DE10140955A1

DE10140955A1 - System zur Verhinderung von Schwingungen in einem Dieselmotor

Info

Publication number: DE10140955A1
Application number: DE10140955A
Authority: DE
Inventors: Brian Stanley Cumming; Roy William Horrock
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2002-03-14
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: US6283079B1; DE10140955B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Unterdrückung von Schwingungen, die in einem Dieselmotor beim Abschalten auftreten. Das System nutzt eine aus Anlasser/Wechselstromgenerator kombinierte Einrichtung zum Aufbringen eines positiven und/oder negativen Drehmoments auf einen Motor, um eine ruhige Verzögerung der rotierenden Teile des Motors zu bewirken. Es ist eine Funktion zur Systemsteuerung vorgesehen, mit der die Motordrehzahl von einem Drehzahlsensor des Fahrzeugmotors und das Fahrzeug-Zündschlüssel-AUS-Signal in eine Steuervorrichtung eingeleitet werden, um zu bestimmen, ob die Verzögerungsstufe der Motordrehzahl über oder unter einem ausgewählten Schwellwert liegt. Wenn sich die Verzögerungsstufe über dem ausgewählten Schwellwert befindet, wird durch die Steuervorrichtung eine Anweisung erzeugt, um zu bewirken, dass von einem rotierenden Teil des Motors Energie aufgenommen wird, um den Motor zu verlangsamen. Wenn sich die Verzögerungsstufe des Motors unter dem ausgewählten Schwellwert befindet, wird eine Anweisung erzeugt, um auf das rotierende Motorteil ein Drehmoment zur Verhinderung einer schnellen Verzögerung aufzubringen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Unterdrückung von Schwingungen, die in einem Dieselmotor beim Abschalten auftreten.

Bisher bekannte Systeme zur Unterdrückung von Motorschwingungen verwenden Steuerungstechniken mit Drehmoment-Ausgangssignal, bei denen Drehmomentschwankungen an der Kurbelwelle des Motors erfasst werden, und einem Wechselstromgenerator Strom zugeführt wird, um ein auf die Kurbelwelle aufgebrachtes Drehmoment in Gegenrichtung zu verändern.

Eine andere bekannte technische Ausführungsart im Stand der Technik ist, die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle des Motors abzutasten und die Geschwindigkeit in einen Strom umzuwandeln, diesen mit einem Referenzwert zu vergleichen und anschließend den Strom einem Motor/ Generator, der mit der Kurbelwelle verbunden ist, selektiv zuzuführen.

Ein weiteres Verfahren zur Reduzierung von Motorschwingungen umfasst eine Einrichtung zum Fühlen des Verbrennungsdrucks im Motor und zum Verändern des abgegebenen Motordrehmoments, wenn eine ungenaue Verbrennung stattfindet.

Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein verbessertes Verfahren und ein System zur Unterdrückung von Schwingungen eines Kraftfahrzeugmotors bereitzustellen.

Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen erfasst.

Die Lösung umfasst ein Verfahren und ein System mit einem Motor, dem eine positive und/oder negative Leistung zugeführt wird, um eine sanfte Verzögerung der rotierenden Teile des Motors zu erreichen, wobei eine aus Anlasser/Wechselstromgenerator kombinierte Einrichtung verwendet wird, um beim Abschalten eines Dieselmotors auftretende Schwingungen zu verhindern.

Die oben erläuterten und andere Merkmale der Erfindung werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit einer schematischen Zeichnung eines Ausführungsbeispieles deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Anordnung eines Systems zur Unterdrückung von Motorschwingungen, in dem eine kombinierte Anlasser/ Wechselstromgeneratoreinrichtung zwischen einem Motor und einer Getriebebaugruppe angeordnet ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Drehzahl-Kurve eines Motors während einer Verzögerung;

Fig. 3 die schematische Darstellung eines logischen Blockdiagramms von einem Motorsteuersystem zur Unterdrückung von Schwingungen beim Abschalten des Motors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.

Wenn ein Motor, insbesondere ein Dieselmotor, langsamer wird und abschaltet, erzeugen Drehmomentschwankungen auf Grund der anomalen Verbrennung unerwünschte Schwingungen. Das hohe Verdichtungsverhältnis eines Dieselmotors bewirkt, dass die Kurbelwelle plötzlich aufhört zu rotieren, wenn der Motor außer Betrieb gesetzt wird. Wenn sich die Kolben dem oberen Ende ihres Kompressionstaktes nähern, erfahren sie auf Grund des verdichteten Gases einen hohen Widerstand, und die resultierende Kraft wird eine schnelle Verzögerung der Kurbelwelle verursachen.

