DE102012212464A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung - Google Patents
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Abstract
Bei einer Brennkraftmaschine (10) mit Saugrohreinspritzung ist jedem Zylinder (14 bis 20) mindestens eine erste Einspritzvorrichtung (40 bis 46) und eine zweite Einspritzvorrichtung (48 bis 54) zugeordnet. Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens zeitweise die erste Einspritzvorrichtung (40 bis 46) bei einem anderen Kurbelwinkel als die zweite Einspritzvorrichtung (48 bis 54) betätigt wird.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Vom Markt her bekannt sind Viertakt-Brennkraftmaschinen, bei denen der Kraftstoff in ein Saugrohr vor ein Einlassventil der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Da praktisch alle modernen Brennkraftmaschinen pro Zylinder zwei Einlassventile aufweisen, ist es ferner bekannt, für jeden Zylinder zwei Einspritzvorrichtungen vorzusehen. Dabei kann jedem Einlassventil eines Zylinders eine eigene Einspritzvorrichtung zugeordnet sein. Die Einspritzvorrichtungen können bei einem Kurbelwinkel betätigt werden, der relativ weit vor jenem Kurbelwinkel liegt, bei dem die Einlassventile öffnen. Die Betätigung der Einspritzvorrichtungen kann dabei pro Zylinder simultan erfolgen.
- Offenbarung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Betriebsgeräusch der Brennkraftmaschine zu reduzieren.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich darüber hinaus in der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
- Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Geräuschimpulse, die weniger als ungefähr zehn Millisekunden auseinanderliegen, vom menschlichen Ohr als ein einziges Ereignis wahrgenommen werden. Darüber hinaus werden einzeln auftretende Geräuschimpulse, also solche, die lediglich mit einer geringen Impulsrate auftreten, als störender empfunden als häufiger auftretende Geräuschimpulse. Bei steigender Impulsrate sinkt also das subjektive akustische Störpotential, und es ergibt sich lediglich noch eine gewisse akustische Rauigkeit.
- Bei der vorliegenden Erfindung werden die Einspritzvorrichtungen eines Zylinders nicht mehr gleichzeitig, sondern nacheinander, also bei unterschiedlichen Kurbelwinkeln betätigt. Zum Einen wird hierdurch die Stärke des Schallimpulses, der durch die Betätigung der Einspritzvorrichtungen erzeugt wird, reduziert, da die Betätigung der Einspritzvorrichtungen pro Zylinder in zwei weniger starke und einzeln wahrnehmbare Schallereignisse aufgelöst wird. Darüber hinaus wird die akustische Frequenz, also die Impulsrate, erhöht, was das vom Benutzer subjektiv wahrgenommene Störgeräusch reduziert. Durch das versetzte Ansteuern der Einspritzvorrichtungen wird also ein Geräusch verursacht, das vom Benutzer bzw. Zuhörer als angenehmere "Rauigkeit" wahrgenommen wird als das bei der bisher üblichen zeitgleichen Betätigung erzeugte Geräusch.
- Bei einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Einspritzvorrichtungen aller Zylinder über zwei volle Kurbelwellenumdrehungen gleichmäßig verteilt betätigt werden. Dies führt zu einem gleichmäßigen Geräusch mit doppelter Frequenz und halbierter Einzelimpulsstärke, was eine besonders deutliche Reduzierung des Betriebsgeräusches bewirkt. Bei zwei Einspritzvorrichtungen pro Zylinder kann der Kurbelwinkel, um den die beiden Einspritzvorrichtungen pro Zylinder versetzt betätigt werden müssen, berechnet werden, in dem die Zahl 360 durch die Anzahl der Zylinder dividiert wird. Bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine beträgt dieser Kurbelwinkel also 90°, bei einer Sechszylinder-Brennkraftmaschine 60°.
