WO2009152932A1 - Method for operating a vehicle drive train with an internal combustion engine having several cylinders which can be shut off selectively, and vehicle drive train - Google Patents
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- WO2009152932A1 WO2009152932A1 PCT/EP2009/003740 EP2009003740W WO2009152932A1 WO 2009152932 A1 WO2009152932 A1 WO 2009152932A1 EP 2009003740 W EP2009003740 W EP 2009003740W WO 2009152932 A1 WO2009152932 A1 WO 2009152932A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
- F16F15/14—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using masses freely rotating with the system, i.e. uninvolved in transmitting driveline torque, e.g. rotative dynamic dampers
- F16F15/1407—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using masses freely rotating with the system, i.e. uninvolved in transmitting driveline torque, e.g. rotative dynamic dampers the rotation being limited with respect to the driving means
- F16F15/1464—Masses connected to driveline by a kinematic mechanism or gear system
- F16F15/1471—Masses connected to driveline by a kinematic mechanism or gear system with a kinematic mechanism, i.e. linkages, levers
Definitions
- the invention relates to a method for operating a vehicle drive train with an internal combustion engine having a plurality of cylinders, in which work with a common crankshaft connected pistons, in which method the load adjustment of the internal combustion engine takes place at least partially, that the cylinders are selectively switched off according to a predetermined program.
- the invention further relates to a vehicle drive train.
- FIG. 8 shows, with the dashed line, a driving cycle as measured in the NEDC (New European Driving Cycle) for consumption measurement.
- the abscissa shows the test time in seconds; the right-hand ordinate shows the driving speed.
- 2 ZyI-P means an operation in which, compared to the normal four-cylinder operation exposes a cylinder, the subsequent cylinder is fired, then again exposes a cylinder, which is then fired subsequent cylinders and then expose all four cylinders, after which the cycle restarts ( Two-cylinder operation with break).
- 2 ZyI means that the internal combustion engine is operated such that a cylinder exposes between each two fired cylinders.
- 4 ZyI means that all four cylinders are fired in the usual way.
- the largest part of the NEDC is sufficient to operate the Internal combustion engine in 2 ZyI-P mode. For a small part of the 2 ZyI mode is required. For an even smaller part, all four cylinders are needed.
- FIG. 9 indicates the fuel consumption savings possible in the NEDC through cylinder deactivation, depending on the possible operating modes.
- the mode 4/2 means that the machine is operated in 4 ZyI mode as well as in 2 ZyI mode.
- the mode 4/2/2 -P means that all modes shown in Fig. 10 are possible.
- the respective modes used to idle the machine are specified separately.
- consumption benefits of between 10 and 18% can be achieved. This is because the engine is operated in 2 ZyI mode compared to the 4 ZyI mode with double medium pressure (double cylinder filling) and operated in 2 ZyI-P mode with an effective displacement of only 500 cm 3 and corresponding to four times the mean pressure.
- Fig. 11 further possible at constant driving consumption reductions, depending on the respective mode specified.
- Fig. 10 shows for a four-cylinder engine in 2 ZyI mode, in which after each 360 ° crankshaft rotation is a power stroke of two liters of displacement in an operation with a mean pressure of 2 bar and a mean speed of 2000 min "1 in the line I den
- the torque is indicated on the left-hand ordinate as a deviation from the mean value, where O Nm corresponds to the mean value.
- the speed or angular velocity is indicated on the right-hand ordinate.
- the abscissa indicates the respective position of the As can be seen, the angular velocity and the torque curve change with a peri- odizmaschine, which corresponds to the distance between the firing of two cylinders (in the example 360 °) to the mean value of 2000 min "1 or the mean value of the torque.
- Fig. 11 corresponds to Fig. 10, but shows the situation in 2 ZyI-P mode.
- both the torque changes and the angular velocity changes are significantly greater than in the 2 ZyI mode.
- the four rotations of the crankshaft remains average speed of about 2000 min "1 constant, the needs during the work cycles (each at 180 ° and 540 ° of crankshaft rotation) applied torque, that is, the filling of the respective cylinder, be considerably greater than in the case of 10, in contrast to FIG. 10, the angular velocity does not fluctuate within one crankshaft revolution about an average value, but first increases significantly at 180 ° CA and 540 ° CA, and then decreases again, so that averaged over two crankshaft revolutions Mean value of 2000 min "1 is reached.
- DE 10 2005 001 047 A1 discloses a vehicle drive train with a multi-cylinder internal combustion engine and an electric machine.
- the electric machine When cylinder deactivation of the internal combustion engine, the electric machine is driven such that the recorded or delivered by her torque reduces rotational irregularities of the internal combustion engine.
- high short-time powers of the electric machine and a correspondingly powerful design of the semiconductor switching elements required for controlling the electric machine and an electrical energy store tuned to the high powers are required.
- DE 34 31 368 C2 an internal combustion engine is described, which has a compensating device formed by two balance shafts for generating a damping torque in Zylinderabschalt strict.
- the two balancer shafts are rotatably coupled in the cylinder deactivation with the crankshaft of the internal combustion engine, wherein the phase position of balancing weights of the balancer shafts relative to the crankshaft is such that Dreun- unmaschinetechniken be compensated by mass balance.
- DE 10 2005 011 910 Al is a vehicle with an internal combustion engine, which is operable in Zylinderabschaltmodus.
- the powertrain of the vehicle further includes an electrically variable transmission with a torsion damper assembly and a Elektromaschi- ne, by means of the compression pulses of the engine can be reduced, when the damper assembly is decoupled.
- the damper assembly includes a plurality of damper springs having different spring constants so that the torsional damper assembly dampens nonuniform torque variations of the internal combustion engine that occur in skip-off mode.
- DE 100 05 582 A1 describes a drive train for a motor vehicle which, in addition to an internal combustion engine, has a functional electric machine arranged in parallel therewith with a stator and a rotor fixed to the drive train.
- One or more pendulum-like absorber masses are arranged on the rotor or coupled to the rotor. With such absorber masses constituting a torsional vibration absorber, torsional vibrations can be similarly mitigated to some extent, such as with elastically coupled absorber masses integrated in the drive train.
- DE 195 32 135 A1 describes a drive system for a motor vehicle having an internal combustion engine and an electric machine which can be coupled to the crankshaft of the internal combustion engine and which is designed such that it can start the internal combustion engine when stationary and enables automatic start-stop operation.
- DE 199 13 015 A1 describes a vibration damper system for a drive system of a motor vehicle with an electric machine which can be controlled in such a way that rotational speed irregularities in the drive train can be reduced.
- a deflection mass arrangement with at least one deflection mass and at least one deflection path is fastened to a rotating component of the drive train, along which the deflection kungsmasse is movable.
- the deflection path has a vertex area and deflection areas extending therefrom in the circumferential direction, wherein the vertex area is a region of maximum radial distance of the deflection path from the rotational axis of the rotary component.
- the invention has for its object to provide a vehicle powertrain with a Mehrzy- linderbrennkraftmaschine and an electric machine, in which by cylinder deactivation possible fuel consumption benefits are used to a high degree without this is not associated with the vehicle occupants comfort degradation.
- a solution to this problem is achieved with the features of claim 1.
- angular speed changes of the crankshaft due to the cylinder deactivation are reduced by means of at least one movable balancing mass component.
- This balancing mass component is coupled to the crankshaft in such a way that kinetic energy is supplied to it in predetermined rotational phases of the crankshaft, in which a respective cylinder ignites, which is fed back into the crankshaft in phases in which no ignition takes place.
- the coupling between the crankshaft and the balancing mass component is such that such an energy exchange also takes place when the crankshaft rotates at a constant speed, so that with the help of the balancing mass component angular velocity changes the crankshaft, so to speak before their formation and thus "at the root” fought
- the temporal gradients of the speed fluctuations remaining in the drive train after compensating the rotational irregularities of the crankshaft are then considerably smaller than the rotational irregularities of the crankshaft before it is equalized by the balancing mass component, so that according to the invention, the electrical power required to compensate for the speed fluctuations is considerably reduced compared with the prior art ,
- the dependent claims 5 and 6 indicate two ways in which the coupling of the balancing mass component with the crankshaft and the operation of the electric machine can be controlled.
- the claim 7 indicates the basic structure of the vehicle drive train, which is operable according to the inventive method.
- the vehicle drive train according to the invention is further developed with the features of claims 8 to 16 in an advantageous manner.
- Fig. 5 u. 6 end views of a compensation device with a movable compensation mass component
- FIG. 9 shows possible fuel savings in the NEDC due to different operating modes
- Fig. 10 speed and torque fluctuations in the mode 2 ZyI
- Fig. 1 speed and torque fluctuations in the mode 2 ZyI-P.
- a drive train of a vehicle has an internal combustion engine 100, in the example shown a four-cylinder internal combustion engine, whose crankshaft 102 is connected directly or via an intermediate shaft rotatably connected to the crankshaft to an input of a coupling device 104 whose output shaft 106 is connected via a coupling 108 and a transmission 110 is connected to a drive shaft 112 of the vehicle, which in turn drives the wheels of a driven vehicle axle or, in four-wheel drive, all wheels of the vehicle via a differential 114.
- an internal combustion engine 100 in the example shown a four-cylinder internal combustion engine, whose crankshaft 102 is connected directly or via an intermediate shaft rotatably connected to the crankshaft to an input of a coupling device 104 whose output shaft 106 is connected via a coupling 108 and a transmission 110 is connected to a drive shaft 112 of the vehicle, which in turn drives the wheels of a driven vehicle axle or, in four-wheel drive, all wheels of the vehicle via a differential 114.
- the drive train includes a compensation device which has a mechanical part 120 cooperating with the crankshaft of the internal combustion engine and an electrical part 124 containing an electric machine 122 and the coupling device 104.
- the electric machine can be controlled by means of a controllable inverter 126 and be switched in a conventional manner between regenerative and motor operation, where it stores electrical energy stored in regenerative operation in an electrical energy storage 128 and 128 takes energy from the energy storage in motor operation.
- the clutch 108 and the transmission 110 may be of any known type, such as starting clutch, converter clutch, manual transmission, automatic transmission, etc.
- the coupling device 104 with which the electric machine 122 is coupled to the crankshaft 102, can be of very different types. In the simplest case, it is formed directly by a rotatably connected to the crankshaft 102 rotor of the electric machine 122, wherein the output shaft 106 may then be integrally formed with the crankshaft 102.
- the rotor need not be disposed directly on the crankshaft, but may be coupled via a gear stage, with which the speed of the output shaft of the electric machine 122 is translated to the rotational speed of the crankshaft 102 and output shaft 106, respectively.
- the coupling device 104 may be formed by an adding gear, for example a planetary gear, whose sun gear 104a is non-rotatably connected to the crankshaft 102, whose planet carrier 104b is connected to the output shaft 106 is rotatably connected and whose ring gear 104c is rotatably connected to the electric machine 122.
- an adding gear for example a planetary gear, whose sun gear 104a is non-rotatably connected to the crankshaft 102, whose planet carrier 104b is connected to the output shaft 106 is rotatably connected and whose ring gear 104c is rotatably connected to the electric machine 122.
- ns speed of the sun gear
- ⁇ H speed of the ring gear
- np speed of the planet carrier
- Z H number of teeth of the ring gear
- the electric machine 122 may be the only machine for power generation of the vehicle.
- the energy storage 128 is a common vehicle battery. If the electric machine 122 is present in addition to the usual electrical vehicle equipment, its associated energy storage 128 may be formed only by a capacitor.
- an electronic control unit 132 is provided, whose inputs with an accelerator pedal sensor 134 and other sensors, such as a speed sensor 136 for detecting the vehicle speed, a speed sensor for detecting the rotational speed of the machine 100, a sensor for detecting the temperature of the machine, etc . are connected.
- the controller 132 includes a microprocessor with program and data memories in a manner known per se and is functionally divided into a selective control device 132a, a load control device 132b, a compensation control device 132c and an electric machine control device 132d.
- the selective control device 132a determines the mode in which the engine 100 is operated, depending on the operating conditions of the powertrain, such as the position of the accelerator pedal and the vehicle speed.
- the load control device 132b controls the load actuator 138 and other parameters of the internal combustion engine.
- the compensation control device 132 c controls the adjusting device 140 and the electric machine control device 132 d controls the electronic control device 126 of the electric machine 122.
- An embodiment of the balancing device will be described below. In the following, the basic function of the compensation device will first be explained.
- Fig. 2 corresponds to Fig. 12, but with active mechanical part 120 of the balancer.
- the registered designation "with CRE” means with effective "Crankshaft Rotation Equalizer”.
- Fig. 3 corresponds to Fig. 13, but with effective mechanical part 120 of the balancer.
- the torque nonuniformity with respect to FIG. 13, in particular in the range from 0 ° CA to 720 ° CA, is also clearly reduced here. Accordingly, the angular velocity changes compared to the Fig. 13 are significantly improved.
- the fluctuation of the rotational speed about the mean rotational speed of 2000 min -1 associated with the periodicity of the firing of the internal combustion engine, ie four crankshaft revolutions, which is not compensated by the mechanical part 120 of the compensating device.
- the electric machine is used essentially only for compensating the angular velocity changes which remain after mechanical compensation of the rotational non-uniformities.
- the electric machine then serves essentially only to compensate for the speed increase and the speed drop of the crankshaft of the internal combustion engine, which is more pronounced, the greater the crank angle distance between two fired cylinders.
- the power requirement of the electric machine can be significantly reduced and only a relatively small energy storage is required for temporary storage of the electrical energy generated by the electric machine in generator operation, for example, a capacitor.
- FIG. 4 shows, by way of example, the effectiveness of the electric machine 122 (FIG. 1) in its coupling via the adder gear 104 for compensating the speed fluctuations according to the curve II of FIG. 3.