Wenn die Kurbelwelle stehen bleibt, können die verdichteten Gase in Abhängigkeit von der genauen Stellung der Kolben bewirken, dass der Motor kurz zurückschnellt oder kurz vorwärts beschleunigt, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Alle diese Auswirkungen, die schnelle Verzögerung und das Zurück- oder Vorwärtsschnellen verursachen ein Schütteln des Motors, das die Fahrzeuginsassen als unangenehme Bewegung fühlen.

Eine bekannte Lösung für dieses Problem ist der Anbau einer Drosselplatte im Lufteinlasssystem des Motors. Diese Drosselplatte wird geschlossen, wenn der Motor abgeschaltet wird. Das Ergebnis ist eine bedeutende Reduzierung des im Zylinder vorhandenen Gasdrucks und eine Verringerung der Schüttelkräfte.

In der vorliegenden Erfindung wird ein kombiniertes Anlasser/ Wechselstromgeneratorsystem verwendet, um das Schütteln beim Abschalten zu steuern, wodurch die Kosten einer zusätzlichen Drosselklappe eingespart werden.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem zwischen dem Motor 12 und dem Getriebe 14 eine kombinierte Anlasser/ Wechselstromgeneratoreinrichtung 10 angeordnet ist.

Der kombinierte Anlasser/Wechselstromgenerator 10 ist eine in einem Fahrzeug vorgesehene einzelne elektrische Maschine, welche die Doppelfunktionen der Erzeugung eines Antriebsmoments zum Starten eines Fahrzeugmotors und zum Aufnehmen von Energie aus der Rotation des Motors zur Erzeugung von Strom ausführt. Der kombinierte Anlasser/ Wechselstromgenerator wird so gesteuert, dass über den Anlasser ein Drehmoment auf den Motor bewirkt und über den Wechselstromgenerator Strom erzeugt wird, so dass er sowohl als Anlassermotor als auch als Stromerzeuger wirkt.

Der kombinierte Anlasser/Wechselstromgenerator 10 weist zwei elektrische Hauptkomponenten auf, wobei beispielsweise eine Komponente am Schwungrad des Motors oder dem Drehmomentenwandler in einer Automatik angebracht ist, die den Motor in Umdrehungen versetzt. Die zweite Komponente ist ein feststehendes Teil, das um die erste Komponente herum angebracht ist. Zwischen den beiden Komponenten gibt es keine mechanische Verbindung; die Verbindung erfolgt über einen magnetischen Kraftfluss. Im feststehenden Teil werden elektrische Ströme verarbeitet, um entweder im rotierenden Teil ein Drehmoment zum Starten des Motors zu induzieren oder um im feststehenden Teil elektrische Energie zur Stromerzeugung zu erzeugen. Es wird also der Anlasser/Wechselstromgenerator 10 verwendet, um Energie vom Schwungrad des Motors oder von einem anderen rotierenden Teil aufzunehmen oder diesen zuzuführen, um damit die Drehzahl des Motors und die Änderungsstufe der Drehzahl insbesondere beim Abschalten zu modifizieren. So erzeugt der Anlasser/ Wechselstromgenerator 10 bei Bedarf ein positives und/oder negatives Drehmoment auf das rotierende Teil des Motors, um eine ruhige Verzögerung der rotierenden Teile des Motors 12 beim Abschalten zu bewirken. Die rotierenden Teile des Motors umfassen die Kurbelwelle, Nockenwellen, Kolben und den Ventilantriebsstrang.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der kombinierte Anlasser/ Wechselstromgenerator 10 in Verbindung mit dem Motor 12 so verwendet, dass beim Außerbetriebsetzen des Motors, nachdem die Zündung ausgestellt ist, die Art und Weise gesteuert wird, wie die rotierenden Teile des Motors zum Stillstand kommen und somit ein nicht akzeptables Schütteln des Motors verhindert wird.

In Fig. 2 sind die Art und Weise, wie der Motor 12 von der Leerlaufdrehzahl nL beim Abschalten zum Stillstand (Drehzahl 0) kommt, und die sich ergebenden Auswirkungen der Verwendung des kombinierten Anlassers/ Wechselstromgenerators zur Steuerung der Schwingungen dargestellt. In Fig. 2 gibt die durchgezogene Linie 16 die Funktion des Motors 12 ohne Unterdrückung von Schwingungen an, dargestellt als Drehzahl n über der Zeit t. Wie aus dem Verlauf der Linie 16 ersichtlich ist, erfährt der Motor 12 eine Reihe von schnellen Verzögerungen V. Die gestrichelte Linie 18 gibt die Funktion des Motors 12 an, wenn der kombinierte Anlasser/ Wechselstromgenerator 10 zur Verhinderung der schnellen Verzögerungen V verwendet wird. Bei Betrieb wird Energie (E+) aufgenommen, wenn durch den Kolben des Motors keine Kompression des Gases stattfindet, um den Motor zu verlangsamen, und Energie (E-) zugeführt, wenn Kompression im Zylinder auftritt, um eine schnelle Verzögerung zu verhindern.

