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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren, einem Computerprogramm, einem elektronischen Speichermedium und eines elektronischen Steuergeräts zur Steuerung einer Brennkraftmaschine. Aus der
DE 10 2013 223 489 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt. In dem dort beschriebenen Verfahren wird ein Einspritzvorgang in wenigstens drei Teileinspritzungen aufgeteilt. Verschiedene Parameter werden dabei so gewählt, dass die Geräuschemission möglichst gering ist. Als Parameter werden dabei der Abstand der einzelnen Teileinspritzungen, die Aufteilung der Einspritzmengen auf die einzelnen Teileinspritzungen entsprechend vorgegeben. Dieses Einspritzmuster wird auch als Tannenbaummuster bezeichnet.
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Bei modernen Brennkraftmaschinen werden in Abhängigkeit der Last und der Drehzahl der Brennkraftmaschine unterschiedliche Einspritzmuster verwendet. So wird beispielsweise im Teillastbereich das sogenannte „Tannenbaumeinspritzmuster“ verwendet. Diese bietet Vorteile hinsichtlich der Reduktion von Verbrennungsgeräuschen. Im Folgenden wird das Verbrennungsgeräusch nur als Geräusch bezeichnet. Zu höheren Lasten ändert sich das Einspritzmuster hin zu Boot- oder Blockeinspritzungen. Die Verbrennungsgeräusche spielen hier eine untergeordnete Rolle, da Fahrgeräusche überwiegen. Die Blockeinspritzung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff im Wesentlichen mit einem Einspritzvorgang den Brennräumen zugeführt wird. Gegebenenfalls sind eine oder mehrere Voreinspritzungen und Nacheinspritzungen vorgesehen. Die Haupteinspritzung erfolgt dagegen in einer Einspritzung. Bei der Booteinspritzung wird zu Beginn der Einspritzung eine kleinere Einspritzrate gewählt. Das heißt es wird eine kleinere Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit bzw. Winkeleinheit eingespritzt. Bei der Tannenbaumeinspritzung wird die Haupteinspritzung in zahlreiche, in der Regel 3 oder mehr, Teileinspritzungen aufgeteilt, Wobei diese von der Nacheinspritzung und/oder der Voreinspritzung nur schwer zu unterscheiden sind.
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Jede Aufteilung der Einspritzmenge in weitere Einspritztypen bedeutet weitere Lade- und Entlade-Vorgänge von Piezo-Aktoren und damit eine erhöhte Verlustleistung des Steuergerätes. Deshalb ist üblicherweise vorgesehen, dass bestimmte Einspritzmuster, wie dass Tannenbaummuster, nicht in allen Betriebszuständen verwendet wird. Vorzugsweise wird das Tannenbaummuster nur dort verwendet, wo es sinnvoll ist. Dies ist insbesondere bei kleinen Lasten und/oder bei kleinen Drehzahlen der Fall.
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Dies bedeutet abhängig vom Betriebszustand muss zwischen Einspritzmustern umgeschaltet werden. Diese Umschaltungen haben zur Folge, dass teilweise sprunghafte Änderungen der Geräuschemissionen auftreten. Solche Änderungen bei Umschaltung der Einspritzmuster bei geringfügigen Änderungen des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors können vom Fahrer als störend empfunden und möglicherweise als Fehler interpretiert werden.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät anbaufähigen Computerprogramms, insbesondere Sourcecode mit Compilier- und/oder Verlinkungsanweisungen, wobei der Programmcode das Computerprogramm zur Ausführung aller Schritte eines der beschriebenen Verfahren ergibt, wenn er gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt werden, also insbesondere kompiliert und/oder verlinkt werden. Dieser Programmcode kann insbesondere durch Quellcode gegeben sein, welche beispielsweise von einem Server im Internet herunterladbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren, mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass solche akustisch wahrnehmbaren Umschaltungen von Einspritzmustern vermieden werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand mit einem ersten Einspritzmuster und in einem zweiten Betriebszustand mit einem zweiten Einspritzmuster betrieben. Beim Übergang von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand wird wenigstens ein Parameter der Einspritzmuster so gewählt wird, dass die Geräuschemission konstant bleibt. Beim Übergang zum Einspritzmuster mit höherem Geräusch werden erst die Parameter des ersten Einspritzmusters verändert und dann wird umgeschaltet. Beim Übergang zum Einspritzmuster mit niederem Geräusch wird zuerst umgeschaltet und dann werden die Parameter des zweiten Einspritzmusters verändert.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in Betriebszuständen mit hohen Geräuschemissionen umgeschaltet, ohne dass die Parameter der Einspritzmuster angepasst werden. In solchen Betriebszuständen sind die Änderungen der Geräuschemissionen für den Fahrer nicht spürbar und ein schnelles Umschalten ist möglich.