- the curve ns of FIG. 4 shows, with reference to the left Ordinate, the speed ns of the sun gear 104a of the planetary gear, which is equal to the rotational speed of the crankshaft 102.
- the curve n ⁇ indicates the rotational speed of the ring gear, relative to the right ordinate, with which the deviation of the rotational speed of the sun gear from the target rotational speed 2000 min '1 can be compensated, so that the rotational speed of the planet carrier np at the value of about 1300 min 1 , when the electric machine 122 does not require compensation for speed variations, the ring gear 104c is locked by means of a brake (not shown) controlled by the electronic control device 132, which can also engage the electric machine 122 Speed fluctuation about a target value, in the example shown, a compensation of the variation of the speed of the sun gear to 2000 min "1 is required, the rotational speed of the electric machine 122 is controlled such that the rotational speed of the planet carrier or the output shaft 106 on from the translation of the Adding gear resulting constant value remains.
- the ratio of the electric machine 122 to the ring gear 104c is selected in each case with regard to a favorable design of the electric machine which, when the brake is released, must apply the support torque for supporting the torque introduced via the crankshaft 102. Even if the speed control of the electric machine 122, which is operated at negative speeds nu of FIG. 4 as a generator and motor at positive speeds, does not allow complete compensation of the speed deviations, so you can still compensate for the speed fluctuations to a considerable extent.
- the crankshaft 102 of the reciprocating internal combustion engine has a radially projecting cam lobe 12 rotatably connected to or integrally formed with the crankshaft 102.
- a compensation mass component 14 is mounted next to the driving lug 12, which is balanced with respect to the axis of rotation A of the crankshaft 10 in an advantageous manner.
- a bearing plate 16 (hatched, in Fig. 5, the axial arrangement is not visible) pivotally mounted about an axis A of the crankshaft 102 remote from the axis B to a motor housing, not shown.
- the bearing plate 16 has a passage opening 20 through which the crankshaft 10 extends, so that the described assembly can be arranged at a front end of the crankshaft or in a central region of the crankshaft.
- the pivot axis B is parallel to the axis of rotation A of the crankshaft.
- a guide coupling 22 is rotatably mounted, projecting from the radial arm 24.
- the radial arm is connected via an arm 26a of a two-armed coupling member 26 with the driving lug 12.
- the other arm 26b of the coupling member 26 is connected via a further coupling member 28 in a joint 29 with the balancing mass component 14.
- the coupling member 28 protrudes, for example, in a radial slot (not shown) of the balance mass component 14 and is mounted therein by means of a pin.
- the pivot axes of the joints about which the coupling links are pivotable relative to each other and to the cam lug 12, the guide coupling 22 and the balancing mass component 14 are parallel to each other and parallel to the axes A and B.
- a total of 140 designated adjusting device is provided, which has an actuator 42 which is pivotally connected to an arm 44 which is rigidly connected to the end plate 16.
- the bearing plate 16 Approximately in extension of the arm 44, the bearing plate 16 on its opposite side to another, rigidly connected to it arm 46, which is pivotable about the pivot axis B.
- the actuator 42 of the adjusting device 140 can be moved in a conventional manner by means of a hydraulic cylinder, an electric motor or otherwise according to Figure 7 in the vertical direction, the mobility is advantageously limited by stops 48 and 50.
- the described device can build very compact in nested construction.
- the balancing mass component 14 is arranged between the guide coupling 22 and the middle entrainment approach 12 rotatably mounted on the crankshaft coaxially with the axis of rotation A of the crankshaft.
- the guide coupling 22 is rotatably mounted about the defined by the end plate 16 axis of rotation C. Axially next to the guide coupling 22 extend the arms 44 and 46 of the bearing plate 16. It is understood that the relative to the crankshaft eccentric pivoting of the bearing plate 16 and its adjustment can be ensured by other constructions, for example.
- the bearing plate directly with a pin is mounted in the motor housing, which is arranged eccentrically to the axis of rotation of the crankshaft.
- Figure 5 illustrates the state of the arrangement in which the axis of rotation C of the guide coupling 22 has a maximum distance from the axis of rotation A of the crankshaft 102.
- the connecting line between the axes of rotation A and C is advantageously approximately parallel to the direction of movement of the piston connected to the crankshaft 102, not shown, the internal combustion engine and coincides in the illustrated plan advantageously with the line of movement of the piston. Minor changes in direction of the connecting line during pivoting of the bearing plate 16 about the pivot axis B can be disregarded.
- Figure 6 shows the state of the arrangement of Figure 5, in which the axes of rotation A and C coincide, that is, the state of maximum eccentricity of Figure 7 is adjusted to a concentric state in which the guide coupling 22 rotates coaxially with the crankshaft 10.
- the relative position between the driver lug and the coupling members 26 and 28 and the radial arm 24 remains constant, so that the balancing mass component 14 rotates at the same angular speed as the crankshaft 16.
- the arrangement of the driving lug 12, the angled coupling member 26 and the coupling member 28 and the articulated connection between said components is such that with eccentric arrangement of the guide coupling relative to the crankshaft during a revolution of the crankshaft or the Mit predominantlyansatzes 12, the coupling member 26 once relative to Mit supportiveansatz 12 is pivoted and thereby increases the angular velocity of the balancing mass component 14 against the angular velocity of the crankshaft once and correspondingly reduced once.
- rotational irregularities or speed fluctuations as in the 2 ZyI mode of a four- 2 cylinder four-stroke piston internal combustion engine can be compensated by the arrangement of FIG.
- Fig. 7 shows schematically a particularly simple embodiment of an adjusting device 140.
- the arm 44 of the bearing plate 16 (Fig. 1) is hingedly connected to a serving as an actuator shaft 42 of a piston 72 of a double-acting piston-cylinder unit 74 whose pressure chambers via two lines 76 and 78 are interconnected.
- a check valve 80 and 82 is arranged, wherein the check valves 80 and 82 act in opposite directions to each other.
- a shut-off valve 84 or 86 is arranged in each of the lines. Due to the eccentric mounting of the bearing plate 16 act on the arm 44 during a revolution of the balancing component 14 alternately forces, which are directed according to the figures up or down.
- a hydraulic fluid in the piston-cylinder unit 74 can only flow from one pressure chamber to the other, so that an appropriate adjustment of the shut-off valves 84 and 86 results in one or the other direction without that to an external source of pressure medium is required. It is understood that it is ensured by a suitable hydraulic fluid refill that the lines and the piston-cylinder unit are constantly filled with hydraulic fluid without air.
- the power requirement of the internal combustion engine is determined in the electronic control device 132 and the operating mode determined. As long as the internal combustion engine is operated with all cylinders, the adjusting device 140 is moved to the neutral position shown in FIG.
- the compensation controller 132c of the controller 132 determines, in accordance with programs stored in its programs adapted to the respective internal combustion engine, the position of the adjusting device 140, i. the distance between the axes of rotation A and C (Fig. 5), in which by means of the balancing component 88, the Drehlei chförmieren the crankshaft, which also depend on the position of the load actuator 138, are optimally balanced.
- the electronic machine control device 132d determines the speed curve with which the speed changes or fluctuations of the crankshaft 102, which are not compensated by the balancing mass component 88 and are compensated by the cylinder-selective operation of the internal combustion engine, are to be compensated via the adder gear 104 and controls the inverter control device 126 for a corresponding one Speed course of the electric machine 122 at.
- the operation of the compensation device may be carried out as previously described pilot-controlled, or may additionally or exclusively controlled by the rotational irregularity of the crankshaft 102 and / or the drive shaft 106 are detected and fed to a controller which controls the adjustment 140 and the electronic control device 126 so in that speed changes of the crankshaft and the drive shaft are minimized.
- the rotational irregularities of the crankshaft and the drive shaft detected by corresponding sensors are filtered unequally in accordance with the different periodicities of the irregularities to be eliminated, for example, changes of more than 20 ° in each case are required for the regulation of the adjusting device 140.
- shaft angle sliding averaged angular velocities, while for the control of the inverter 126, changes in the angular velocities are averaged over each 360 ° crankshaft rotation.
- the mechanical part 120 of the balancer has been described in terms of its application to the 2 ZyI mode of a four-cylinder four-cycle internal combustion engine.
- the coupling members 26 and 28 can be replaced by two coupling members, one of which connects the driving lug 12 with the radial arm 24 of the guide coupling and the other connects the radial arm 24 with the balancing mass component 14. In this way it can be achieved that the balancing mass component is accelerated and decelerated twice during one revolution of the crankshaft.
- the balancing mass component 14 can be formed with a variable moment of inertia, for example, by containing two variable in a distance mass body.
- the electric machine 122 may be designed so that it not only serves to compensate for speed fluctuations, but also serves to regenerate braking energy in overrun mode or as a motor for driving or to assist the drive of the vehicle.
- the electric part 124 has been explained above with reference to the electric machine 122 connected to the drive train via the adder gear 104.
- the electric machine 122 may also be non-rotatably connected to the crankshaft 102, wherein the adding gear 104 may then be dispensed with or merely forms a gear ratio between the rotor of the electric machine 122 and the crankshaft 102 or drive shaft 112.
- the torque of the electric machine 122 must each be controlled so as to produce the torque fluctuations around the average torque output that are effective after balancing the torque nonuniformities on the crankshaft 102 of the engine 100, exactly opposite torque fluctuations, thereby keeping the speed of the crankshaft 102 itself constant becomes.
- control of the electric machine 122 may be controlled depending on the load and the respective operating mode of the internal combustion engine, or the operation of the electric machine 122 may be controlled by detecting the angular velocity changes of the crankshaft 102 and a controller that drives the inverter 126 to minimize the angular velocity changes.
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Abstract
The invention relates to a method for operating an internal combustion engine having several cylinders, in which pistons connected to a common crankshaft (102) are operating. According to the invention, load adjustment is at least partly achieved in that the cylinders are selectively fired according to a predefined programme. Changes in angular speed of the crankshaft, which may result from the selective firing of the cylinders, are reduced by coupling a movable balancing mass component (14) to the crankshaft in such a manner that the kinetic energy of the balancing mass component increases in phases, in which the angular speed of the crankshaft would increase without being coupled to the balancing mass component, and decreases in phases in which the angular speed of the crankshaft would decrease without being coupled to the balancing mass component. Furthermore, an electric machine (122) is provided which compensates remaining fluctuations in rotational speed following the balancing of the rotational non-uniformities of the crankshaft by means of the balancing mass component.
Description
Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstrangs mit einer Brennkraftmaschine mit mehreren selektiv abschaltbaren Zylindern sowie Fahrzeugantriebsstrang A method of operating a vehicle powertrain with an internal combustion engine having a plurality of selectively deactivatable cylinders and vehicle driveline
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstrangs mit einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, in denen mit einer gemeinsamen Kurbelwelle verbundene Kolben arbeiten, bei welchem Verfahren die Lastanpassung der Brennkraftmaschine zumindest teilweise dadurch erfolgt, dass die Zylinder nach einem vorbestimmten Programm selektiv abgeschaltet werden. Die Erfindung betrifft weiter einen Fahrzeugantriebsstrang.The invention relates to a method for operating a vehicle drive train with an internal combustion engine having a plurality of cylinders, in which work with a common crankshaft connected pistons, in which method the load adjustment of the internal combustion engine takes place at least partially, that the cylinders are selectively switched off according to a predetermined program. The invention further relates to a vehicle drive train.
Fig. 8 zeigt mit der gestrichelten Linie einen Fahrzyklus, wie er im NEDC (New European Driving Cycle) zur Verbrauchsmessung durchfahren wird. Die Abszisse zeigt die Testzeit in Sekunden; die rechtsseitige Ordinate zeigt die Fahrgeschwindigkeit.FIG. 8 shows, with the dashed line, a driving cycle as measured in the NEDC (New European Driving Cycle) for consumption measurement. The abscissa shows the test time in seconds; the right-hand ordinate shows the driving speed.
Wenn ein solcher Fahrzyklus mit einem Fahrzeug der „Golfklasse" mit einem üblichen Vierzylinder-Ottomotor mit zwei Liter Hubraum durchfahren wird, wird die Brennkraftmaschine bei üblichen Getriebeübersetzungen ständig im Teillastbetrieb betrieben, d.h. in einem Betriebsbereich, in dem die Füllung der einzelnen Zylinder weit unterhalb der Füllung liegt, bei der ein günstiger spezifischer Verbrauch erzielt wird. Wie allgemein bekannt, steigt der spezifische Verbrauch der Brennkraftmaschine, ausgehend von einem Minimum, mit abnehmender Last an, wobei dieser Anstieg bei Ottomotoren ausgeprägter ist als bei Dieselmotoren.If such a drive cycle is traversed by a vehicle of the "Golf Class" with a conventional four-cylinder gasoline engine with two liters of displacement, the internal combustion engine is operated under normal transmission ratios constantly in partial load operation, ie in an operating range in which the filling of the individual cylinders far below the As is well known, the specific consumption of the internal combustion engine rises, starting from a minimum, with decreasing load, which increase is more pronounced in gasoline engines than in diesel engines.
