DE19727595C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine mit Zweimassenschwungrad - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine mit ZweimassenschwungradInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Starten von
Brennkraftmaschinen mit Zweimassenschwungrad zur Vermeidung von Startresonanzen.
Zur Verbesserung des Laufverhaltens von Brennkraftmaschinen, insbesondere von
Motoren in Kraftfahrzeugen, ist es bekannt, diesen ein Massenschwungrad starr
zuzuordnen, so daß sich ein insgesamt ruhigeres Laufverhalten einstellt.
Aufgrund der immer weiteren ergonomischen Gestaltung von Kraftfahrzeugen nimmt die
natürliche Dämpfung des Kraftfahrzeuges ab, wohingegen die Anzahl von
Geräuschquellen stetig zunimmt. Beispielsweise erzeugen die Gaskräfte der
Verbrennung besonders bei niedrigen Drehzahlen ein ungleichförmiges Drehmoment an
der Kurbelwelle und dem Schwungrad, wodurch Torsionsschwingungen entstehen, die
über die Kupplung auf das Getriebe und den Antriebsstrang übertragen werden. Als
Folge davon tritt ein Getrieberasseln im Leerlauf und im Zug- und Schubbetrieb bei
niedrigen Drehzahlen auf. Zum Isolieren der Schwingungen des Motors sind daher
Zweimassenschwungräder entwickelt worden, bei denen eine Masse dem
Trägheitsmoment des Motors und die andere Masse nur dem Massenträgheitsmoment
des Getriebes zugeordnet ist. Verbunden sind die beiden entkoppelten Massen über ein
Feder-/Dämpfungssystem. Durch das so erhöhte Massenträgheitsmoment der
Getriebebauteile nehmen diese nur bei deutlich niedrigen Drehzahlen unterhalb der
Leerlaufdrehzahl Schwingungen auf. Die Resonanzüberhöhungen und die damit
verbundenen Drehmomentspitzen sind jedoch um so stärker, je größer die
schwingenden Massen sind, so daß diese insbesondere beim Starten des Motors
auftreten. Gerät das Drehschwingungssystem in Resonanz, so bleibt der Motor bei
dieser Drehzahl hängen und die großen Drehmomente, die im Zweimassenschwungrad
auftreten, führen in sehr kurzer Zeit zu dessen Zerstörung, wenn der Motor nicht
abgestellt wird.
Zur Vermeidung dieser Startprobleme ist es bekannt, eine zusätzliche
Dämpfungseinrichtung vorzusehen, die nur in der Startphase zugeschaltet wird. Im
Normalbetrieb hingegen ist diese zusätzliche Dämpfungseinrichtung außer Funktion, und
die Torsionsschwingungen des Motors werden vom Federdämpfer herausgefiltert. Für
eine optimale Schwingungsisolation und den weichen Resonanzdurchgang beim Starten
und Abstellen des Motors muß das Verhältnis von Reibung und Federrate optimal
gewählt werden. Von entscheidender Bedeutung ist dabei die Länge der Federn, da je
weicher eine Feder ist, desto besser werden die Schwingungen isoliert. Nachteilig an
dieser Art der Resonanzunterdrückung ist, daß je weicher die Federn sind, desto
geringer ist auch die Bauteilfestigkeit. Des weiteren führt dies zusätzlich zu einer
Verschlechterung der Fahrzeugakustik.
Daher ist man bei Einspritzmotoren dazu übergegangen, die Startresonanz durch
Maßnahmen des Motorsteuergerätes zu kompensieren. Dazu erfolgt eine Einspritzung
von Kraftstoff beim Startvorgang erst oberhalb einer, in Abhängigkeit von der
Wassertemperatur des Kühlwasser festgelegten Grenzdrehzahl. Hierdurch wird
sichergestellt, daß das Drehschwingungssystem nach der ersten Verbrennung eines
Zylinders bereits eine Drehzahl erreicht hat, die oberhalb der Resonanzdrehzahl liegt.
Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist die merklich höhere Startzeit vom Beginn der
Starterbetätigung bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl, da erst oberhalb der
genannten Grenzdrehzahl eine Verbrennung stattfindet. Da die Grenzdrehzahl
proportinal zu den Motormomenten ist, führt die Entwicklung von Motoren mit größeren
Momenten zu einer weiteren Verschlechterung der Startzeiten.
