elektrisches Bauelement sein.
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Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren weder auf Ott>Motoren,
noch auf Vergaser-Einrichtungen beschränkt ist. In entsprechender
und
sinngemäßer Weise können auch Dieselmotoren sowie Brennkraftmaschinen mit Einspritzanlagen
Verwendung finden.