In Fig. 8 sind auf der linksseitigen Ordinate die gefeuerten Zylinder bzw. Betriebszustände der Brennkraftmaschine angegeben, bei denen Zylinder selektiv abgeschaltet werden. Dabei bedeutet 2 ZyI-P einen Betrieb, bei dem gegenüber dem normalen Vierzylinderbetrieb ein Zylinder aussetzt, der nachfolgende Zylinder befeuert wird, dann wieder ein Zylinder aussetzt, der dann nachfolgende Zylinder befeuert wird und anschließend alle vier Zylinder aussetzen, woraufhin der Zyklus neu beginnt (Zweizylinderbetrieb mit Pause). 2 ZyI bedeutet, dass die Brennkraftmaschine derart betrieben wird, dass zwischen je zwei befeuerten Zylindern ein Zylinder aussetzt. 4 ZyI bedeutet, dass alle vier Zylinder in üblicher Weise befeuert werden. Wie ersichtlich, genügt für den bei weitem größten Teil des NEDC ein Betreiben der
Brennkraftmaschine im 2 ZyI-P Modus. Für einen kleinen Teil ist der 2 ZyI Modus erforderlich. Für einen noch kleineren Teil werden alle vier Zylinder benötigt.In Fig. 8, on the left-hand ordinate, the fired cylinders and operating states of the internal combustion engine are indicated, in which cylinders are selectively turned off. 2 ZyI-P means an operation in which, compared to the normal four-cylinder operation exposes a cylinder, the subsequent cylinder is fired, then again exposes a cylinder, which is then fired subsequent cylinders and then expose all four cylinders, after which the cycle restarts ( Two-cylinder operation with break). 2 ZyI means that the internal combustion engine is operated such that a cylinder exposes between each two fired cylinders. 4 ZyI means that all four cylinders are fired in the usual way. As can be seen, by far the largest part of the NEDC is sufficient to operate the Internal combustion engine in 2 ZyI-P mode. For a small part of the 2 ZyI mode is required. For an even smaller part, all four cylinders are needed.
Fig. 9 gibt die im NEDC durch Zylinderabschaltung möglichen Verbrauchseinsparungen abhängig von den möglichen Betriebsmoden an. Der Modus 4/2 bedeutet, dass die Maschine sowohl im 4 ZyI Modus als auch im 2 ZyI Modus betrieben wird. Der Modus 4/2/2 -P bedeutet, dass alle in Fig. 10 gezeigten Moden möglich sind. Die jeweiligen Moden, mit denen die Maschine im Leerlauf betrieben wird, sind gesondert angegeben. Wie ersichtlich, lassen sich je nach Modus Verbrauchsvorteile zwischen 10 und 18 % erzielen. Dies liegt daran, dass die Brennkraftmaschine im 2 ZyI Modus gegenüber dem 4 ZyI Modus mit doppeltem Mitteldruck (doppelter Zylinderfüllung) betrieben wird und im 2 ZyI-P Modus mit einem effektiven Hubvolumen von lediglich 500 cm3 und entsprechend vierfachem Mitteldruck betrieben wird. In Fig. 11 sind weiter die bei Konstantfahrt möglichen Verbrauchsminderungen, abhängig vom jeweiligen Modus, angegeben.FIG. 9 indicates the fuel consumption savings possible in the NEDC through cylinder deactivation, depending on the possible operating modes. The mode 4/2 means that the machine is operated in 4 ZyI mode as well as in 2 ZyI mode. The mode 4/2/2 -P means that all modes shown in Fig. 10 are possible. The respective modes used to idle the machine are specified separately. As can be seen, depending on the mode, consumption benefits of between 10 and 18% can be achieved. This is because the engine is operated in 2 ZyI mode compared to the 4 ZyI mode with double medium pressure (double cylinder filling) and operated in 2 ZyI-P mode with an effective displacement of only 500 cm 3 and corresponding to four times the mean pressure. In Fig. 11 further possible at constant driving consumption reductions, depending on the respective mode specified.
Alle angegebenen Werte beziehen sich auf einen Betrieb der Brennkraftmaschine, bei dem die Ladungswechselventile der nicht gefeuerten Zylinder zur Vermeidung von Strömungsverlusten und Auskühlen geschlossen bleiben. Dies ist durch an sich bekannte schaltbare Ventiltriebe bzw. Ventilbetätigungseinrichtung möglich.All values given refer to an operation of the internal combustion engine in which the charge exchange valves of the non-fired cylinders remain closed to prevent flow losses and cooling. This is possible by known switchable valve trains or valve actuation device.
Ein Problem, das sich bei der Zylinderabschaltung stellt, liegt in der dadurch bedingten erheblichen Zunahme von Drehungleichförmigkeiten und Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle und Ungleichförmigkeiten und Schwankungen des von der Kurbelwelle abgegeben Drehmoments, wodurch der Fahrkomfort für die Fahrzeuginsassen beeinträchtigt wird.One problem associated with cylinder deactivation is the consequent substantial increase in rotational irregularities and rotational speed variations of the crankshaft and nonuniformities and variations in torque delivered by the crankshaft, thereby compromising ride comfort for the vehicle occupants.
Fig. 10 zeigt für einen Vierzylindermotor im 2 ZyI Modus, in dem nach jeweils 360° Kurbelwellendrehung ein Arbeitstakt erfolgt, von zwei Liter Hubraum bei einem Betrieb mit einem Mitteldruck von 2 bar und einer mittleren Drehzahl von 2000 min"1 in der Linie I den Drehmomentverlauf und in der Linie II den Drehzahlverlauf. Das Drehmoment ist auf der linksseitigen Ordinate als Abweichung von dem mittleren Wert angegeben, wobei O Nm dem Mittelwert entspricht._Die Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit ist auf der rechtsseitigen Ordinate angegeben._Die Abszisse gibt die jeweilige Stellung der Kurbelwelle an. Wie ersichtlich, ändern sich die Winkelgeschwindigkeit und der Drehmomentverlauf mit einer Peri-
odizität, die dem Abstand zwischen der Feuerung zweier Zylinder entspricht (im Beispiel 360°) um den mittleren Wert von 2000 min"1 bzw. den Mittelwert des Drehmoments.Fig. 10 shows for a four-cylinder engine in 2 ZyI mode, in which after each 360 ° crankshaft rotation is a power stroke of two liters of displacement in an operation with a mean pressure of 2 bar and a mean speed of 2000 min "1 in the line I den The torque is indicated on the left-hand ordinate as a deviation from the mean value, where O Nm corresponds to the mean value._ The speed or angular velocity is indicated on the right-hand ordinate._ The abscissa indicates the respective position of the As can be seen, the angular velocity and the torque curve change with a peri- odizität, which corresponds to the distance between the firing of two cylinders (in the example 360 °) to the mean value of 2000 min "1 or the mean value of the torque.
Fig. 11 entspricht der Fig. 10, zeigt die Situation jedoch im 2 ZyI-P Modus. Wie ersichtlich, sind sowohl die Drehmomentänderungen als auch die Winkelgeschwindigkeitsänderungen erheblich größer als im 2 ZyI Modus. Damit die über vier Umdrehungen der Kurbelwelle gemittelte Drehzahl von etwa 2000 min"1 konstant bleibt, muss das während der Arbeitstakte (bei jeweils 180° und 540° Kurbelwellendrehung) aufzubringende Drehmoment, d.h. die Füllung des jeweiligen Zylinders, erheblich größer sein als im Fall der Fig. 10. Im Unterschied zur Fig. 10 schwankt die Winkelgeschwindigkeit nicht innerhalb jeweils einer Kurbelwellenumdrehung um einen Mittelwert, sondern nimmt mit deutlichen Einbrüchen bei 180° KW und 540° KW zunächst zu, um dann wieder abzunehmen, so dass gemittelt über 2 Kurbelwellenumdrehungen der Mittelwert von 2000 min"1 erreicht wird.Fig. 11 corresponds to Fig. 10, but shows the situation in 2 ZyI-P mode. As can be seen, both the torque changes and the angular velocity changes are significantly greater than in the 2 ZyI mode. Thus, the four rotations of the crankshaft remains average speed of about 2000 min "1 constant, the needs during the work cycles (each at 180 ° and 540 ° of crankshaft rotation) applied torque, that is, the filling of the respective cylinder, be considerably greater than in the case of 10, in contrast to FIG. 10, the angular velocity does not fluctuate within one crankshaft revolution about an average value, but first increases significantly at 180 ° CA and 540 ° CA, and then decreases again, so that averaged over two crankshaft revolutions Mean value of 2000 min "1 is reached.
Wie aus einem Vergleich der Figuren 10 und 11 ersichtlich, sind im 2 ZyI-P Modus die zeitlichen Änderungen des Drehmoments und der Drehzahl, die mit einem Arbeitstakt einhergehen, erheblich größer als im 2 ZyI Modus. Die unmittelbar durch einen Arbeitstakt ausgelösten Drehmoment- und Drehzahlschwankungen werden im Folgenden als Drehmoment- bzw. Drehzahlungleichförmigkeit bezeichnet. Sie wiederholen sich im Abstand der Arbeitstakte. Diesen Ungleichförmigkeiten überlagert sich eine Drehzahlschwankung, die die durch den Modus gegebene Periodizität hat, also im Beispiel der Fig. 13 eine Periodizität von vier Kurbelwellenumdrehungen.As can be seen from a comparison of Figures 10 and 11, in the 2 ZyI-P mode, the time changes of the torque and the speed, which are associated with a power stroke, considerably larger than in 2 ZyI mode. The torque and speed fluctuations which are triggered directly by a power stroke are referred to below as torque or rotational non-uniformity. They are repeated at the distance of the power strokes. These nonuniformities are superimposed by a speed fluctuation which has the periodicity given by the mode, that is, in the example of FIG. 13, a periodicity of four crankshaft revolutions.
In der DE 10 2005 001 047 Al ist ein Fahrzeugantriebsstrang mit einer Mehrzylinderbrenn- kraftmaschine und einer Elektromaschine offenbart. Bei Zylinderabschaltung der Brennkraftmaschine wird die Elektromaschine derart angesteuert, dass das von ihr aufgenommene bzw. abgegebene Drehmoment Drehungleichförmigkeiten des Verbrennungsmotors vermindert. Damit Drehungleichförmigkeiten einer im Zylinderabschaltbetrieb betriebenen Mehrzy- linderbrennkraftmaschine mittels der Elektromaschine wirksam vermindert werden können, sind hohe Kurzzeitleistungen der Elektromaschine und eine entsprechend leistungsstarke Auslegung der zur Steuerung der Elektromaschine erforderlichen Halbleiterschaltelemente sowie ein elektrischer Energiespeicher, der auf die hohen Leistungen abgestimmt ist, erforderlich.
In der DE 34 31 368 C2 ist eine Brennkraftmaschine beschrieben, die eine durch zwei Ausgleichswellen gebildete Ausgleichsvorrichtung zur Erzeugung eines Dämpfungsmoments im Zylinderabschaltbetrieb aufweist. Die beiden Ausgleichswellen sind im Zylinderabschaltbetrieb drehfest mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine koppelbar, wobei die Phasenlage von Ausgleichsmassen der Ausgleichswellen relativ zur Kurbelwelle derart ist, dass Dre- hungleichförmigkeiten durch Massenausgleich ausgeglichen werden.DE 10 2005 001 047 A1 discloses a vehicle drive train with a multi-cylinder internal combustion engine and an electric machine. When cylinder deactivation of the internal combustion engine, the electric machine is driven such that the recorded or delivered by her torque reduces rotational irregularities of the internal combustion engine. In order for rotational irregularities of a multi-cylinder internal combustion engine operated in the cylinder deactivation mode to be effectively reduced by means of the electric machine, high short-time powers of the electric machine and a correspondingly powerful design of the semiconductor switching elements required for controlling the electric machine and an electrical energy store tuned to the high powers are required. In DE 34 31 368 C2 an internal combustion engine is described, which has a compensating device formed by two balance shafts for generating a damping torque in Zylinderabschaltbetrieb. The two balancer shafts are rotatably coupled in the cylinder deactivation with the crankshaft of the internal combustion engine, wherein the phase position of balancing weights of the balancer shafts relative to the crankshaft is such that Dreun- ungleichigkeiten be compensated by mass balance.
In der DE 10 2005 011 910 Al ist ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, der im Zylinderabschaltmodus betreibbar ist. Der Antriebsstrang des Fahrzeugs enthält weiter ein elektrisch variables Getriebe mit einer Torsionsdämpferanordnung und einer Elektromaschi- ne, mittels der Kompressionsimpulse des Motors verminderbar sind, wenn die Dämpferanordnung entkoppelt ist. Die Dämpferanordnung enthält mehrere Dämpferfedern mit unterschiedlichen Federkonstanten, so dass die Torsionsdämpferanordnung uneinheitliche Drehmomentschwankungen des Verbrennungsmotors dämpft, die im Zylinderabschaltbetrieb auftreten.In DE 10 2005 011 910 Al is a vehicle with an internal combustion engine, which is operable in Zylinderabschaltmodus. The powertrain of the vehicle further includes an electrically variable transmission with a torsion damper assembly and a Elektromaschi- ne, by means of the compression pulses of the engine can be reduced, when the damper assembly is decoupled. The damper assembly includes a plurality of damper springs having different spring constants so that the torsional damper assembly dampens nonuniform torque variations of the internal combustion engine that occur in skip-off mode.
Die DE 100 05 582 Al beschreibt einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, der zusätzlich zu einem Verbrennungsmotor eine dazu funktionell parallel angeordnete Elektromaschine mit einem Stator und einem am Antriebsstrang festgelegten Rotor aufweist. Eine oder mehrere pendelartig aufgehängte Tilgermassen sind am Rotor angeordnet oder mit dem Rotor koppelbar. Mit solchen Tilgermassen, die einen Drehschwingungspendeltilger bilden, können Drehschwingungen in einem gewissen Ausmaß ähnlich getilgt werden, wie mit in dem Antriebsstrang integrierten elastisch angekoppelten Tilgermassen.DE 100 05 582 A1 describes a drive train for a motor vehicle which, in addition to an internal combustion engine, has a functional electric machine arranged in parallel therewith with a stator and a rotor fixed to the drive train. One or more pendulum-like absorber masses are arranged on the rotor or coupled to the rotor. With such absorber masses constituting a torsional vibration absorber, torsional vibrations can be similarly mitigated to some extent, such as with elastically coupled absorber masses integrated in the drive train.