Das durch den kombinierten Anlasser/Wechselstromgenerator aufgebrachte oder aufgenommene Drehmoment ist entsprechend den Erfordernissen des Motors und seines Aufbaus änderbar. Das Steuersystem modifiziert die Drehzahl des Motors und ändert die Funktion des kombinierten Anlassers/Wechselstromgenerators, um die ruhigste Verzögerung des Motors gemäß der Linie 18 zu bewirken. Die genaue Beschaffenheit der Modifizierung der Funktion des kombinierten Anlassers/ Wechselstromgenerators kann der Fachmann dem jeweiligen Aufbau des Motors anpassen.

Wenn der kombinierte Anlasser/Wechselstromgenerator zur Aufnahme von Energie (E+) verwendet wird, um den Motor zu verlangsamen, wird Strom erzeugt, der in einer elektrischen Speichervorrichtung wie eine Batterie, ein Kondensator oder dergleichen gespeichert wird. Wenn der kombinierte Anlasser/Wechselstromgenerator verwendet wird, um ein Drehmoment dem Motor aufzuprägen (E-), wird diesem aus einer elektrischen Speichervorrichtung wie eine Batterie, ein Kondensator oder dergleichen Strom zugeführt.

Das System der vorliegenden Erfindung wird durch Signale von einem in dem Fahrzeug enthaltenen Computer gesteuert. In Fig. 3 ist eine Darstellung der Funktion der Systemsteuerung gezeigt, bei der Signale von Änderungsstufen der Motordrehzahl von einem Drehzahlsensor 20 des Fahrzeugmotors und ein Fahrzeugzündschlüssel-AUS-Signal 22 in das Programmsegment 24 einer Computersteuerung eingeleitet werden, um zu bestimmen, ob die Stufe der Verzögerung der Motordrehzahl unter dem Niveau einer ausgewählten Ansprechgrenze, dem Schwellwert oder Schwellpegel, liegt. Spezieller zeigt das Zündschlüssel-AUS-Signal an, dass der Motor in der Betriebsart Abschalten läuft. Der Motordrehzahlsensor 20 kann eine Zählvorrichtung sein, die die Zähne am Schwungrad eines Motors zählt, um ständig die Änderung der Motordrehzahl, d. h. die Verzögerung des Motors, zu bestimmen. Die Ausgangssignale vom Drehzahlstufensensor 20 werden dauernd einer Schwellpegelvorrichtung 26 des Steuersystems 24 zugeführt, in der die Änderungsstufe der Motordrehzahl anschließend ständig mit dem ausgewählten Schwellwert für die spezielle Anwendung verglichen wird. Der Vergleich der Änderungsstufe der Motordrehzahl mit dem Schwellwert in der Schwellpegelvorrichtung 26 führt zu der Entscheidung, entweder Energie zuzuführen (E+) oder Energie aufzunehmen (E-).

Speziell die Signale vom Motordrehzahlsensor 20 und das Fahrzeug- Zündschlüssel-AUS-Signal 22 werden der Schwellwertvorrichtung 26 im Programmsegment 24 der Computersteuerung zugeführt, das ein erstes JA-Signal 28 (Energie aufnehmen) erzeugen wird, wenn die Stufe der Verzögerung des Motors unter dem Schwellwert liegt. Das JA-Signal 28 ist mit dem kombinierten Anlasser/Wechselstromgenerator 10 verbunden und gibt ihm eine Anweisung, Energie von dem Motor aufzunehmen, um diesen zu verlangsamen. Wenn die Stufe der Motorverzögerung über dem Schwellwert liegt, wird ein zweites JA-Signal 30 erzeugt (Energie zuführen), um dem Anlasser/Wechselstromgenerator eine Anweisung zu geben, dem Motor Energie (Drehmoment) zuzuführen, um eine schnelle Verzögerung zu verhindern.

Der in Fig. 3 dargestellte Vorgang ist ein kontinuierlicher Prozess zur Überwachung der Motordrehzahlstufe durch den Sensor 20 und deren Anwendung in der Steuervorrichtung 24 entsprechend den in Fig. 2 gezeigten Kurven. Wenn der Motor zu schnell verzögert, wird Energie zugeführt (E-) und die Drehzahl anschließend durch den Sensor 20 erneut bewertet; wobei Energie aufgenommen (E+) wird, wenn der Motor sich nicht schnell genug verlangsamt. Der Vorgang setzt sich fort, bis der Motor 12 stehen bleibt.

Wenn durch den kombinierten Anlasser! Wechselstromgenerator Strom erzeugt wird, wird dieser in der Fahrzeugbatterie 32 gespeichert, wenn als Reaktion auf das erste JA-Signal von der Steuervorrichtung Energie vom Motor aufgenommen wird. Der Strom wird dem kombinierten Anlasser/ Wechselstromgenerator aus der Batterie des Motorfahrzeugs 32 zugeführt, wenn dem Motor als Reaktion auf das zweite JA-Signal von der Steuervorrichtung Energie zugeführt wird.