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Besonders vorteilhaft, wenn als Betriebszustand die Last der Brennkraftmaschine oder der Fahrerwunsch verwendet werden.
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Ferner ist es besonders vorteilhaft ist es, wenn die Umschaltung momentneutral erfolgt. Dadurch wird ein ungewollter Ruck der vom Fahrer spürbar ist vermieden.
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Kern der Erfindung ist die Umschaltung von Einspritzmustern indem die Ansteuerbeginne und/oder Einspritzdauern der Einspritztypen des potentiell akustisch besseren Einspritzmusters Momentneutral so variiert werden, das es zu einem gleitenden akustischen Übergang kommt.
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Bei der Umschaltung vom prinzipiell akustisch schlechteren zum prinzipiell akustisch besseren Einspritzmuster werden im ersten Schritt die Parameter, wie Ansteuerbeginne und/oder Einspritzdauern der Einspritztypen, des prinzipiell akustisch besseren Einspritzmusters so eingestellt, dass es zu einem nahezu akustikneutralen Umschalten der prinzipiellen Muster kommt. Erst dann werden mit jedem weiteren Arbeitszyklus die Parameter des prinzipiell akustisch besseren Einspritzmusters hin zu besseren Geräuschemissionen schrittweise momentneutral so verändert bis der akustische Zielzustand des Einspritzmusters für den jeweiligen Lastpunkt des Verbrennungsmotors erreicht ist.
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Bei der Umschaltung vom prinzipiell akustisch besseren zum prinzipiell akustisch schlechteren Einspritzmuster werden die Parameter des prinzipiell akustisch besseren Einspritzmusters mit jedem weiteren Arbeitszyklus hin zu einer schlechteren Geräuschemission schrittweise momentneutral verändert bis der akustische Zustand des Einspritzmusters für das akustisch schlechtere Einspritzmuster für den jeweiligen Lastpunkt des Verbrennungsmotors erreicht ist und dann erst auf das prinzipiell akustisch schlechtere Einspritzmuster umgeschaltet.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine und
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2 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist mit 100 eine Steuereinheit bezeichnet. Diese beaufschlagen verschiedene Injektoren 110 einer Brennkraftmaschine mit Ansteuersignalen. Sensoren 120 liefern Signale, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren an die Steuerung 100. Ferner ist die Steuerung mit einem Kennfeld 140 und einem Akustikmusterkennfeld 144 verbunden.
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In dem Kennfeld 140 sind zu realisierenden Einspritzmustern in Abhängigkeit des Betriebszustandes abgelegt. Dabei ist das Kennfeld 140 in verschiedene Bereiche, in denen unterschiedliche Einspritzmuster verwendet werden, aufgeteilt.
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Üblicherweise besitzt jedes Einspritzmuster ein akustisches Optimum. Die akustischen Optima der verschiedenen Einspritzmuster unterscheiden sich voneinander üblicherweise hörbar. Bei einer harten Umschaltung der Einspritzmuster kommt es zu einer für den Fahrer merklichen plötzlichen akustischen Änderung.
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Mit gleichen Betriebszuständen und Bereichsgrenzen wie das Kennfeld 140 für die Einspritzmuster ist das Akustikmusterkennfeld 144 vorgesehen. Dieses kann in der Applikationsphase des Fahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine vorab bestimmt und im Datensatz der Steuerung 100 abgelegt werden. Im einfachsten Fall handelt es sich um Verbrennungsdruckgradienten, die als Indikator für das Verbrennungsgeräusch dienen können. Ein Verbrennungsdruckgradient ist immer einem Lastpunkt zugeordnet. Weiterführend bzw. alternativ zu den Verbrennungsdruckgradienten sind Schallpegelwerte besonders hörbarer Frequenzen des Verbrennungsmotorgeräusches im jeweiligen Arbeitspunkt denkbar. Weitere Korrekturen in Abhängigkeit von z.B. der Motortemperatur usw. sind möglich.
