DE102012212464A1

DE102012212464A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung

Info

Publication number: DE102012212464A1
Application number: DE102012212464.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Fischer; Andreas Gutscher; Andreas Posselt; Marko Lorenz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-01-23
Also published as: WO2014012744A1; JP2015522753A; TW201410966A; KR20150036062A; CN104471227A; US20150204265A1; EP2875228A1; RU2015105087A; IN2014DN08826A

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 von 1 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 von 1.
Eine Brennkraftmaschine trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es handelt sich hierbei um eine Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine.
Sie umfasst einen Motorblock 12, in dem vier Zylinder 14, 16, 18 und 20 vorhanden sind. Zu jedem Zylinder 14 bis 20 gehört ein erstes Einlassventil 22, 24, 26 bzw. 28 und ein zweites Einlassventil 30, 32, 34 bzw. 36. Zu jedem Einlassventil 22 bis 36 führt ein eigener Saugkanal 38, und jedem Einlassventil 22 bis 36 ist in dem entsprechenden Saugkanal 38 eine erste Einspritzvorrichtung 40 bis 46 und eine zweite Einspritzvorrichtung 48 bis 54 zugeordnet. Ferner gehören zu jedem Zylinder 14 bis 20 zwei Auslassventile 56, die zu einem Abgasrohr 58 führen.
Die Brennkraftmaschine 10 umfasst ferner eine nur symbolisch angedeutete Kurbelwelle 60, deren Drehzahl und Position von einem Kurbelwellensensor 62 erfasst wird. Ferner gehört zu der Brennkraftmaschine 10 eine Steuer- und Regeleinrichtung 64, welche den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 steuert und regelt. Hierzu empfängt die Steuer- und Regeleinrichtung 64 die Signale verschiedener Sensoren, die aktuelle Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 erfassen, bspw. das Signal vom Kurbelwellensensor 62. Die Steuer- und Regeleinrichtung 64 steuert verschiedene Stelleinrichtungen der Brennkraftmaschine 10 an, bspw. die Einspritzvorrichtungen 40 bis 54.
Weitere Komponenten der Brennkraftmaschine 10, wie bspw. Zündkerzen, Drosselklappen, Abgasreinigungseinrichtungen, Kraftstoffsystem mit Kraftstoffpumpe, etc. sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nicht dargestellt.
Wie oben erwähnt, verfügt die Brennkraftmaschine 10 pro Zylinder 14 bis 20 über ein erstes Einlassventil 22 bis 28 und eine erste Einspritzvorrichtung 40 bis 46 sowie ein zweites Einlassventil 30 bis 36 und eine zweite Einspritzvorrichtung 48 bis 54. Die Ansteuerung bzw. Betätigung der Einspritzvorrichtungen 40 bis 54 wird nun unter Bezugnahme auf 2 erläutert:
In 2 sind vier Diagramme aufgetragen, deren Abszisse jeweils einem Kurbelwinkel KW entspricht. Das in 2 ganz obere Diagramm gilt für den ersten Zylinder 14, das zweite Diagramm von oben für den dritten Zylinder 18, das dritte Diagramm von oben für den vierten Zylinder 20 und das ganz untere Diagramm für den zweiten Zylinder 16. Eine sinusförmige und mit K_i (i = 14 bis 20) bezeichnete Kurve informiert in jedem Diagramm über die Position des jeweiligen Kolbens des Zylinders 14 bis 20. 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 Einlassventile 22 bis 36 eines jeden Zylinders 14 bis 20 aufgetragen. Sie sind dort mit EV_i bezeichnet, mit i = 22 bis 36 für die Einlassventile 22 bis 36. Man erkennt, dass die Einlassventile 22 bis 36 für jeden Zylinder 14 bis 20 kurz nach Beginn der Saugphase öffnen und kurz nach Beginn der Kompressionsphase schließen.
Schließlich sind in 2 noch die Betätigungszeiträume der Einspritzvorrichtungen 40 bis 54 für jeden Zylinder 14 bis 20 aufgetragen. Die Betätigungszeiträume sind mit dem Buchstaben B bezeichnet, der durch das Bezugszeichen der jeweiligen Einspritzvorrichtung 40 bis 54 indiziert ist. Man erkennt, dass die ersten Einspritzvorrichtungen 40, 42, 44 und 46 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 bis 54 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 Einspritzvorrichtungen 40 bis 46 werden also bei einem anderen Kurbelwinkel (nämlich hier beispielhaft –770° bis –720° KW) betätigt als die zweiten Einspritzvorrichtungen 48 bis 54 (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 B_i der Einspritzvorrichtungen i (i = 40 bis 54) 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 Einspritzvorrichtung 40 bis 46 betätigt wird, und dem Kurbelwinkel, bei dem die zweite Einspritzvorrichtung 48 bis 54 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 Zylinder 14 bis 20 der Brennkraftmaschine 10 dividiert wird.
Bei der Ansteuerung der Einspritzvorrichtungen 40 bis 44 wird nach einem nun unter Bezugnahme auf 3 erläuterten Verfahren vorgegangen. Nach einem Startblock 66 wird in 68 geprüft, in welchem Betriebszustand sich die Brennkraftmaschine 10 gerade befindet. Hierzu wird bspw. das Signal des Kurbelwellensensors 62 mit einem Grenzwert verglichen. Liegt die Drehzahl der Kurbelwelle 60 unter einem vorgegebenen Grenzwert, wird zu einem Block 70 verzweigt, andernfalls wird zu einem Block 72 gesprungen. Gemäß dem Block 72 werden die ersten Einspritzvorrichtungen 40 bis 46 und die zweiten Einspritzvorrichtungen 48 bis 54 simultan betätigt; es findet also gerade nicht die in 2 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 Brennkraftmaschine 10 geforderten Drehmoment, einem Betriebszustand einer Abgasreinigungsanlage, etc.. Diese Betriebsgrößen sind durch den Block 74 angedeutet. In einem Block 76 werden dann die zweiten Einspritzvorrichtungen 48 bis 54 zu den ersten Einspritzvorrichtungen 40 bis 46 versetzt betätigt, und zwar mit dem in Block 70 bestimmten Differenz-Kurbelwinkel (in dem Beispiel von 2 beträgt dieser 90°). Das Verfahren endet in einem Block 78.
Das in 3 gezeigte Verfahren ist dabei als Computerprogramm auf einem Speicher der Steuer- und Regeleinrichtung 64 abgespeichert.

Claims

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 von 360 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.