Aus der DE 44 47 537 A1 ist ein System zur aktiven
Schwingungsdämpfung in Antriebsaggregaten mit wenigstens einer rotierenden Welle,
insbesondere einer Kurbelwelle bekannt, bei welchem Drehzahlungleichförmigkeiten der
rotierenden Welle und daraus resultierende Störschwingungen dadurch unterhalb
vorgegebener Werte gehalten werden, daß ein auf der Welle sitzendes Schwungrad als
bewegtes Grundelement einer elektrischen Maschine verwendet wird, wobei das
Schwungrad als passiver Drehschwingungstilger ausgebildet und ein solcher parallel
dazu angeordnet ist.
Des weiteren wird in der DE 195 03 537 A1 eine
Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen beschrieben, wobei der Startermotor über ein
Startrelais mittels eines Startschalters auf eine Akkumulatorbatterie zu schalten ist. Für
ein schnelles Abschalten des Starters ist vorgesehen, daß die Vorrichtung Mittel zur
Erfassung der Welligkeit der Batteriespannung und/oder des Stromes beim Startvorgang
durch Kompression und Dekompression der Brennkraftmaschine aufweist und daß
diesem Mittel eine Schaltstufe nachgeschaltet ist, die beim Ausbleiben der Welligkeit den
Startermotor abschaltet.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine mit Zweimassenschwungrad zu
schaffen, mittels derer eine Verbesserung der Startzeiten der Brennkraftmaschine
erreicht werden.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale der
Patentansprüche 1 und 4.
Durch die Ermittlung des Endes der Starterbetätigung kann unmittelbar mit dem
Starterbetätigungssignal mit der Kraftstoffzuführung begonnen werden, was den
Startvorgang erheblich beschleunigt. Erst bei Ende der Starterbetätigung wird überprüft,
ob
die Drehzahl des Motors einen von der Kühlwassertemperatur abhängigen
Grenzwert überschritten hat oder nicht. Ist dieser Grenzwert überschritten, so kann der
Startvorgang ohne Gefahr einer Startresonanz fortgesetzt werden. Andernfalls wird der
Startvorgang abgebrochen, indem das Motorsteuergerät die Kraftstoffzufuhr unterbricht.
Der Vorteil besteht darin, daß das Startverhalten des Motors nur beeinflußt wird, wenn die
Gefahr von Startresonanz besteht. Ansonsten unterscheidet sich der Startvorgang nicht von
dem eines Fahrzeuges mit konventioneller Kupplung und starrem Schwungrad. Aufgrund
der kürzeren Betätigungszeiten bei warmen Motor erhöht sich die Lebensdauer des
Anlassers. Des weiteren verringert sich der Energieverbrauch durch die kürzeren
Startzeiten und die Möglichkeit von kurzen Startresonanzen bei kurzer Starterbetätigung
wird vermieden. Zusätzlich kann der Startvorgang auch bei niedrigeren
Starterbatteriespannungen erfolgen. Ein weiterer Vorteil ist, daß keine zusätzliche externe
Verkabelung notwendig ist, wenn das Ende der Starterbetätigung aus dem Gradienten der
Starterbatteriespannung vom Motorsteuergerät abgeleitet wird. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher
erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung zum
Starten eines Kraftfahrzeugmotors mit Zweimassenschwungrad.
Die Vorrichtung 1 zum Starten eines Kraftfahrzeugmotors 2 mit Zweimassenschwungrad
umfaßt eine Starterbatterie 3, eine Startereinrichtung 4, ein Motorsteuergerät 5 und eine
Kraftstoffzuführeinrichtung 6. Die Starterbatterie 3 ist mit der Startereinrichtung 4
verbindbar, die einen Gleichstrommotor umfaßt. Der Gleichstrommotor steht in
Wirkverbindung mit dem Kraftfahrzeugmotor 2 und versetzt diesen beim Startvorgang in
Umdrehung. Wird durch Betätigung des Zündschlüssels der Startvorgang eingeleitet, so
erhält die Startereinrichtung 4 ein Starterbetätigungssignal 7 und der Gleichstrommotor wird
von der Starterbatterie 3 eingeschaltet. Das Motorsteuergerät 5 erzeugt ein
Kraftstoffzuführsignal 8, das an die Kraftstoffzuführeinrichtung 6 übergeben wird. Die
Kraftstoffzuführeinrichtung 6 wird aktiviert und führt den einzelnen Zylindern Kraftstoff zu.