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Mittels dieses Kennfeldes ist feststellbar wie groß die Änderung in der Geräuschemission ist und ob und wie viele Schritte / Arbeitszyklen für den akustisch gleitenden Übergang notwendig sind.
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Anhand des aktuellen bzw. zukünftigen Betriebszustandes des Verbrennungsmotors lassen sich den Betriebszuständen die prinzipiellen Einspritzmuster zuordnen. Dabei wird das Einspritzmuster für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine, der verlassen wird und derjenige, in den gewechselt wird, ermittelt.
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Liegen aktueller und gewünschter Betriebszustand in Bereichen unterschiedlicher Einspritzmuster und liegen die Änderungen der Akustikmuster über applizierten Schwellen, d.h. diese würden durch den Fahrer deutlich wahrnehmbare sprunghafte akustische Änderungen des Verbrennungsmotorgeräusches auftreten, wird wie im folgenden beschrieben vorgegangen.
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Bei der Umschaltung vom prinzipiell akustisch schlechteren zum prinzipiell akustisch besseren Einspritzmuster werden im ersten Schritt die Ansteuerbeginne und/oder Einspritzdauern der Einspritzungen des prinzipiell akustisch besseren Einspritzmusters so eingestellt, dass es zu einem nahezu akustikneutralen Umschalten der prinzipiellen Muster kommt. Erst dann werden mit jedem weiteren Arbeitszyklus die Ansteuerbeginne und/oder Ansteuerdauern der Einspritzungen des prinzipiell akustisch besseren Einspritzmusters hin zu einer besseren Geräuschemission schrittweise momentneutral verändert bis der akustische Zielzustand des Einspritzmusters für den jeweiligen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine erreicht ist.
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Der Wechsel vom prinzipiell akustisch schlechteren zum prinzipiell akustisch besseren Einspritzmuster kann z.B. bei einem Wechsel von einem Voll-Last- in einen Teil-Last-Betriebspunkt erfolgen. Zum Beispiel wird im Ausgangsbetriebspunkt ein weniger komplexes Einspritzmuster und im Zielbetriebspunkt ein komplexeres Einspritzmuster verwendet.
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Insbesondere das Tannenbaummuster ermöglicht prinzipiell ein größeres Potential zur Brennraumdruckverlaufsformung und damit Reduzierung der Geräuschemissionen als eine Blockeinspritzung oder eine Booteinspritzung.
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Vorzugsweise existieren mehrere momentneutrale aber akustisch unterschiedliche Parameter der jeweiligen Einspritzmusters für den jeweiligen Betriebszustand.
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Die Anzahl der unterschiedlichen Parameter für einen Betriebszustand richtet sich nach der maximal akzeptierten Änderung der Geräuschemissionen von einem Arbeitszyklus zum nächsten und der Änderung der Geräuschemission vom Ausgangsbetriebszustand in den Zielbetriebszustand.
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Um die Geräuschemissionen zu verschlechtern werden vorzugsweise die folgenden Möglichkeiten verwendet:
Vergrößerung des Abstandes zwischen den Teileinspritzungen insbesondere zwischen der Haupteinspritzung und der/den davor liegenden Voreinspritzung/en, Verkürzung der Einspritzpausen zwischen Teileinspritzungen, Abflachung der Öffnungsraten der Voreinspritzung führen bei kleinen Einspritzmengen zu hohem Zündverzug, d.h. die Einspritzmenge wird erst mit der darauffolgenden Einspritzung oder noch später umgesetzt, Verringerung der Ansteuerdauer und damit der eingespritzten Kraftstoffmengen der Voreinspritzungen.
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Die akustisch akzeptable Schrittweite der Ansteuerbeginn- und Ansteuerdaueränderung korreliert mit einer zulässigen maximalen vom Fahrer nicht störend wahrnehmbaren Änderung Geräuschemissionen von einem Arbeitszyklus zum nächsten. Diese wird als Applikationswert in der Steuerung 100 gespeichert.
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Die Anzahl der Schritte ergibt sich aus der akustischen Verschlechterung des Zieleinspritzmusters Tannenbaumprofil geteilt durch die akustisch akzeptable Schrittweite der Ansteuerbeginn- und Ansteuerdauer-Änderungen.