- Vorgeschlagen wird ferner, dass die erste Einspritzvorrichtung nur dann bei einem anderen Kurbelwinkel als die zweite Einspritzvorrichtung betätigt wird, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem bestimmten Betriebsbereich befindet, insbesondere, wenn eine Drehzahl einer Kurbelwelle und/oder ein Drehmoment unterhalb eines Grenzwerts liegen. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft ist bspw. im Leerlauf einer Brennkraftmaschine bzw. bei niederer Last. In diesen Betriebsbereichen sind die sonstigen Geräusche der Brennkraftmaschine vergleichsweise gering, so dass dann die von den Einspritzvorrichtungen erzeugten Geräusche als besonders störend wahrgenommen werden. Darüber hinaus gibt es Betriebsbereiche einer Brennkraftmaschine, die sich eher für eine Aufteilung der Einspritzung auf unterschiedliche Zeitpunkte eignen als andere.
- Möglich ist auch, dass die Differenz der Kurbelwinkel, bei denen die beiden Einspritzvorrichtungen eines Zylinders betätigt werden, von einem aktuellen Betriebsparameter und/oder einem aktuellen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine abhängt. Denkbar ist bspw., bei der Bestimmung der Differenz der Kurbelwinkel auch den Einfluss der zeitlich versetzten Ansteuerung auf die Abgaswerte und die Verbrauchswerte der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen, sowie eine aktuelle Betriebstemperatur, einen Betriebszustand eines Zusatzaggregats, etc. Denkbar und besonders günstig ist auch, die Differenz mindestens von einer aktuellen akustischen Größe abhängig zu machen. Bei dieser Größe kann es sich beispielsweise um eine Lautstärke handeln, aber auch um eine Frequenz. Gegebenenfalls ist sogar eine Art Regelung vorstellbar, mit der die akustische Größe durch Variation der Differenz der Kurbelwinkel auf einen Zielwert (Frequenz) oder einen Minimalwert (Lautstärke) eingeregelt wird. Erfasst werden kann die akustische Größe beispielsweise durch einen an der Brennkraftmaschine angeordneten Körperschallsensor, oder durch ein beispielsweise im Passagierraum des Kraftfahrzeugs angeordnetes Mikrofon.
- Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine schematische Draufsicht auf eine Brennkraftmaschine; -
2 vier Diagramme, in denen für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine von1 ein Kolbenhub, ein Einlassventil-Öffnungszeitraum und Betätigungszeiträume von Einspritzvorrichtungen über den jeweiligen Kurbelwinkeln aufgetragen sind; und -
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine von1 . - Eine Brennkraftmaschine trägt in
1 insgesamt das Bezugszeichen10 . Es handelt sich hierbei um eine Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine. - Sie umfasst einen Motorblock
12 , in dem vier Zylinder14 ,16 ,18 und20 vorhanden sind. Zu jedem Zylinder14 bis20 gehört ein erstes Einlassventil22 ,24 ,26 bzw.28 und ein zweites Einlassventil30 ,32 ,34 bzw.36 . Zu jedem Einlassventil22 bis36 führt ein eigener Saugkanal38 , und jedem Einlassventil22 bis36 ist in dem entsprechenden Saugkanal38 eine erste Einspritzvorrichtung40 bis46 und eine zweite Einspritzvorrichtung48 bis54 zugeordnet. Ferner gehören zu jedem Zylinder14 bis20 zwei Auslassventile56 , die zu einem Abgasrohr58 führen. - Die Brennkraftmaschine
10 umfasst ferner eine nur symbolisch angedeutete Kurbelwelle60 , deren Drehzahl und Position von einem Kurbelwellensensor62 erfasst wird. Ferner gehört zu der Brennkraftmaschine10 eine Steuer- und Regeleinrichtung64 , welche den Betrieb der Brennkraftmaschine10 steuert und regelt. Hierzu empfängt die Steuer- und Regeleinrichtung64 die Signale verschiedener Sensoren, die aktuelle Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine10 erfassen, bspw. das Signal vom Kurbelwellensensor62 . Die Steuer- und Regeleinrichtung64 steuert verschiedene Stelleinrichtungen der Brennkraftmaschine10 an, bspw. die Einspritzvorrichtungen40 bis54 . - Weitere Komponenten der Brennkraftmaschine