Die DE 195 32 135 Al beschreibt ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors koppelbaren Elektromaschine, die derart ausgebildet ist, dass sie den Verbrennungsmotor im Stand anlassen kann und einen automatischen Start- Stoppbetrieb ermöglicht.DE 195 32 135 A1 describes a drive system for a motor vehicle having an internal combustion engine and an electric machine which can be coupled to the crankshaft of the internal combustion engine and which is designed such that it can start the internal combustion engine when stationary and enables automatic start-stop operation.
Die DE 199 13 015 Al beschreibt ein Schwingungsdämpfersystem, für ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs mit einer Elektromaschine, die derart ansteuerbar ist, dass Drehzah- lungleichförmigkeiten im Antriebsstrang vermindert werden können. An einem drehenden Bauteil des Antriebsstrangs ist eine Auslenkungsmassenanordnung mit wenigstens einer Auslenkungsmasse und wenigstens einer Auslenkungsbahn befestigt, längs der die Auslen-
kungsmasse bewegbar ist. Die Auslenkungsbahn weist einen Scheitelbereich und von diesem in Umfangsrichtung ausgehende Auslenkungsbereiche auf, wobei der Scheitelbereich ein Bereich größten radialen Abstandes der Auslenkungsbahn von der Drehachse des Drehbauteils ist.DE 199 13 015 A1 describes a vibration damper system for a drive system of a motor vehicle with an electric machine which can be controlled in such a way that rotational speed irregularities in the drive train can be reduced. A deflection mass arrangement with at least one deflection mass and at least one deflection path is fastened to a rotating component of the drive train, along which the deflection kungsmasse is movable. The deflection path has a vertex area and deflection areas extending therefrom in the circumferential direction, wherein the vertex area is a region of maximum radial distance of the deflection path from the rotational axis of the rotary component.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrzeugantriebsstrang mit einer Mehrzy- linderbrennkraftmaschine und einer Elektromaschine zu schaffen, bei dem durch Zylinderabschaltung mögliche Verbrauchsvorteile in einem hohen Maß genutzt werden, ohne dass damit eine für die Fahrzeuginsassen nicht akzeptable Komfortbeeinträchtigung verbunden ist. Eine Lösung dieser Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.The invention has for its object to provide a vehicle powertrain with a Mehrzy- linderbrennkraftmaschine and an electric machine, in which by cylinder deactivation possible fuel consumption benefits are used to a high degree without this is not associated with the vehicle occupants comfort degradation. A solution to this problem is achieved with the features of claim 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem Anspruch 1 werden infolge der Zylinderabschaltung auftretende Winkelgeschwindigkeitsänderungen der Kurbelwelle mit Hilfe wenigstens eines beweglichen Ausgleichsmassebauteils vermindert. Dieses Ausgleichsmassebauteil ist mit der Kurbelwelle derart gekoppelt, dass ihm in vorbestimmten Drehphasen der Kurbelwelle, in denen ein jeweiliger Zylinder zündet, kinetische Energie zugeführt wird, die in Phasen, in denen keine Zündung erfolgt, in die Kurbelwelle rückgespeist wird. Die Kopplung zwischen der Kurbelwelle und dem Ausgleichsmassebauteil ist derart, dass ein solcher Energieaustausch auch dann erfolgt, wenn die Kurbelwelle sich mit konstanter Drehzahl dreht, so dass mit Hilfe des Ausgleichsmassebauteils Winkelgeschwindigkeitsänderungen der Kurbelwelle sozusagen bereits vor ihrer Entstehung und damit „an der Wurzel" bekämpft werden. Mit der Elektromaschine müssen dann nur noch die vom Ausgleichsmassebauteil nicht ausgeglichenen, in die Antriebswelle des Fahrzeugs gelangenden Drehzahlschwankungen ausgeglichen werden. Die zeitlichen Gradienten der im Antriebsstrang nach Ausgleich der Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle verbleibenden Drehzahlschwankungen sind erheblich kleiner als die Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle vor deren Ausgleich durch das Ausgleichsmassebauteil, so dass erfindungsgemäß die elektrische Leistung, die zum Ausgleich der Drehzahlschwankungen erforderlich ist, gegenüber dem Stand der Technik erheblich reduziert ist.In the method according to the invention according to claim 1 occurring angular speed changes of the crankshaft due to the cylinder deactivation are reduced by means of at least one movable balancing mass component. This balancing mass component is coupled to the crankshaft in such a way that kinetic energy is supplied to it in predetermined rotational phases of the crankshaft, in which a respective cylinder ignites, which is fed back into the crankshaft in phases in which no ignition takes place. The coupling between the crankshaft and the balancing mass component is such that such an energy exchange also takes place when the crankshaft rotates at a constant speed, so that with the help of the balancing mass component angular velocity changes the crankshaft, so to speak before their formation and thus "at the root" fought The temporal gradients of the speed fluctuations remaining in the drive train after compensating the rotational irregularities of the crankshaft are then considerably smaller than the rotational irregularities of the crankshaft before it is equalized by the balancing mass component, so that according to the invention, the electrical power required to compensate for the speed fluctuations is considerably reduced compared with the prior art ,
Die Unteransprüche 2 und 3 kennzeichnen zwei vorteilhafte alternative Ankopplungsmög- lichkeiten der Elektromaschine an den Antriebsstrang.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 wird erreicht, dass die Wirksamkeit des Ausgleichsmassebauteils an die Last der Brennkraftmaschine und damit an die auftretenden Dre- hungleichförmigkeiten anpassbar ist.The dependent claims 2 and 3 indicate two advantageous alternative coupling possibilities of the electric machine to the drive train. It is achieved with the features of claim 4 that the effectiveness of the compensating mass component can be adapted to the load of the internal combustion engine and thus to the occurring rotational irregularities.
Die Unteransprüche 5 und 6 kennzeichnen zwei Möglichkeiten, wie die Kupplung des Ausgleichsmassebauteils mit der Kurbelwelle und der Betrieb der Elektromaschine geregelt werden können.The dependent claims 5 and 6 indicate two ways in which the coupling of the balancing mass component with the crankshaft and the operation of the electric machine can be controlled.
Der Anspruch 7 kennzeichnet den grundsätzlichen Aufbau des Fahrzeugantriebsstrangs, der entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist.The claim 7 indicates the basic structure of the vehicle drive train, which is operable according to the inventive method.
Der erfindungsgemäße Fahrzeugantriebsstrang wird mit den Merkmalen der Ansprüche 8 bis 16 in vorteilhafter Weise weitergebildet.The vehicle drive train according to the invention is further developed with the features of claims 8 to 16 in an advantageous manner.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.The invention is explained below with reference to schematic drawings, for example, and with further details.
In den Figuren stellen dar:In the figures represent:
Fig. 1 eine Prinzipanordnung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,1 shows a principle arrangement of an internal combustion engine according to the invention,
Fig. 2 Drehmoment- und Drehzahlverläufe im 2 ZyI Modus mit Wirksamkeit eines Ausgleichsmassebauteils,2 torque and speed curves in 2 ZyI mode with effectiveness of a balancing component,
Fig. 3 Drehmoment- und Drehzahlverläufe im 2 ZyI-P Modus mit Wirksamkeit eines Ausgleichsmassebauteils,3 torque and speed curves in 2 ZyI-P mode with effectiveness of a balancing component,
Fig. 4 Drehzahlverläufe zur Erläuterung der Wirksamkeit einer über ein Addiergetriebe eingekoppelten Elektromaschine,4 shows speed curves for explaining the effectiveness of a coupled via an adder electric machine,
Fig. 5 u. 6 Stirnansichten einer Ausgleichseinrichtung mit einem beweglichen Ausgleichsmassebauteil,Fig. 5 u. 6 end views of a compensation device with a movable compensation mass component,
Fig. 7 eine Prinzipdarstellung einer Stellvorrichtung,7 is a schematic diagram of an adjusting device,
Fig. 8 das im NEDC zu durchfahrende Fahrprofü mit dafür erforderlichen Betriebsmoden,8 shows the driving profile to be traversed in the NEDC with the required operating modes,
Fig. 9 im NEDC durch unterschiedliche Betriebsmoden mögliche Verbrauchseinsparungen,FIG. 9 shows possible fuel savings in the NEDC due to different operating modes; FIG.
Fig. 10 Drehzahl- und Drehmomentschwankungen im Modus 2 ZyI, und
Fig. 1 1 Drehzahl- und Drehmomentschwankungen im Modus 2 ZyI-P.Fig. 10 speed and torque fluctuations in the mode 2 ZyI, and Fig. 1 1 speed and torque fluctuations in the mode 2 ZyI-P.
Gemäß Fig. 1 weist ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs eine Brennkraftmaschine 100, im dargestellten Beispiel eine Vierzylinderbrennkraftmaschine, auf, deren Kurbelwelle 102 unmittelbar oder über eine drehfest mit der Kurbelwelle verbundene Zwischenwelle mit einem Eingang einer Koppelvorrichtung 104 verbunden ist, deren Ausgangswelle 106 über eine Kupplung 108 und ein Getriebe 110 mit einer Antriebswelle 112 des Fahrzeugs verbunden ist, die wiederum über ein Differential 114 die Räder einer angetriebenen Fahrzeugachse oder, bei Allradantrieb alle Räder des Fahrzeugs antreibt.According to FIG. 1, a drive train of a vehicle has an internal combustion engine 100, in the example shown a four-cylinder internal combustion engine, whose crankshaft 102 is connected directly or via an intermediate shaft rotatably connected to the crankshaft to an input of a coupling device 104 whose output shaft 106 is connected via a coupling 108 and a transmission 110 is connected to a drive shaft 112 of the vehicle, which in turn drives the wheels of a driven vehicle axle or, in four-wheel drive, all wheels of the vehicle via a differential 114.
Der Antriebsstrang enthält erfindungsgemäß eine Ausgleichseinrichtung, die einen mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zusammenwirkenden mechanischen Teil 120 und einen eine Elektromaschine 122 und die Koppelvorrichtung 104 enthaltenden elektrischen Teil 124 aufweist. Die Elektromaschine kann mit Hilfe eines steuerbaren Wechselrichters 126 gesteuert werden und in an sich bekannter Weise zwischen generatorischem und motorischem Betrieb umgeschaltet werden, wobei sie im generatorischen Betrieb elektrische Energie in einen elektrischen Energiespeicher 128 einspeichert und im motorischen Betrieb dem Energiespeicher 128 Energie entnimmt.According to the invention, the drive train includes a compensation device which has a mechanical part 120 cooperating with the crankshaft of the internal combustion engine and an electrical part 124 containing an electric machine 122 and the coupling device 104. The electric machine can be controlled by means of a controllable inverter 126 and be switched in a conventional manner between regenerative and motor operation, where it stores electrical energy stored in regenerative operation in an electrical energy storage 128 and 128 takes energy from the energy storage in motor operation.
Die Kupplung 108 und das Getriebe 110 können jedwelcher bekannter Bauart sein, wie Anfahrkupplung, Wandlerkupplung, Handschaltgetriebe, automatisches Getriebe usw.The clutch 108 and the transmission 110 may be of any known type, such as starting clutch, converter clutch, manual transmission, automatic transmission, etc.
Die Koppelvorrichtung 104, mit der die Elektromaschine 122 mit der Kurbelwelle 102 gekoppelt wird, kann unterschiedlichster Bauart sein. Im einfachsten Fall ist sie unmittelbar durch einen drehfest mit der Kurbelwelle 102 verbundenen Rotor der Elektromaschine 122 gebildet, wobei die Ausgangswelle 106 dann einteilig mit der Kurbelwelle 102 ausgebildet sein kann. Der Rotor muss nicht unmittelbar auf der Kurbelwelle angeordnet sein, sondern kann über eine Übersetzungsstufe, mit der die Drehzahl der Ausgangswelle der Elektromaschine 122 auf die Drehzahl der Kurbelwelle 102 bzw. Ausgangswelle 106 übersetzt wird, angekoppelt sein.The coupling device 104, with which the electric machine 122 is coupled to the crankshaft 102, can be of very different types. In the simplest case, it is formed directly by a rotatably connected to the crankshaft 102 rotor of the electric machine 122, wherein the output shaft 106 may then be integrally formed with the crankshaft 102. The rotor need not be disposed directly on the crankshaft, but may be coupled via a gear stage, with which the speed of the output shaft of the electric machine 122 is translated to the rotational speed of the crankshaft 102 and output shaft 106, respectively.
In eine abgeänderten Ausführungsform kann die Koppelvorrichtung 104 durch ein Addiergetriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe, gebildet sein, dessen Sonnenrad 104a mit der Kurbelwelle 102 drehfest verbunden ist, dessen Planetenträger 104b mit der Ausgangswelle
106 drehfest verbunden ist und dessen Hohlrad 104c mit der Elektromaschine 122 drehfest verbunden ist.In a modified embodiment, the coupling device 104 may be formed by an adding gear, for example a planetary gear, whose sun gear 104a is non-rotatably connected to the crankshaft 102, whose planet carrier 104b is connected to the output shaft 106 is rotatably connected and whose ring gear 104c is rotatably connected to the electric machine 122.
Für ein solches Planetengetriebe gilt allgemein:For such a planetary gear generally applies:
ns + (ZH/ZS) x nH - (1 + ZH/ZS) x nP = 0, wobein s + (Z H / Z S ) xn H - (1 + Z H / Z S ) xn P = 0, where
ns = Drehzahl des Sonnenrades, ΠH = Drehzahl des Hohlrades, np = Drehzahl des Planetenträgers, ZH = Zähnezahl des Hohlrades, und Zs - Zähnezahl des Sonnenrades.ns = speed of the sun gear, Π H = speed of the ring gear, np = speed of the planet carrier, Z H = number of teeth of the ring gear, and Zs - number of teeth of the sun gear.