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Bei der Umschaltung vom prinzipiell akustisch besseren zum prinzipiell akustisch schlechteren Einspritzmuster: werden die Ansteuerbeginne und/oder Einspritzdauern der Einspritztypen des prinzipiell akustisch besseren Einspritzmusters mit jedem weiteren Arbeitszyklus hin zu einer schlechteren Geräuschemission schrittweise verändert bis der akustische Zustand des Einspritzmusters für das akustisch schlechtere Einspritzmuster für den jeweiligen Lastpunkt des Verbrennungsmotors erreicht ist und dann erst auf das prinzipiell akustisch schlechtere Einspritzmuster umgeschaltet.
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Um die Geräuschemissionen zu verbessern werden vorzugsweise die folgende Möglichkeiten verwendet: Verkleinern des Abstandes zwischen den Teileinspritzungen insbesondere zwischen der Haupteinspritzung und der/den davor liegenden Voreinspritzung/en, Vergrößern der Einspritzpausen zwischen den Teileinspritzungen, Erhöhen der Öffnungsraten der Voreinspritzung, Vergrößern der Ansteuerdauer und damit der eingespritzten Kraftstoffmengen der Voreinspritzungen führen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei höheren Fahrgeschwindigkeiten sofort auf das neue Einspritzmuster umgeschaltet, da die sprunghafte Änderung der Geräuschemissionen durch die Fahrgeräusche überdeckt wird. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass die Schrittweite, mit der die Parameter geändert werden, bei höheren Fahrgeschwindigkeiten größer gewählt wird.
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In 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt 200 wird aus dem Kennfeld 140 ausgelesen, welches Einspritzmuster für den aktuellen Betriebszustand optimal ist. Die anschließende Abfrage überprüft, ob sich das Einspritzmuster seit dem letzten Programmdurchlauf, bzw. seit dem letzten auslesen des Einspritzmusters, geädert hat. Der Schritt 200 wird in regelmäßigen Zeitabständen oder nach verstreichen eines bestimmten Kurbelwellenwinkels durchgeführt.
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Erkennt der Schritt 210, dass sich das Einspritzmuster geändert hat, so folgt die Abfrage 220. Diese Abfrage überprüft, ob ein Betriebszustand vorliegt, in dem hohe Geräuschemissionen vorliegen. Dies ist beispielsweise bei hohen Fahrgeschwindigkeiten, hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, oder einer hohen Last der Brennkraftmaschine der Fall. Wird ein solcher Betriebszustand erkannt erfolgt sofort Schritt 250 in dem sofort auf das neue Einspritzmuster übergegangen wird.
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Erkennt die Abfrage 220, dass kein solcher Betriebszustand vorliegt, so wird in Schritt 230 aus dem Akustikkennfeld 144 die Geräuschemission der Brennkraftmaschine beim neuen Betriebszustand ausgelesen.
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Die Abfrage 240 überprüft, ob die Geräuschemission beim neuen Betriebszustand höher ist, als beim alten Betriebszustand. Ist dies der Fall, so folgt Schritt 250. In Schritt 250 wird die Schrittweite festgelegt mit denen die Parameter des alten Einspritzmuster geändert werden. Anschließend in Schritt 252 werden die Parameter des alten Einspritzmuster so lange geändert, bis die Geräuschemissionen des alten und neuen Einspritzmusters gleich sind. Ist dies der Fall wird in Schritt 254 auf das neue Einspritzmuster umgeschaltet,
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Erkennt die Abfrage 240, dass die Geräuschemissionen beim neuen Betriebszustand geringer sind, als beim alten Betriebszustand, so folgt Schritt 260. In Schritt 260 werden die Parameter des neuen Betriebszustands so gewählt, dass die Geräuschemissionen bei beiden Betriebszuständen gleich sind. Anschließend in Schritt 262 wird auf das neue Einspritzmuster umgeschaltet. Anschließend in Schritt 264 wird entsprechen wie in Schritt 250 die Schrittweite der Änderung der Parameter ermittelt. Im Anschließenden Schritt 266 werden die Parameter schrittweise so lange verändert, bis die für die Geräuschemission optimalen Parameter vorliegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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