10 , wie bspw. Zündkerzen, Drosselklappen, Abgasreinigungseinrichtungen, Kraftstoffsystem mit Kraftstoffpumpe, etc. sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in1 nicht dargestellt. - Wie oben erwähnt, verfügt die Brennkraftmaschine
10 pro Zylinder14 bis20 über ein erstes Einlassventil22 bis28 und eine erste Einspritzvorrichtung40 bis46 sowie ein zweites Einlassventil30 bis36 und eine zweite Einspritzvorrichtung48 bis54 . Die Ansteuerung bzw. Betätigung der Einspritzvorrichtungen40 bis54 wird nun unter Bezugnahme auf2 erläutert: - In
2 sind vier Diagramme aufgetragen, deren Abszisse jeweils einem Kurbelwinkel KW entspricht. Das in2 ganz obere Diagramm gilt für den ersten Zylinder14 , das zweite Diagramm von oben für den dritten Zylinder18 , das dritte Diagramm von oben für den vierten Zylinder20 und das ganz untere Diagramm für den zweiten Zylinder16 . Eine sinusförmige und mit Ki (i =14 bis20 ) bezeichnete Kurve informiert in jedem Diagramm über die Position des jeweiligen Kolbens des Zylinders14 bis20 . Bei 0° bzw. minus 720° ZW befindet sich der Kolben im oberen Totpunkt Zündung (ZOT), bei einem Kurbelwinkel KW von –180° befindet sich der Kolben in einem unteren Totpunkt UT zwischen Ansaug- und Kompressionstakt. Bei einem Kurbelwinkel KW von –360° befindet sich der Kolben in einem oberen Totpunkt OT zwischen Ausstoßtakt und Ansaugtakt. Bei einem Kurbelwinkel KW von –540° befindet sich der Kolben in einem unteren Totpunkt UT zwischen Arbeitstakt und Ausstoßtakt. - In
1 sind auch die Öffnungszeiträume der Einlassventile22 bis36 eines jeden Zylinders14 bis20 aufgetragen. Sie sind dort mit EVi bezeichnet, mit i =22 bis36 für die Einlassventile22 bis36 . Man erkennt, dass die Einlassventile22 bis36 für jeden Zylinder14 bis20 kurz nach Beginn der Saugphase öffnen und kurz nach Beginn der Kompressionsphase schließen. - Schließlich sind in
2 noch die Betätigungszeiträume der Einspritzvorrichtungen40 bis54 für jeden Zylinder14 bis20 aufgetragen. Die Betätigungszeiträume sind mit dem Buchstaben B bezeichnet, der durch das Bezugszeichen der jeweiligen Einspritzvorrichtung40 bis54 indiziert ist. Man erkennt, dass die ersten Einspritzvorrichtungen40 ,42 ,44 und46 während Betätigungszeiträumen B40, B42, B44 und B46 betätigt werden, die im vorliegenden Beispiel bei einem Kurbelwinkel KW von –770° beginnen und bei einem Kurbelwinkel KW von –720° enden. - Die zweiten Einspritzvorrichtungen
48 bis54 werden während Betätigungszeiträumen B48, B50, B52 und B54 betätigt, die jeweils bei einem Kurbelwinkel KW von (beispielhaft) –680° beginnen und bei einem Kurbelwinkel KW von –630° enden. Die ersten Einspritzvorrichtungen40 bis46 werden also bei einem anderen Kurbelwinkel (nämlich hier beispielhaft –770° bis –720° KW) betätigt als die zweiten Einspritzvorrichtungen48 bis54 (hier beispielhaft bei –680° bis –630° KW). Man erkennt ferner, dass zwischen dem Beginn des Betätigungszeitraums B40 und dem Beginn des Betätigungszeitraums B48 eine Kurbelwinkeldifferenz von 90° liegt, zwischen dem Beginn des Betätigungszeitraum B48 und dem Beginn des Betätigungszeitraum B44 wiederum eine Kurbelwinkeldifferenz von 90° liegt, usw. Die Betätigungszeiträume Bi der Einspritzvorrichtungen i (i =40 bis54 ) sind also über zwei volle Kurbelwellenumdrehungen, entsprechend einem Kurbelwinkel von 720° KW, vollkommen gleichmäßig verteilt. Die Differenz zwischen dem Kurbelwinkel KW, bei dem die erste Einspritzvorrichtung40 bis46 betätigt wird, und dem Kurbelwinkel, bei dem die zweite Einspritzvorrichtung48 bis54 betätigt wird, entspricht also, wie bereits erwähnt, einem Kurbelwinkel von 90° KW, der sich errechnet, in dem die Zahl 360 durch die Anzahl (hier 4) der Zylinder14 bis20 der Brennkraftmaschine10 dividiert wird. - Bei der Ansteuerung der Einspritzvorrichtungen