Die Elektromaschine 122 kann die einzige Maschine zur Stromerzeugung des Fahrzeugs sein. In diesem Fall ist der Energiespeicher 128 eine übliche Fahrzeugbatterie. Wenn die Elektromaschine 122 zusätzlich zur üblichen elektrischen Fahrzeugsausrüstung vorhanden ist, kann der ihr zugeordnete Energiespeicher 128 lediglich durch einen Kondensator gebildet sein.The electric machine 122 may be the only machine for power generation of the vehicle. In this case, the energy storage 128 is a common vehicle battery. If the electric machine 122 is present in addition to the usual electrical vehicle equipment, its associated energy storage 128 may be formed only by a capacitor.
Zur Steuerung der beschriebenen Anordnung ist ein elektronisches Steuergerät 132 vorgesehen, dessen Eingänge mit einem Fahrpedalsensor 134 sowie weiteren Sensoren, beispielsweise einem Drehzahlsensor 136 zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Drehzahlsensor zum Erfassen der Drehzahl der Maschine 100, einem Sensor zum Erfassen der Temperatur der Maschine usw. verbunden sind. Das Steuergerät 132 enthält in an sich bekannter Weise einen Mikroprozessor mit Programm- und Datenspeichern und ist funktional in eine Selektivsteuereinrichtung 132a, eine Laststeuereinrichtung 132b, eine Ausgleichssteuereinrichtung 132c und eine Elektromaschinensteuereinrichtung 132d unterteilt. Die Selektivsteuereinrichtung 132a legt, abhängig von den Betriebsbedingungen des Antriebsstrangs, beispielsweise der Stellung des Fahrpedals und der Fahrzeuggeschwindigkeit, den Modus fest, in dem die Brennkraftmaschine 100 betrieben wird. Die Laststeuereinrichtung 132b steuert das Laststellglied 138 sowie weitere Parameter der Brennkraftmaschine. Die Ausgleichssteuereinrichtung 132c steuert die Verstellvorrichtung 140 und die Elektromaschinensteuerein- richtung 132d steuert die elektronische Steuereinrichtung 126 der Elektromaschine 122.
Ein Ausführungsbeispiel der Ausgleichseinrichtung wird weiter unten beschrieben. Im Folgenden wird zunächst die grundsätzliche Funktion der Ausgleichseinrichtung erläutert.To control the described arrangement, an electronic control unit 132 is provided, whose inputs with an accelerator pedal sensor 134 and other sensors, such as a speed sensor 136 for detecting the vehicle speed, a speed sensor for detecting the rotational speed of the machine 100, a sensor for detecting the temperature of the machine, etc . are connected. The controller 132 includes a microprocessor with program and data memories in a manner known per se and is functionally divided into a selective control device 132a, a load control device 132b, a compensation control device 132c and an electric machine control device 132d. The selective control device 132a determines the mode in which the engine 100 is operated, depending on the operating conditions of the powertrain, such as the position of the accelerator pedal and the vehicle speed. The load control device 132b controls the load actuator 138 and other parameters of the internal combustion engine. The compensation control device 132 c controls the adjusting device 140 and the electric machine control device 132 d controls the electronic control device 126 of the electric machine 122. An embodiment of the balancing device will be described below. In the following, the basic function of the compensation device will first be explained.
Fig. 2 entspricht der Fig. 12, jedoch mit aktivem mechanischem Teil 120 der Ausgleichseinrichtung. Die eingetragene Bezeichnung „mit CRE" bedeutet mit wirksamem „Crankshaft Rotation Equalizer". Wie ersichtlich, sind gegenüber der Fig. 22 sowohl die Drehmomentänderungen als auch die Winkelgeschwindigkeitsänderungen erheblich vermindert.Fig. 2 corresponds to Fig. 12, but with active mechanical part 120 of the balancer. The registered designation "with CRE" means with effective "Crankshaft Rotation Equalizer". As can be seen, in comparison with FIG. 22, both the torque changes and the angular velocity changes are considerably reduced.
Fig. 3 entspricht der Fig. 13, jedoch mit wirksamem mechanischen Teil 120 der Ausgleichseinrichtung. Wie ersichtlich, sind auch hier die DrehmomentungleichfÖrmigkeiten gegenüber der Fig. 13 insbesondere im Bereich von 0° KW bis 720° KW deutlich vermindert. Entsprechend sind die Winkelgeschwindigkeitsänderungen gegenüber der Fig. 13 deutlich verstetigt. Deutlich sichtbar ist die mit der Periodizität der Befeuerung der Brennkraftmaschine, d.h. vier Kurbelwellenumdrehungen einhergehende Schwankung der Drehzahl um die mittlere Drehzahl von 2000 min'1, die durch den mechanischen Teil 120 der Ausgleichseinrichtung nicht ausgeglichen wird.Fig. 3 corresponds to Fig. 13, but with effective mechanical part 120 of the balancer. As can be seen, the torque nonuniformity with respect to FIG. 13, in particular in the range from 0 ° CA to 720 ° CA, is also clearly reduced here. Accordingly, the angular velocity changes compared to the Fig. 13 are significantly improved. Clearly visible is the fluctuation of the rotational speed about the mean rotational speed of 2000 min -1 associated with the periodicity of the firing of the internal combustion engine, ie four crankshaft revolutions, which is not compensated by the mechanical part 120 of the compensating device.
Erfindungsgemäß wird die Elektromaschine im Wesentlichen lediglich zum Ausgleich der Winkelgeschwindigkeitsänderungen verwendet, die nach mechanischem Ausgleich der Dreh- ungleichförmigkeiten verbleiben. Wie aus den Figuren ersichtlich, dient die Elektromaschine dann im Wesentlichen lediglich dazu, den Drehzahlanstieg und den Drehzahlabfall der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine auszugleichen, der umso ausgeprägter ist, je größer der Kurbelwinkelabstand zwischen zwei gefeuerten Zylindern liegen. Auf diese Weise kann der Leistungsbedarf der Elektromaschine erheblich vermindert werden und ist zur Zwischenspei- cherung der von der Elektromaschine im generatorischen Betrieb erzeugten elektrischen Energie nur ein verhältnismäßig kleiner Energiespeicher erforderlich, beispielsweise ein Kondensator.According to the invention, the electric machine is used essentially only for compensating the angular velocity changes which remain after mechanical compensation of the rotational non-uniformities. As can be seen from the figures, the electric machine then serves essentially only to compensate for the speed increase and the speed drop of the crankshaft of the internal combustion engine, which is more pronounced, the greater the crank angle distance between two fired cylinders. In this way, the power requirement of the electric machine can be significantly reduced and only a relatively small energy storage is required for temporary storage of the electrical energy generated by the electric machine in generator operation, for example, a capacitor.
Fig. 4 zeigt beispielhaft die Wirksamkeit der Elektromaschine 122 (Fig. 1) bei ihrer Ankopp- lung über das Addiergetriebe 104 zum Ausgleich der Drehzahlschwankungen gemäß der Kurve II der Fig. 3. Die Kurve ns der Fig. 4 zeigt, bezogen auf die linke Ordinate, die Drehzahl ns des Sonnenrades 104a des Planetengetriebes, die gleich der Drehzahl der Kurbelwelle 102 ist. Bei still stehendem Hohlrad 104c beträgt die Drehzahl des Planetenträgers 104b, die gleich der Drehzahl der Ausgangswelle 106 ist,
np = ns/(l+ZH/Zs).FIG. 4 shows, by way of example, the effectiveness of the electric machine 122 (FIG. 1) in its coupling via the adder gear 104 for compensating the speed fluctuations according to the curve II of FIG. 3. The curve ns of FIG. 4 shows, with reference to the left Ordinate, the speed ns of the sun gear 104a of the planetary gear, which is equal to the rotational speed of the crankshaft 102. When stationary ring gear 104c, the speed of the planet carrier 104b, which is equal to the speed of the output shaft 106, np = n s / (l + Z H / Z).
Wenn ZH/ZS = 0,5, beträgt bei einer Kurbeldrehzahl von 2000 min"1 die Drehzahl der Ausgangswelle 106 also etwa 1330 min"1.If Z H / Z S = 0.5, at a crank speed of 2000 min "1, the speed of the output shaft 106 is about 1330 min " 1 .
Die Kurve nπ gibt die Drehzahl des Hohlrades an, bezogen auf die rechte Ordinate, mit der die Abweichung der Drehzahl des Sonnenrades von der Solldrehzahl 2000 min'1 jeweils kompensiert werden kann, so dass die Drehzahl des Planetenträgers np auf dem Wert von etwa 1300 min"1 bleibt. Wenn mit der Elektromaschine 122 kein Ausgleich von Drehzahlschwankungen erforderlich ist, ist das Hohlrad 104c mittels einer nicht dargestellten Bremse, gesteuert von der elektronischen Steuereinrichtung 132, blockiert, wobei die Bremse auch an der Elektromaschine 122 eingreifen kann. Sobald ein Ausgleich einer Drehzahlschwankung um einen Sollwert, im dargestellten Beispiel ein Ausgleich der Schwankung der Drehzahl des Sonnenrades um 2000 min"1 erforderlich ist, wird die Drehzahl der Elektromaschine 122 derart gesteuert, dass die Drehzahl des Planetenträgers bzw. der Ausgangswelle 106 auf dem sich aus der Übersetzung des Addiergetriebes ergebenden konstanten Wert bleibt. Die Übersetzung von der Elektromaschine 122 auf das Hohlrad 104c wird jeweils im Hinblick auf eine günstige Auslegung der Elektromaschine gewählt, die, bei gelöster Bremse, das Stützmoment zur Abstützung des über die Kurbelwelle 102 eingeleiteten Drehmoments aufbringen muss. Auch wenn die Drehzahlregelung der Elektromaschine 122, die bei negativen Drehzahlen nu der Fig. 4 generatorisch und bei positiven Drehzahlen motorisch betrieben wird, keinen vollständigen Ausgleich der Drehzahlabweichungen zulässt, so lassen sich dennoch die Drehzahlschwankungen zu einem erheblichen Anteil kompensieren.The curve nπ indicates the rotational speed of the ring gear, relative to the right ordinate, with which the deviation of the rotational speed of the sun gear from the target rotational speed 2000 min '1 can be compensated, so that the rotational speed of the planet carrier np at the value of about 1300 min 1 , when the electric machine 122 does not require compensation for speed variations, the ring gear 104c is locked by means of a brake (not shown) controlled by the electronic control device 132, which can also engage the electric machine 122 Speed fluctuation about a target value, in the example shown, a compensation of the variation of the speed of the sun gear to 2000 min "1 is required, the rotational speed of the electric machine 122 is controlled such that the rotational speed of the planet carrier or the output shaft 106 on from the translation of the Adding gear resulting constant value remains. The ratio of the electric machine 122 to the ring gear 104c is selected in each case with regard to a favorable design of the electric machine which, when the brake is released, must apply the support torque for supporting the torque introduced via the crankshaft 102. Even if the speed control of the electric machine 122, which is operated at negative speeds nu of FIG. 4 as a generator and motor at positive speeds, does not allow complete compensation of the speed deviations, so you can still compensate for the speed fluctuations to a considerable extent.
Im Folgenden wird der mechanische Teil 20 der Ausgleichseinrichtung beispielhaft beschrieben:In the following, the mechanical part 20 of the compensation device will be described by way of example:
Gemäß Fig. 5, die eine Stirnansicht des mechanischen Teils 120 (Fig. 1) der Ausgleichseinrichtung zeigt, weist die Kurbelwelle 102 der Hubkolbenbrennkraftmaschine einen radial vorstehenden Mitnehmeransatz 12 auf, der drehfest mit der Kurbelwelle 102 verbunden oder einteilig mit ihr ausgebildet ist. Auf der Kurbelwelle 102 ist neben dem Mitnehmeransatz 12 ein Ausgleichsmassebauteil 14 gelagert, das bezüglich der Drehachse A der Kurbelwelle 10 in vorteilhafter Weise ausgewuchtet ist.
Axial neben dem Ausgleichsmassebauteil 14 ist ein Lagerschild 16 (schraffiert; in Fig. 5 ist die axiale Anordnung nicht sichtbar) um eine von der Drehachse A der Kurbelwelle 102 entfernte Achse B an einem nicht dargestellten Motorgehäuse schwenkbar gelagert. Das Lagerschild 16 weist eine Durchgangsöffnung 20 auf, durch die hindurch sich die Kurbelwelle 10 erstreckt, so dass die geschilderte Baugruppe an einem Stirnende der Kurbelwelle oder in einem mittleren Bereich der Kurbelwelle angeordnet sein kann. Die Schwenkachse B ist parallel zur Drehachse A der Kurbelwelle. An dem relativ zur Kurbelwelle verschwenkbaren Lagerschild 16 ist eine Führungskoppel 22 drehbar gelagert, von der ein radialer Arm 24 vorsteht.Referring to Figure 5, which shows an end view of the mechanical part 120 (Figure 1) of the balancer, the crankshaft 102 of the reciprocating internal combustion engine has a radially projecting cam lobe 12 rotatably connected to or integrally formed with the crankshaft 102. On the crankshaft 102, a compensation mass component 14 is mounted next to the driving lug 12, which is balanced with respect to the axis of rotation A of the crankshaft 10 in an advantageous manner. Axially next to the balancing mass component 14 is a bearing plate 16 (hatched, in Fig. 5, the axial arrangement is not visible) pivotally mounted about an axis A of the crankshaft 102 remote from the axis B to a motor housing, not shown. The bearing plate 16 has a passage opening 20 through which the crankshaft 10 extends, so that the described assembly can be arranged at a front end of the crankshaft or in a central region of the crankshaft. The pivot axis B is parallel to the axis of rotation A of the crankshaft. At the pivotable relative to the crankshaft bearing plate 16, a guide coupling 22 is rotatably mounted, projecting from the radial arm 24.