Der im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 verwendete ausgewählte Schwellwert und andere Systemparameter ändern sich für unterschiedliche Motoranordnungen und sind Gegenstand einer fachmännischen Systemanpassung.

Die Erfindung ist nicht auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern erstreckt sich auf Modifizierungen und Äquivalente, die im Umfang der Erfindung gemäß den Patentansprüchen enthalten sein können.

Claims

1. System zur Unterdrückung von Motorschwingungen umfassend:
eine kombinierte Anlasser/Wechselstromgeneratoreinrichtung mit einer Anlasser-Komponente, die mit dem Motor zur selektiven Rotation eines Motorteils verbunden ist, um dem Motor Energie zuzuführen, und einer Wechselstromgenerator-Komponente, die mit dem Motor verbunden ist, um selektiv Strom zu erzeugen und von dem Motor Energie aufzunehmen;
eine Steuervorrichtung mit einer Schwellwerteinrichtung, um eine Stufe eines Drehzahl-Schwellpegelwertes zu erzeugen;
eine Schlüssel-AUS-Einrichtung, die mit der Steuervorrichtung verbunden ist, um ein Signal zu erzeugen, wenn die Motorzündung ausgeschaltet ist und der Motor stillzusetzen beginnt;
eine mit dem Motor verbundene Sensoreinrichtung, um Signale zu erzeugen, die für die Drehzahlstufe des Motors repräsentativ sind, wobei die Schwellwerteinrichtung mit der Sensoreinrichtung verbunden ist, um das Drehzahlstufensignal von der Sensoreinrichtung mit dem Schwellwert zu vergleichen, um ein erstes JA-Signal zu erzeugen, wenn das Drehzahlstufensignal von der Sensoreinrichtung unter dem Schwellwert liegt, und ein zweites JA-Signal zu erzeugen, wenn das Drehzahlstufensignal von der Sensoreinrichtung über dem Schwellwert liegt; und die kombinierte Anlasser/ Wechselstromgeneratoreinrichtung, die auf das erste JA-Signal von der Steuervorrichtung anspricht, um Energie vom Motor aufzunehmen, und auf das zweite JA-Signal von der Steuervorrichtung anspricht, um dem Motor zur Unterdrückung von Motorschwingungen beim Abschalten Energie zuzuführen.

2. System zur Unterdrückung von Motorschwingungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte Anlasser/Wechselstromgeneratoreinrichtung mit dem Schwungrad des Motors verbunden ist.

3. System zur Unterdrückung von Motorschwingungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte Anlasser/Wechselstromgeneratoreinrichtung mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist.

4. System zur Unterdrückung von Motorschwingungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung als Zähleinrichtung für die Zähne an dem Schwungrad ausgebildet ist.

5. Verfahren zur Unterdrückung von Motorschwingungen beim Abschalten des Motors mit den Schritten:
Bestimmen der Drehzahlstufe eines Motors beim Abschalten;
Vergleichen der Motordrehzahlstufe mit einem vorgegebenen Schwellpegelwert;
Erzeugen eines ersten Signals, wenn die Drehzahlstufe des Motors unter dem Schwellpegelwert liegt;
Aufnehmen von Energie vom Motor, um die Drehzahlstufe des Motors zu senken, wenn diese unter dem Schwellpegelwert liegt;
Erzeugen eines zweiten Signals, wenn die Drehzahlstufe des Motors über dem Schwellenpegelwert liegt; und
Zuführen von Energie zum Motor, wenn die Drehzahlstufe des Motors unter dem Schwellpegelwert liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Bestimmens der Drehzahlstufe und des Vergleichens der Drehzahlstufe mit einem Schwellwert ein kontinuierlicher Vorgang ist, um beim Abschalten eine ruhige Verzögerung des Motors zu bewirken.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Bestimmen der Drehzahlstufe des Motors den Schritt des Zählens der Zähne des Motorschwungrades umfasst.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommene oder dem Motor zugeführte Energie entsprechend den Änderungen des Signals der Motordrehzahlstufe von der Sensoreinrichtung beim Abschalten des Motors kontinuierlich verändert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den kombinierten Anlasser/ Wechselstromgenerator Strom erzeugt und in der Fahrzeugbatterie gespeichert wird, wenn als Reaktion auf das erste JA-Signal von der Steuervorrichtung Energie von dem Motor aufgenommen wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem kombinierten Anlasser/ Wechselstromgenerator aus der Batterie des Motorfahrzeugs Strom zugeführt wird, wenn als Reaktion auf das zweite JA-Signal von der Steuervorrichtung dem Motor Energie zugeführt wird.