40 bis44 wird nach einem nun unter Bezugnahme auf3 erläuterten Verfahren vorgegangen. Nach einem Startblock66 wird in68 geprüft, in welchem Betriebszustand sich die Brennkraftmaschine10 gerade befindet. Hierzu wird bspw. das Signal des Kurbelwellensensors62 mit einem Grenzwert verglichen. Liegt die Drehzahl der Kurbelwelle60 unter einem vorgegebenen Grenzwert, wird zu einem Block70 verzweigt, andernfalls wird zu einem Block72 gesprungen. Gemäß dem Block72 werden die ersten Einspritzvorrichtungen40 bis46 und die zweiten Einspritzvorrichtungen48 bis54 simultan betätigt; es findet also gerade nicht die in2 erläuterte und dort um 90° versetzte Betätigung statt. - Im Block
70 wird der Differenz-Kurbelwinkel zwischen den jeweiligen ersten Betätigungen B40 bis B46 und den jeweiligen zweiten Betätigungen B48 bis B54 ermittelt, und zwar in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, bspw. einer aktuellen Betriebstemperatur, einem aktuell vom Benutzer der Brennkraftmaschine10 geforderten Drehmoment, einem Betriebszustand einer Abgasreinigungsanlage, etc.. Diese Betriebsgrößen sind durch den Block74 angedeutet. In einem Block76 werden dann die zweiten Einspritzvorrichtungen48 bis54 zu den ersten Einspritzvorrichtungen40 bis46 versetzt betätigt, und zwar mit dem in Block70 bestimmten Differenz-Kurbelwinkel (in dem Beispiel von2 beträgt dieser 90°). Das Verfahren endet in einem Block78 . - Das in
3 gezeigte Verfahren ist dabei als Computerprogramm auf einem Speicher der Steuer- und Regeleinrichtung64 abgespeichert.
Claims (7)
- Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (
10 ) mit Saugrohreinspritzung, bei dem jedem Zylinder (14 –20 ) mindestens eine erste Einspritzvorrichtung (40 –46 ) und eine zweite Einspritzvorrichtung (48 –54 ) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zeitweise die erste Einspritzvorrichtung (40 –46 ) bei einem anderen Kurbelwinkel als die zweite Einspritzvorrichtung (48 –54 ) betätigt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzvorrichtungen (
40 –54 ) aller Zylinder (14 –20 ) über zwei volle Kurbelwellenumdrehungen gleichmäßig verteilt betätigt werden. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei Einspritzvorrichtungen (
40 –54 ) pro Zylinder (14 –20 ) die Einspritzvorrichtungen (40 –54 ) pro Zylinder (14 –20 ) um einen Kurbelwinkel versetzt betätigt werden, der einem Wert von360 dividiert durch die Anzahl der Zylinder (14 –20 ) entspricht. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einspritzvorrichtung (
40 –46 ) nur dann bei einem anderen Kurbelwinkel als die zweite Einspritzvorrichtung (48 –54 ) betätigt wird, wenn sich die Brennkraftmaschine (10 ) in einem bestimmten Betriebsbereich befindet, insbesondere, wenn eine Drehzahl einer Kurbelwelle (60 ) und/oder ein Drehmoment unterhalb eines Grenzwerts liegen. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Kurbelwinkel, bei denen die Einspritzvorrichtungen (
40 –54 ) eines Zylinders (14 –20 ) betätigt werden, von einem aktuellen Betriebsparameter, insbesondere einer akustischen Größe, und/oder einem aktuellen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (10 ) abhängt. - Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu programmiert ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
- Steuer- und/oder Regeleinrichtung (
64 ) für eine Brennkraftmaschine (10 ), dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 6 gespeichert ist.
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