Der radiale Arm ist über einen Arm 26a eines zweiarmigen Koppelgliedes 26 mit dem Mitnehmeransatz 12 verbunden. Der andere Arm 26b des Koppelgliedes 26 ist über ein weiteres Koppelglied 28 in einem Gelenk 29 mit dem Ausgleichsmassebauteil 14 verbunden. Das Koppelglied 28 ragt bspw. in einen radialen Schlitz (nicht dargestellt) des Ausgleichmassebauteils 14 ein und ist darin mittels eines Zapfens gelagert. Die Schwenkachsen der Gelenke, um die die Koppelglieder relativ zueinander und zu dem Mitnehmeransatz 12, der Führungskoppel 22 und dem Ausgleichsmassenbauteil 14 schwenkbar sind, sind zueinander parallel und parallel zu den Achsen A und B.The radial arm is connected via an arm 26a of a two-armed coupling member 26 with the driving lug 12. The other arm 26b of the coupling member 26 is connected via a further coupling member 28 in a joint 29 with the balancing mass component 14. The coupling member 28 protrudes, for example, in a radial slot (not shown) of the balance mass component 14 and is mounted therein by means of a pin. The pivot axes of the joints about which the coupling links are pivotable relative to each other and to the cam lug 12, the guide coupling 22 and the balancing mass component 14 are parallel to each other and parallel to the axes A and B.
Durch Verschwenken des Lagerschildes 16 um das motorgehäusefeste Lager mit der Achse B lässt sich der Abstand zwischen der Drehachse C, um die die Führungskoppel 22 dreht und der Drehachse A der Kurbelwelle verändern. Zum Verschwenken des Lagerschildes 16 ist eine insgesamt mit 140 bezeichnete Verstellvorrichtung vorgesehen, die ein Stellglied 42 aufweist, das mit einem Arm 44 gelenkig verbunden ist, der starr mit dem Lagerschild 16 verbunden ist. Etwa in Verlängerung des Arms 44 weist das Lagerschild 16 auf seiner entgegengesetzten Seite einen weiteren, mit ihm starr verbundenen Arm 46 auf, der um die Schwenkachse B schwenkbar ist. Das Stellglied 42 der Verstellvorrichtung 140 kann in an sich bekannter Weise mittels eines Hydraulikzylinders, eines Elektromotors oder sonstwie gemäß Figur 7 in senkrechter Richtung bewegt werden, wobei die Bewegbarkeit vorteilhafter Weise durch Anschläge 48 und 50 begrenzt ist.By pivoting the bearing plate 16 to the motor housing fixed bearing with the axis B, the distance between the rotation axis C, by which the guide coupling 22 rotates and the axis of rotation A of the crankshaft change. To pivot the bearing plate 16, a total of 140 designated adjusting device is provided, which has an actuator 42 which is pivotally connected to an arm 44 which is rigidly connected to the end plate 16. Approximately in extension of the arm 44, the bearing plate 16 on its opposite side to another, rigidly connected to it arm 46, which is pivotable about the pivot axis B. The actuator 42 of the adjusting device 140 can be moved in a conventional manner by means of a hydraulic cylinder, an electric motor or otherwise according to Figure 7 in the vertical direction, the mobility is advantageously limited by stops 48 and 50.
Die geschilderte Vorrichtung kann bei in einander geschachtelter Bauweise sehr kompakt bauen. Das Ausgleichsmassebauteil 14 ist zwischen der Führungskoppel 22 und dem Mit-
nehmeransatz 12 auf der Kurbelwelle gleichachsig mit der Drehachse A der Kurbelwelle drehbar gelagert. Die Führungskoppel 22 ist um die durch das Lagerschild 16 definierte Drehachse C drehbar gelagert. Axial neben der Führungskoppel 22 erstrecken sich die Arme 44 und 46 des Lagerschildes 16. Es versteht sich, dass die relativ zur Kurbelwelle exzentrische Schwenkbarkeit des Lagerschildes 16 und dessen Verstellung auch durch andere Konstruktionen gewährleistet sein kann, bspw. dadurch, dass das Lagerschild unmittelbar mit einem Zapfen im Motorgehäuse gelagert ist, der exzentrisch zur Drehachse der Kurbelwelle angeordnet ist.The described device can build very compact in nested construction. The balancing mass component 14 is arranged between the guide coupling 22 and the middle entrainment approach 12 rotatably mounted on the crankshaft coaxially with the axis of rotation A of the crankshaft. The guide coupling 22 is rotatably mounted about the defined by the end plate 16 axis of rotation C. Axially next to the guide coupling 22 extend the arms 44 and 46 of the bearing plate 16. It is understood that the relative to the crankshaft eccentric pivoting of the bearing plate 16 and its adjustment can be ensured by other constructions, for example. By the fact that the bearing plate directly with a pin is mounted in the motor housing, which is arranged eccentrically to the axis of rotation of the crankshaft.
Figur 5 stellt den Zustand der Anordnung dar, bei der die Drehachse C der Führungskoppel 22 einen maximalen Abstand von der Drehachse A der Kurbelwelle 102 hat. Die Verbindungslinie zwischen den Drehachsen A und C ist vorteilhafter Weise etwa parallel zur Bewegungsrichtung der mit der Kurbelwelle 102 verbundenen, nicht dargestellten Kolben der Brennkraftmaschine und deckt sich in der dargestellten Aufsicht vorteilhafter Weise mit der Bewegungslinie der Kolben. Geringfügige Richtungsänderungen der Verbindungslinie bei einem Verschwenken des Lagerschildes 16 um die Schwenkachse B können außer Betracht bleiben.Figure 5 illustrates the state of the arrangement in which the axis of rotation C of the guide coupling 22 has a maximum distance from the axis of rotation A of the crankshaft 102. The connecting line between the axes of rotation A and C is advantageously approximately parallel to the direction of movement of the piston connected to the crankshaft 102, not shown, the internal combustion engine and coincides in the illustrated plan advantageously with the line of movement of the piston. Minor changes in direction of the connecting line during pivoting of the bearing plate 16 about the pivot axis B can be disregarded.
Figur 6 zeigt den Zustand der Anordnung der Figur 5, bei dem die Drehachsen A und C zusammen fallen, das heißt der Zustand maximale Exzentrizität gemäß Figur 7 ist in einen konzentrischen Zustand verstellt, bei dem die Führungskoppel 22 sich gleichachsig zur Kurbelwelle 10 dreht. In diesem Zustand bleibt die Relativstellung zwischen dem Mitnehmeransatz und den Koppelgliedern 26 und 28 und dem radialen Arm 24 konstant, so dass sich das Ausgleichsmassebauteil 14 jeweils mit gleicher Winkelgeschwindigkeit wie die Kurbelwelle 16 dreht.Figure 6 shows the state of the arrangement of Figure 5, in which the axes of rotation A and C coincide, that is, the state of maximum eccentricity of Figure 7 is adjusted to a concentric state in which the guide coupling 22 rotates coaxially with the crankshaft 10. In this state, the relative position between the driver lug and the coupling members 26 and 28 and the radial arm 24 remains constant, so that the balancing mass component 14 rotates at the same angular speed as the crankshaft 16.
Die Anordnung des Mitnehmeransatzes 12, des abgewinkelten Koppelgliedes 26 und des Koppelgliedes 28 sowie die gelenkige Verbindung zwischen den genannten Bauteilen ist derart, dass bei exzentrischer Anordnung der Führungskoppel relativ zur Kurbelwelle während einer Umdrehung der Kurbelwelle bzw. des Mitnehmeransatzes 12 das Koppelglied 26 einmal relativ zum Mitnehmeransatz 12 verschwenkt wird und dadurch die Winkelgeschwindigkeit des Ausgleichsmassebauteils 14 sich gegenüber der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle einmal vergrößert und entsprechend einmal verkleinert. Auf diese Weise können Drehungleichförmigkeiten bzw. Drehzahlschwankungen, wie sie im 2 ZyI Modus einer Vier-
2ylinder-Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine auftreten, ausgeglichen werden, indem die Anordnung gemäß Fig. 5 auf die Maschine derart abgestimmt ist, dass in der Phase, in der die Kurbelwelle durch den gefeuerten Zylinder beschleunigt würde, von der Kurbelwelle in das Ausgleichsmassebauteil durch Beschleunigung des Ausgleichsmassebauteils auch bei konstant drehender Kurbelwelle Energie von der Kurbelwelle in das Ausgleichsmassebauteil übertragen wird und in der Phase, in der die Kurbelwelle die Kolben lediglich mitschleppt, bzw. Verdichtungsarbeit leisten muss, die überschüssige Energie des Ausgleichsmassebauteils in die Kurbelwelle zurückgespeist wird. Auf diese Weise werden Drehungleichförmig- keiten der Kurbelwelle im 2 ZyI Modus zumindest teilweise ausgeglichen, wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich. Während der P (Pause) Phase des 2 ZyI-P Modus wird die Anordnung gemäß Fig. 5 in die Neutral- bzw. Koaxialstellung gemäß Fig. 8 bewegt, in der vom Ausgleichsmassebauteil 14 her kein aktiver Drehungleichförmigkeitsausgleich erfolgt, sondern das Ausgleichsmassebauteil lediglich in Folge seines Trägheitsmoments Drehwinkelgeschwindigkeitsschwankungen vermindert.The arrangement of the driving lug 12, the angled coupling member 26 and the coupling member 28 and the articulated connection between said components is such that with eccentric arrangement of the guide coupling relative to the crankshaft during a revolution of the crankshaft or the Mitnehmeransatzes 12, the coupling member 26 once relative to Mitnehmeransatz 12 is pivoted and thereby increases the angular velocity of the balancing mass component 14 against the angular velocity of the crankshaft once and correspondingly reduced once. In this way, rotational irregularities or speed fluctuations, as in the 2 ZyI mode of a four- 2 cylinder four-stroke piston internal combustion engine can be compensated by the arrangement of FIG. 5 is tuned to the engine such that in the phase in which the crankshaft would be accelerated by the fired cylinder, from the crankshaft in the balancing mass component by acceleration of the balancing mass component Even with constant rotating crankshaft energy is transferred from the crankshaft in the balancing mass component and in the phase in which the crankshaft only carries along the piston, or make compression work, the excess energy of the balancing mass component is fed back into the crankshaft. In this way, rotational nonuniformities of the crankshaft in the 2 ZyI mode are at least partially compensated, as can be seen from FIGS. 2 and 3. During the P (pause) phase of the 2 ZyI-P mode, the arrangement according to FIG. 5 is moved to the neutral or coaxial position according to FIG. 8, in which no active rotational irregularity compensation takes place from the balancing mass component 14, but the balancing mass component only in succession of its moment of inertia reduces rotational angular velocity variations.
Fig. 7 zeigt schematisch eine besonders einfache Ausführungsform einer Verstelleinrichtung 140. Der Arm 44 des Lagerschildes 16 (Fig. 1) ist gelenkig mit einem als Stellglied 42 dienenden Schaft eines Kolbens 72 einer doppelt wirkenden Kolbenzylindereinheit 74 verbunden, deren Druckräume über zwei Leitungen 76 und 78 miteinander verbunden sind. In jeder der Leitungen 76 und 78 ist ein Rückschlagventil 80 und 82 angeordnet, wobei die Rückschlagventile 80 und 82 gegensinnig zueinander wirken. Weiter ist in jeder der Leitungen ein Absperrventil 84 bzw. 86 angeordnet. Durch die exzentrische Lagerung des Lagerschildes 16 wirken auf den Arm 44 während einer Umdrehung des Ausgleichsmassebauteils 14 alternierend Kräfte, die gemäß den Figuren nach oben oder nach unten gerichtet sind. Je nach Öffnung eines der Absperrventile 84 oder 86 kann ein in der Kolbenzylindereinheit 74 befindliches Hydraulikfluid nur von dem einen Druckraum in den anderen strömen, so dass durch zweckentsprechende Steuerung der Absperrventile 84 und 86 eine Verstellung in die eine oder in die andere Richtung erfolgt, ohne dass dazu eine externe Druckmittelquelle erforderlich ist. Es versteht sich, dass durch eine geeignete Hydraulikfluid-Nachfülleinrichtung sichergestellt ist, dass die Leitungen und die Kolbenzylindereinheit ständig luftfrei mit Hydraulikfluid gefüllt sind.
Bezug nehmend wiederum auf Fig. 1 wird die Gesamtfunktion der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Ausgleich von durch selektive Befeuerung von Zylindern verursachten Dre- hungleichförmigkeiten der Kurbelwelle nochmals kurz erläutert:Fig. 7 shows schematically a particularly simple embodiment of an adjusting device 140. The arm 44 of the bearing plate 16 (Fig. 1) is hingedly connected to a serving as an actuator shaft 42 of a piston 72 of a double-acting piston-cylinder unit 74 whose pressure chambers via two lines 76 and 78 are interconnected. In each of the lines 76 and 78, a check valve 80 and 82 is arranged, wherein the check valves 80 and 82 act in opposite directions to each other. Furthermore, a shut-off valve 84 or 86 is arranged in each of the lines. Due to the eccentric mounting of the bearing plate 16 act on the arm 44 during a revolution of the balancing component 14 alternately forces, which are directed according to the figures up or down. Depending on the opening of one of the shut-off valves 84 or 86, a hydraulic fluid in the piston-cylinder unit 74 can only flow from one pressure chamber to the other, so that an appropriate adjustment of the shut-off valves 84 and 86 results in one or the other direction without that to an external source of pressure medium is required. It is understood that it is ensured by a suitable hydraulic fluid refill that the lines and the piston-cylinder unit are constantly filled with hydraulic fluid without air. Referring again to FIG. 1, the overall function of the inventive device for compensating crankshaft rotational irregularities caused by selective firing of cylinders will be briefly explained again.