Gleichzeitig erfaßt das Motorsteuergerät 5 eine Wassertemperatur TW des Kühlwassers
des Kraftfahrzeugmotors 2 und ermittelt aus einem Kennfeld eine dazugehörige
Grenzdrehzahl nGR. Des weiteren erfaßt das Motorsteuergerät 5 die jeweilige Drehzahl n
des Kraftfahrzeugmotors 2. Aus dem Gradienten der Starterbatteriespannung kann das
Ende der Starterbetätigung vom Motorsteuergerät 5 abgeleitet werden. Alternativ könnte
das Starterbetätigungssignal 7 dem Motorsteuergerät 5 auch direkt zugeführt werden, was
jedoch einen zusätzlichen Verkabelungsaufwand zur Folge hätte. Erfaßt oder ermittelt nun
das Motorsteuergerät 5 das Ende der Starterbetätigung, so wird die aktuelle Drehzahl n des
Kraftfahrzeugmotors 2 mit der Grenzdrehzahl nGR verglichen. Ist die Drehzahl n größer als
die Grenzdrehzahl nGR, so wird der Startvorgang so lange fortgesetzt, bis die Drehzahl n die
Startabwurfdrehzahl erreicht hat. Andernfalls wird der Startvorgang abgebrochen, indem
das Motorsteuergerät 5 die Kraftstoffzuführeinrichtung 6 abschaltet. Insbesondere bei
Kraftfahrzeugmotoren 2 mit elektronischer Einspritzregelung läßt sich dies sehr einfach
realisieren, da bei diesen bereits eine Verbindung zum Motorsteuergerät 5 existiert.
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine mit Zweimassenschwungrad,
umfassend eine Startereinrichtung, eine die Startereinrichtung beaufschlagbare
Starterbatterie, ein Motorsteuergerät und eine vom Motorsteuergerät ansteuerbare
Kraftstoffzuführeinrichtung, wobei das Motorsteuergerät eine Einrichtung zum
Erfassen des Endes der Starterbetätigung beinhaltet, dadurch gekennzeichnet,
daß das Motorsteuergerät (5) Einrichtungen zum Erfassen der Drehzahl n der
Brennkraftmaschine und der Kühlwassertemperatur TW umfaßt, aus der
Kühlwassertemperatur Tw vom Motorsteuergerät (5) eine Grenzdrehzahl nGR
ableitbar und der Kraftstoffzuführeinrichtung (6) abhängig vom Vergleich der erfaßten
Drehzahl n zur Grenzdrehzahl nGR am Ende der Starterbetätigung ein Steuersignal
zuführbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der
Starterbetätigung über den Gradienten der Starterbatterie-Spannung und/oder des
Starterbetätigungssignals (7) erfaßbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Motorsteuergerät (5) ein Steuersignal zur Fortsetzung des Startvorganges, falls
die Drehzahl n der Brennkraftmaschine am Ende der Starterbetätigung größer als
die Grenzdrehzahl nGR ist, oder zum Abbruch des Startvorganges, falls die Dreh
zahl n der Brennkraftmaschine am Ende der Starterbetätigung die Grenzdrehzahl
nGR unterschreitet, bildet.
4. Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine mit Zweimassenschwungrad,
mittels einer Startereinrichtung (4), einer Starterbatterie (3), eines
Motorsteuergeräts (5) und einer Kraftstoffzuführeinrichtung (6), umfassend
folgende Verfahrensschritte:
- a) Abgabe eines Starterbetätigungssignals (7) an Startereinrichtung (4),
- b) Abgabe eines Kraftstoffzuführsignals (8) von dem Motorsteuergerät (5) an die Kraftstoffzuführeinrichtung (6),
- c) Erfassung der Drehzahl n und der Temperatur TW des Kühlwassers der Brennkraftmaschine durch das Motorsteuergerät (5), wobei das Motorsteuergerät (5) in Abhängigkeit vom Zustandsparameter eine Grenzdrehzahl nGR ermittelt,
- d) Ermittlung des Endes der Starterbetätigung durch das Motorsteuergerät (5) und
- e) Vergleich der erfaßten Drehzahl n der Brennkraftmaschine am Ende der Starterbetätigung mit der ermittelten Grenzdrehzahl nGR und Fortsetzung des Startvorganges falls die Drehzahl n der Brennkraftmaschine am Ende der Starterbetätigung größer als die Grenzdrehzahl nGR ist oder Abbruch des Startvorganges durch Abschalten der Kraftstoffzufuhr mittels des Motorsteuergerätes (5) falls die Grenzdrehzahl nGR unterschritten ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der
Starterbetätigung aus dem Gradienten der Starterbatterie-Spannung und/oder
des Starterbetätigungssignals (7) abgeleitet wird.
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