Abhängig von der Stellung des Fahrpedals 134 und der Fahrzeuggeschwindigkeit wird in der elektronischen Steuereinrichtung 132 der Leistungsbedarf der Brennkraftmaschine ermittelt und der Betriebsmodus bestimmt. Solange die Brennkraftmaschine mit allen Zylindern betrieben wird, wird die Verstellvorrichtung 140 in die Neutralstellung gemäß Fig. 6 bewegt. Wenn der Modus 2 ZyI entschieden wird, ermittelt die Ausgleichssteuereinrichtung 132c der Steuereinrichtung 132 entsprechend in ihr abgelegten, auf die jeweilige Brennkraftmaschine abgestimmten Programmen diejenige Stellung der Verstellvorrichtung 140, d.h. denjenigen Abstand zwischen den Drehachsen A und C (Fig. 5), bei dem mittels des Ausgleichsmassebauteils 88 die Drehunglei chförmigkeiten der Kurbelwelle, die auch von der Stellung des Laststellgliedes 138 abhängen, optimal ausgeglichen werden. Weiter bestimmt die Elektro- maschinensteuereinrichtung 132d den Drehzahlverlauf, mit dem die vom Ausgleichsmassebauteil 88 nicht ausgeglichenen, durch den zylinderselektiven Betrieb der Brennkraftmaschine bedingten Drehzahländerungen- bzw. Schwankungen der Kurbelwelle 102 über das Addiergetriebe 104 ausgeglichen werden sollen und steuert den Wechselrichter Steuereinrichtung 126 für einen entsprechenden Drehzahl verlauf der Elektromaschine 122 an.Depending on the position of the accelerator pedal 134 and the vehicle speed, the power requirement of the internal combustion engine is determined in the electronic control device 132 and the operating mode determined. As long as the internal combustion engine is operated with all cylinders, the adjusting device 140 is moved to the neutral position shown in FIG. When the mode 2 ZyI is decided, the compensation controller 132c of the controller 132 determines, in accordance with programs stored in its programs adapted to the respective internal combustion engine, the position of the adjusting device 140, i. the distance between the axes of rotation A and C (Fig. 5), in which by means of the balancing component 88, the Drehlei chförmigkeiten the crankshaft, which also depend on the position of the load actuator 138, are optimally balanced. In addition, the electronic machine control device 132d determines the speed curve with which the speed changes or fluctuations of the crankshaft 102, which are not compensated by the balancing mass component 88 and are compensated by the cylinder-selective operation of the internal combustion engine, are to be compensated via the adder gear 104 and controls the inverter control device 126 for a corresponding one Speed course of the electric machine 122 at.
Bei Betrieb der Brennkraftmaschine im 2 ZyI-P Modus laufen die genannten Vorgänge in gleicher Weise ab, jedoch wird die Verstell Vorrichtung 140 in der P-Phase (Kurbelwellendrehung) zwischen 720° und 1440° (Fig. 13) auf Neutral (Drehachsen A und C fallen zusammen) gestellt.When operating the internal combustion engine in the 2 ZyI-P mode, the above processes proceed in the same way, however, the adjusting device 140 in the P-phase (crankshaft rotation) between 720 ° and 1440 ° (FIG. 13) to neutral (axes of rotation A and C coincide).
Der Betrieb der Ausgleichseinrichtung kann, wie vorbeschrieben vorgesteuert erfolgen, oder kann zusätzlich oder ausschließlich geregelt erfolgen, indem die Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle 102 und/oder der Antriebswelle 106 erfasst werden und einem Regler zugeführt wird, der die Verstellvorrichtung 140 und die elektronische Steuereinrichtung 126 derart ansteuert, dass Drehzahländerungen der Kurbelwelle und der Antriebswelle minimiert werden. Es versteht sich, dass die von entsprechenden Sensoren erfassten Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle und der Antriebswelle entsprechend der unterschiedlichen Periodizitäten der zu beseitigenden Ungleichförmigkeiten in ungleicher Weise gefiltert werden, beispielsweise werden für die Regelung der Verstellvorrichtung 140 Änderungen von jeweils über 20° Kur-
belwellendrehung gleitend gemittelten Winkelgeschwindigkeiten herangezogen, während für die Steuerung des Wechselrichters 126 Änderungen der Winkelgeschwindigkeiten über jeweils 360° Kurbelwellendrehung gleitend gemittelt werden.The operation of the compensation device may be carried out as previously described pilot-controlled, or may additionally or exclusively controlled by the rotational irregularity of the crankshaft 102 and / or the drive shaft 106 are detected and fed to a controller which controls the adjustment 140 and the electronic control device 126 so in that speed changes of the crankshaft and the drive shaft are minimized. It is understood that the rotational irregularities of the crankshaft and the drive shaft detected by corresponding sensors are filtered unequally in accordance with the different periodicities of the irregularities to be eliminated, for example, changes of more than 20 ° in each case are required for the regulation of the adjusting device 140. shaft angle sliding averaged angular velocities, while for the control of the inverter 126, changes in the angular velocities are averaged over each 360 ° crankshaft rotation.
Der mechanische Teil 120 der Ausgleichseinrichtung wurde anhand seiner Anwendung auf den 2 ZyI Modus einer Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine beschrieben. Durch Abänderung der Kopplung zwischen der Drehung der Kurbelwelle, der Führungskoppel und des Ausgleichsmassebauteils sowie erforderlichenfalls einer Übersetzung zwischen der Drehung der Kurbelwelle und der Drehung des Mitnehmeransatzes 12 lassen sich unterschiedliche Moden bei unterschiedlichen Motoren ausgleichen. Beispielsweise können die Koppelglieder 26 und 28 durch zwei Koppelglieder ersetzt werden, von denen eines den Mitnehmeransatz 12 mit dem radialen Arm 24 der Führungskoppel verbindet und das andere den radialen Arm 24 mit dem Ausgleichsmassebauteil 14 verbindet. Auf diese Weise lässt sich erreichen, dass das Ausgleichsmassebauteil während einer Umdrehung der Kurbelwelle zweimal beschleunigt und verzögert wird. Zusätzlich zur Verstellbarkeit des Lagerschildes 16 kann das Ausgleichsmassebauteil 14 mit veränderbarem Trägheitsmoment ausgebildet werden, indem es beispielsweise zwei in einem Abstand veränderbare Massekörper enthält. Die Elektromaschi- ne 122 kann derart ausgelegt sein, dass er nicht nur für einen Ausgleich von Drehzahlschwankungen dient, sondern auch zum Rückspeisen von Bremsenergie im Schubbetrieb dient oder als Motor zum Antrieb oder zur Unterstützung des Antriebs des Fahrzeugs.The mechanical part 120 of the balancer has been described in terms of its application to the 2 ZyI mode of a four-cylinder four-cycle internal combustion engine. By modifying the coupling between the rotation of the crankshaft, the guide coupling and the balancing mass component and, if necessary, a translation between the rotation of the crankshaft and the rotation of the cam projection 12 can be different modes compensate for different engines. For example, the coupling members 26 and 28 can be replaced by two coupling members, one of which connects the driving lug 12 with the radial arm 24 of the guide coupling and the other connects the radial arm 24 with the balancing mass component 14. In this way it can be achieved that the balancing mass component is accelerated and decelerated twice during one revolution of the crankshaft. In addition to the adjustability of the bearing plate 16, the balancing mass component 14 can be formed with a variable moment of inertia, for example, by containing two variable in a distance mass body. The electric machine 122 may be designed so that it not only serves to compensate for speed fluctuations, but also serves to regenerate braking energy in overrun mode or as a motor for driving or to assist the drive of the vehicle.
Der elektrische Teil 124 wurde vorstehend anhand der über das Addiergetriebe 104 mit dem Antriebsstrang verbundenen Elektromaschine 122 erläutert. Alternativ kann die Elektroma- schine 122 auch drehfest mit der Kurbelwelle 102 verbunden sein, wobei das Addiergetriebe 104 dann entfallen kann oder lediglich eine Übersetzungsstufe zwischen dem Rotor der Elektromaschine 122 und der Kurbelwelle 102 bzw. Antriebswelle 112 bildet. In diesem Fall muss das Drehmoment der Elektromaschine 122 jeweils derart gesteuert werden, dass es den nach Ausgleich der Drehmomentungleichförmigkeiten an der Kurbelwelle 102 der Brennkraftmaschine 100 wirksamen Drehmomentschwankungen um das mittlere abgegebene Drehmoment genau entgegen gesetzte Drehmomentschwankungen erzeugt, wodurch die Drehzahl der Kurbelwelle 102 selbst konstant gehalten wird. Auch in diesem Fall kann die Steuerung der Elektromaschine 122 abhängig von der Last und dem jeweiligen Betriebsmodus der Brennkraftmaschine gesteuert werden oder der Betrieb der Elektromaschine 122 kann geregelt werden, indem die Winkelgeschwindigkeitsänderungen der Kurbelwelle 102 erfasst
und einem Regler zugeführt werden, der den Wechselrichter 126 derart ansteuert, dass die Winkelgeschwindigkeitsänderungen minimiert werden.The electric part 124 has been explained above with reference to the electric machine 122 connected to the drive train via the adder gear 104. Alternatively, the electric machine 122 may also be non-rotatably connected to the crankshaft 102, wherein the adding gear 104 may then be dispensed with or merely forms a gear ratio between the rotor of the electric machine 122 and the crankshaft 102 or drive shaft 112. In this case, the torque of the electric machine 122 must each be controlled so as to produce the torque fluctuations around the average torque output that are effective after balancing the torque nonuniformities on the crankshaft 102 of the engine 100, exactly opposite torque fluctuations, thereby keeping the speed of the crankshaft 102 itself constant becomes. Also in this case, the control of the electric machine 122 may be controlled depending on the load and the respective operating mode of the internal combustion engine, or the operation of the electric machine 122 may be controlled by detecting the angular velocity changes of the crankshaft 102 and a controller that drives the inverter 126 to minimize the angular velocity changes.
Das vorstehend erläuterte Prinzip, bei dem durch relative Befeuerung der Zylinder entstehende Drehzahlschwankungen der Antriebswelle des Fahrzeugs dadurch gemindert werden, dass Drehmomentschwankungen der Kurbelwelle zunächst mechanisch durch Energieaustausch mit dem Ausgleichsmassebauteil vermindert und verbleibende Drehzahlschwankungen mit einer Elektromaschine vermindert werden, ist auch bei Brennkraftmaschinen mit geringer Zylinderzahl ohne Laststeuerung mittels selektiver Zündung oder Einspritzung möglich. So kann beispielsweise bei einer Einzylinder Viertaktmaschine den Drehmomentsschwankungen mittels des Ausgleichsmassebauteils entgegengewirkt werden und verbleibende Drehzahlschwankungen können mit der Elektromaschine geglättet werden. Die Kopplung zwischen dem Ausgleichsmassebauteil und der Kurbelwelle kann an die Zylinderzahl und Betriebsweise (2 Takt, 4 Takt) der Brennkraftmaschine angepasst werden.
The above-explained principle in which caused by relative firing of the cylinder speed fluctuations of the drive shaft of the vehicle be reduced by torque fluctuations of the crankshaft first mechanically reduced by energy exchange with the balancing mass component and remaining speed fluctuations are reduced by an electric machine, is also in internal combustion engines with a small number of cylinders without load control by means of selective ignition or injection possible. Thus, for example, in a single-cylinder four-stroke engine the torque fluctuations can be counteracted by means of the balancing mass component and remaining speed fluctuations can be smoothed with the electric machine. The coupling between the balancing mass component and the crankshaft can be adapted to the number of cylinders and operating mode (2 clock, 4 clock) of the internal combustion engine.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
12 Mitnehmeransatz 84 Absperrventil12 Driving lug 84 Stop valve
14 Ausgleichsmassebauteil 86 Absperrventil14 balancing component 86 stop valve
16 Lagerschild 88 Ausgleichsmassebauteil16 end shield 88 balancing mass component
20 Durchgangsöffnung 90 Unwucht20 through hole 90 unbalance
22 Führungskoppel 92 Unwucht22 guide coupling 92 unbalance
24 radialer Arm 100 Brennkraftmaschine24 radial arm 100 internal combustion engine
26 Koppelglied 102 Kurbelwelle26 coupling member 102 crankshaft
26a Arm 104 Koppelvorrichtung26a arm 104 coupling device
26b Arm 104a Sonnenrad26b arm 104a sun gear
28 Koppelglied 104b Planetenträger28 coupling member 104b planet carrier
29 Gelenk 104c Hohlrad29 Joint 104c ring gear
40 Verstelleinrichtung 106 Ausgangswelle40 adjusting device 106 output shaft
42 Stellglied 112 Antriebswelle 4 Arm 120 mechanischer Teil42 actuator 112 drive shaft 4 arm 120 mechanical part
46 Arm 122 Elektromaschine 8 Anschlag 124 elektrischer Teil46 arm 122 electric machine 8 stop 124 electrical part
50 Anschlag 126 Wechselrichter50 stop 126 inverters
52 Koppelglied 128 Energiespeicher52 coupling member 128 energy storage
54 Arm 132 elektronische Steuereinrichtung54 arm 132 electronic control device
56 Arm 132a Selektivsteuereinrichtung56 arm 132a selective control device
58 Koppelglied 132b Laststeuereinrichtung 0 Kolben 132c Ausgleichssteuereinrichtung 2 Pleuel 132d Elektromaschinensteuereinrichtung 4 Umfangsverzahnung 134 Fahrpedalsensor 6 Ausgleichsmassebauteil 136 Drehzahlsensor 8 Umfangsverzahnung 138 Laststellglied 2 Kolben 140 Verstellvorrichtung 4 Kolben/Zylindereinheit 6 Leitung 8 Leitung 0 Rückschlagventil 2 Rückschlagventil
58 Coupling link 132b Load control device 0 Piston 132c Compensation control device 2 Connecting rod 132d Electric machine control device 4 Peripheral toothing 134 Accelerator pedal sensor 6 Compensating mass component 136 Speed sensor 8 Peripheral toothing 138 Load actuator 2 Piston 140 Adjustment device 4 Piston / Cylinder unit 6 Line 8 Line 0 Check valve 2 Check valve
Claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstrangs mit einer Brennkraftmaschine (100) mit mehreren Zylindern, in denen mit einer gemeinsamen Kurbelwelle (102) verbundene Kolben arbeiten, bei welchem Verfahren die Lastanpassung der Brennkraftmaschine zumindest teilweise dadurch erfolgt, dass die Zylinder nach einem vorbestimmten Programm selektiv befeuert werden und durch die selektive Befeuerung der Zylinder entstehende Drehzahlschwankungen einer von der Kurbelwelle drehangetriebenen Antriebswelle (106) mittels einer Elektro- maschine (122) vermindert werden, die in Phasen, in denen die Drehzahl der Antriebswelle zunehmen würde, generatorisch betrieben wird und Energie in einen elektrischen Energiespeicher (128) einspeist und in den Phasen, in denen die Drehzahl der Antriebswelle abnehmen würde, motorisch betrieben wird und zumindest einen Teil der gespeicherten elektrischen Energie als mechanische Energie rückspeist, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein bewegliches Ausgleichsmassebauteil (14) mit der Kurbelwelle derart gekoppelt wird, dass dem Ausgleichsmassebauteil in vorbestimmten Phasen, in denen die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ohne deren Kopplung mit dem Ausgleichsmassebauteil zunehmen würde, kinetische Energie zugeführt wird, und in vorbestimmten Phasen, in denen die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ohne deren Kopplung mit dem Ausgleichsmassebauteil abnehmen würde, kinetische Energie entzogen wird, auch wenn die Winkelgeschwindigkeit der mit dem Ausgleichsmassebauteil gekoppelten Kurbelwelle konstant ist, und b) die nach Verminderung der Drehungleichfbrmigkeiten der Kurbelwelle verbleibenden, in die Antriebswelle (106) des Fahrzeugs infolge der selektiven Befeuerung der Zylinder gelangenden Drehzahlschwankungen mittels der Elektromaschine (122) vermindert werden.A method of operating a vehicle powertrain having an internal combustion engine (100) having a plurality of cylinders in which pistons connected to a common crankshaft (102) operate, wherein the load matching of the internal combustion engine is at least partially accomplished by selectively selecting the cylinders according to a predetermined program be fired and reduced by the selective firing of the cylinder speed fluctuations of a rotationally driven by the crankshaft drive shaft (106) by means of an electric machine (122) which is operated in phases in which the rotational speed of the drive shaft would increase, and energy in an electric energy storage (128) feeds and in the phases in which the rotational speed of the drive shaft would decrease, is operated by a motor and at least a portion of the stored electrical energy as mechanical energy, characterized in that a) a movable Ausgleichsm Asesebauteil (14) is coupled to the crankshaft so that kinetic energy is supplied to the balancing mass component in predetermined phases in which the angular velocity of the crankshaft would increase without their coupling with the balancing mass component, and in predetermined phases in which the angular velocity of the crankshaft without their coupling with the balancing mass component would decrease, kinetic energy is withdrawn, even if the angular velocity of the crankshaft coupled to the balancing mass component is constant, and b) the remaining after reducing the rotational irregularities of the crankshaft, into the drive shaft (106) of the vehicle due to the selective firing the cylinder reaching speed fluctuations by means of the electric machine (122) can be reduced.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Elektromaschine (122), die Kurbelwelle (102) und die Antriebswelle (106) über ein Addiergetriebe (104) derart verbunden sind, dass die Antriebswelle mit einer Drehzahl dreht, die einer Addition aus der Drehzahl der Kurbelwelle und der Drehzahl der Elektromaschine entspricht, und die Elektromaschine derart gesteuert wird, dass Drehzahländerungen der Antriebswelle infolge von Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle entgegengewirkt wird. 2. The method of claim 1, wherein the electric machine (122), the crankshaft (102) and the drive shaft (106) via an adding gear (104) are connected such that the drive shaft rotates at a speed corresponding to an addition of the speed of Crankshaft and the rotational speed of the electric machine corresponds, and the electric machine is controlled such that changes in rotational speed of the drive shaft due to speed fluctuations of the crankshaft is counteracted.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Elektromaschine (122) drehfest mit der Kurbelwelle (102) verbunden ist und derart gesteuert wird, dass ihr Drehmoment Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle vermindert.3. The method of claim 1, wherein the electric machine (122) is rotatably connected to the crankshaft (102) and is controlled such that its torque reduces speed fluctuations of the crankshaft.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kopplung des Ausgleichsmassebauteils (14) mit der Kurbelwelle (102) und der Betrieb der Elektromaschine (122) in Abhängigkeit von der Last der Brennkraftmaschine und der selektiven Befeuerung der Zylinder gesteuert werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the coupling of the balancing mass component (14) with the crankshaft (102) and the operation of the electric machine (122) are controlled in dependence on the load of the internal combustion engine and the selective firing of the cylinder.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kopplung des Ausgleichsmassebauteils (14) mit der Kurbelwelle und der Betrieb der Elektromaschine in Abhängigkeit von Winkelgeschwindigkeitsänderungen der Kurbelwelle (102) geregelt werden.5. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the coupling of the balancing mass component (14) with the crankshaft and the operation of the electric machine in response to angular velocity changes of the crankshaft (102) are controlled.
6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kopplung des Ausgleichsmassebauteils (14) mit der Kurbelwelle und der Betrieb der Elektromaschine in Abhängigkeit von Winkelgeschwindigkeitsänderungen der Kurbelwelle (102) und der Antriebswelle geregelt werden.6. The method of claim 2, wherein the coupling of the balancing mass component (14) with the crankshaft and the operation of the electric machine in response to angular velocity changes of the crankshaft (102) and the drive shaft are controlled.
7. Fahrzeugantriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine (100) mit mehreren Zylindern, in denen mit einer gemeinsamen Kurbelwelle (102) verbundene Kolben arbeiten, einer Selektivsteuereinrichtung (132) zum Steuern der Brennkraftmaschine (100) derart, dass deren Zylinder selektiv entsprechend einem Programm befeuert werden, einer von der Kurbelwelle drehangetriebenen Antriebswelle (106), einer Elektromaschine (122), die in Phasen, in denen die Drehzahl der Antriebswelle zunehmen würde, generatorisch betrieben wird und Energie in einen elektrischen Energiespeicher (128) einspeist und in den Phasen, in denen die Drehzahl der Antriebswelle abnehmen würde, motorisch betrieben wird und zumindest einen Teil der gespeicherten elektrischen Energie als mechanische Energie rückspeist, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein bewegliches Ausgleichsmassebauteil (14) mit der Kurbelwelle derart gekoppelt ist, dass dem Ausgleichsmassebauteil in vorbestimmten Phasen, in denen die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ohne deren Kopplung mit dem Ausgleichsmassebauteil zunehmen würde, kinetische Energie zugeführt wird, und in vorbestimmten Phasen, in denen die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ohne deren Kopplung mit dem Ausgleichsmassebauteil abnehmen würde, kinetische Energie entzogen wird, auch wenn die Winkelgeschwindigkeit der mit dem Ausgleichsmassebauteil gekoppelten Kurbelwelle konstant ist, und b) die Elektromaschine derart gesteuert ist, dass sie die nach Verminderung der Drehungleich- fδrmigkeiten der Kurbelwelle verbleibenden, in die Antriebswelle (106) des Fahrzeugs infolge der selektiven Befeuerung der Zylinder gelangenden Drehzahlschwankungen vermindert.7. A vehicle powertrain having an engine (100) with a plurality of cylinders in which pistons connected to a common crankshaft (102) operate, a selective controller (132) for controlling the engine (100) such that their cylinders are selectively fired in accordance with a program. a rotationally driven by the crankshaft drive shaft (106), an electric machine (122) which is operated in phases, in which the speed of the drive shaft would increase, regeneratively and energy into an electrical energy storage device (128) feeds and in the phases in which Speed of the drive shaft would decrease, is powered by the engine and at least a portion of the stored electrical energy as mechanical energy fed back, characterized in that a) a movable compensation mass component (14) is coupled to the crankshaft such that the balancing mass component in predetermined phases in which the angular velocity of the Crankshaft would increase without their coupling with the balancing mass component, kinetic energy is supplied, and kinetic in predetermined phases in which the angular velocity of the crankshaft would decrease without their coupling with the balancing mass component Energy is withdrawn, even if the angular velocity of the crankshaft coupled to the balancing mass component is constant, and b) the electric machine is controlled so that they remain in the drive shaft (106) of the vehicle as a result of the selective reduction after reducing the rotational irregularities of the crankshaft Firing the cylinder decreases speed fluctuations reduced.
8. Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 7, wobei die Elektromaschine (122), die Kurbelwelle (102) und eine Antriebswelle (106) des Fahrzeugs über ein Addiergetriebe (104) derart verbunden sind, dass die Antriebswelle mit einer Drehzahl dreht, die einer Addition aus der Drehzahl der Kurbelwelle und der Drehzahl der Elektromaschine entspricht, und die Elektromaschine derart gesteuert wird, dass Drehzahländerungen der Antriebswelle infolge von Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle entgegengewirkt wird.8. The vehicle drive train of claim 7, wherein the electric machine (122), the crankshaft (102) and a drive shaft (106) of the vehicle via an adding gear (104) are connected such that the drive shaft rotates at a speed corresponding to an addition of the Speed of the crankshaft and the rotational speed of the electric machine corresponds, and the electric machine is controlled such that changes in rotational speed of the drive shaft due to speed fluctuations of the crankshaft is counteracted.
9. Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 8, wobei das Addiergetriebe (104) ein Planetengetriebe ist.9. The vehicle drive train of claim 8, wherein the adding gear (104) is a planetary gear.
10. Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 7, wobei die Elektromaschine (122) drehfest mit der Kurbelwelle (102) verbunden ist und derart gesteuert wird, dass ihr Drehmoment Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle vermindert.10. The vehicle drive train of claim 7, wherein the electric machine (122) is rotatably connected to the crankshaft (102) and is controlled such that its torque reduces speed fluctuations of the crankshaft.
1 1. Fahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Elektromaschine (122) über einen Wechselrichter (126) mit einem als Energiespeicher (128) dienenden Kondensator verbunden ist.1 1. A vehicle drive train according to one of claims 7 to 10, wherein the electric machine (122) via an inverter (126) with a serving as energy storage (128) capacitor is connected.
12. Fahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Kurbelwelle (102) über wenigstens ein Koppelglied (26a) mit einem um eine zur Achse (A) der Kurbelwelle parallele Achse (C) drehbaren Bauteil (22) gekoppelt ist, das über wenigstens ein Koppelglied (26b, 28) mit dem Ausgleichsmassebauteil (14) gekoppelt ist.12. Vehicle drive train according to one of claims 7 to 11, wherein the crankshaft (102) via at least one coupling member (26 a) with a about an axis (A) of the crankshaft parallel axis (C) rotatable member (22) is coupled via at least one coupling member (26b, 28) is coupled to the balancing mass component (14).
13. Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 12, wobei eine Verstellvorrichtung vorgesehen ist, mit der der Abstand zwischen der Drehachse (C) des drehbaren Bauteils (22) und der Achse (A) der Kurbelwelle (10) verstellbar ist. 13. Vehicle drive train according to claim 12, wherein an adjusting device is provided, with which the distance between the axis of rotation (C) of the rotatable member (22) and the axis (A) of the crankshaft (10) is adjustable.
14. Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 13, wobei eine Steuereinrichtung (132) vorgesehen ist, mit der die Stelleinrichtung (140) und die Elektromaschine (122) abhängig von der selektiven Befeuerung der Zylinder und einem Laststellglied 138) der Brennkraftmaschine (100) steuerbar ist.14. Vehicle drive train according to claim 13, wherein a control device (132) is provided, with which the adjusting device (140) and the electric machine (122) depending on the selective firing of the cylinder and a load actuator 138) of the internal combustion engine (100) is controllable.
15. Fahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei die Brennkraftmaschine eine 4-Zylinder Viertaktbrennkraftmaschine ist, die in einem 4 ZyI, einem 2 ZyI und einem 2 ZyI-P Modus betreibbar ist.15. A vehicle drivetrain according to any one of claims 7 to 14, wherein the internal combustion engine is a 4-cylinder four-stroke internal combustion engine operable in a 4 ZyI, a 2 ZyI and a 2 ZyI-P mode.
16. Fahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei das Ausgleichmassebauteil (14) mit der Kurbelwelle (102) derart gekoppelt ist, dass seine Winkelgeschwindigkeit während einer Kurbelwellendrehung einmal beschleunigt und abgebremst wird. 16. Vehicle drive train according to one of claims 7 to 15, wherein the balancing mass component (14) with the crankshaft (102) is coupled such that its angular velocity is accelerated once during crankshaft rotation and decelerated.
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Legal Events
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NENP | Non-entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09765512 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |