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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung eines Geräuschs
in einem Einlasstrakt einer Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1 sowie eine Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff
von Patentanspruch 6.
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Moderne
Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Personenkraftwagen,
weisen eine gewisse Ventilüberschneidung von Gaswechselventilen
auf. Das bedeutet, dass während eines Arbeitsspiels über
720 Grad Kurbelwinkel (°KW) ein Bereich existiert, in welchem
sowohl Auslassventile zum Ausschieben von Abgas eines Brennraums
der Verbrennungskraftmaschine in einen Auslasstrakt durch einen
Kolben der Verbrennungskraftmaschine als auch Einlassventile der
Verbrennungskraftmaschine zum Ansaugen von Frischluft beziehungsweise
eines unverbrannten Kraftstoff-Luft-Gemisches aus einem Einlasstrakt
der Verbrennungskraftmaschine geöffnet sind. Diese Ventilüberschneidung
kann mehrere Grad Kurbelwinkel, beispielsweise 40°KW, betragen.
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Da
aufgrund dieser mitunter großen Ventilüberschneidung
ein Druck im Brennraum durch das Abgas größer
ist als ein Druck im Einlasskanal, kann es zu einem Überströmen
von Abgas in den Einlasstrakt kommen. In Folge dieses Überströmens
entsteht ein übermäßiges Geräusch
im Einlasstrakt, bei welchem es sich bei Dieselmotoren um einen
Reinlufttrakt handelt, da lediglich Frischluft angesaugt wird, und
bei aufgeladenen Dieselmotoren handelt es sich bei dem Einlasstrakt
um einen Ladelufttrakt, da im Einlasstrakt mittels eines Turboladers
komprimierte Frischluft vorliegt. Dieses Geräusch wird
beispielsweise von Insassen eines Personenkraftwagens mit einer
derartigen Verbrennungskraftmaschine unangenehm wahrgenommen. Daher
ist eine Reduzierung dieses Geräuschs wünschenswert.
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Zudem
kann es bei einer Phasenverstellung einer Auslassnockenwelle der
Verbrennungskraftmaschine in Richtung früh, d. h. dass
ein größerer Betrag an Grad Kurbelwinkel zwischen
einem Öffnen und einem Schließen eines Auslassventils
und einem Erreichen eines oberen Totpunkts eines korrespondierenden
Kolbens eines Zylinders liegt, zu einer Zwischenkompression kommen
und zwar derart, dass bei einer extremen Phasenverstellung in Richtung früh
das Auslassventil geschlossen ist, bevor der obere Totpunkt des
Kolbens erreicht ist und ein zu dem Zylinder korrespondierendes
Einlassventil noch nicht geöffnet ist. Ist also das Auslassventil
vor Erreichen des oberen Totpunkts geschlossen, so wird ein im Zylinder
befindliches Gas verdichtet. Öffnet das Einlassventil im
Bereich dieser Verdichtung, so strömt also das verdichtete
Gas in den Einlasstrakt, wodurch es wiederum zu einem unangenehmen
Geräusch kommt. Daher ist auch eine Reduzierung dieses
Geräuschs wünschenswert.
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Verfahren
und Verbrennungskraftmaschinen zur Geräuschreduzierung
sind hinlänglich bekannt. Die
US-amerikanische Patentschrift 4,796,584 offenbart
ein Einlasssystem einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Mehrzahl
an Zylindern, wobei in einem Einlasstrakt ein oder mehrere zusätzliche
Ventile vorgesehen sind, die entsprechend einer Stellung einer Kurbelwelle
und damit entsprechend Positionen eines Kolbens in einem Brennraum
der Verbrennungskraftmaschine geöffnet und geschlossen
werden, und zwar derart, dass in einem Bereich einer oben beschriebenen
Ventilüberschneidung ein Überströmen
von Gas aus dem Brennraum in den Einlasstrakt und das in Folge dessen
entstehende Geräusch reduziert wird.
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Die
Nachteile dieses Einlasssystems liegen darin, dass zum einen zumindest
ein zusätzliches Ventil nötig ist, was ein Gewicht
der Verbrennungskraftmaschine und damit einen Kraftstoffverbrauch und
CO2-Emissionen derselbigen ansteigen lässt. Zum
anderen erfordert dieses zumindest eine zusätzliche Ventil
zusätzliche Verstell- und Steuerungseinrichtungen, welche
ebenso das Gewicht der Verbrennungskraftmaschine ansteigen lassen
mit den genannten damit verbundenen Nachteilen, welche aber auch
einen Steuerungs- beziehungsweise Regelungsaufwand erhöhen,
wodurch Kosten für ein derartiges Einlasssystem ansteigen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der
eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass eine Reduzierung
eines Geräuschs in Folge eines Überströmens
von Abgas in einen Einlasstrakt einer Verbrennungskraftmaschine
auf unaufwendige Weise realisiert ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben.
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Bei
einem solchen Verfahren zur Reduzierung eines Geräuschs
in einem Einlasstrakt einer Verbrennungskraftmaschine, wird zumindest
eine ein Volumenstrom eines Gases beeinflussende Verstelleinrichtung
bei einem Öffnen zumindest eines Gaswechselventils insbesondere
eines Einlassventils, der Verbrennungskraftmaschine geöffnet
oder geschlossen, wobei erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dass lediglich zumindest eine Drosselklappe der Verbrennungskraftmaschine
bei dem Öffnen des zumindest einen Gaswechselventils geöffnet
oder geschlossen wird. Dies bedeutet also, dass bei einem Öffnen
beispielsweise des Einlassventils der Verbrennungskraftmaschine
beispielsweise während einer Ventilüberschneidung
von Gaswechselventilen oder bei einer eingangs genannten Zwischenkompression
ein Überströmen von Abgas aus einem Brennraum
der Verbrennungskraftmaschine in den Einlasstrakt derselbigen dadurch
verhindert wird, dass die zumindest eine Drosselklappe der Verbrennungskraftmaschine
geschlossen wird, wodurch eine Androsselung im Einlasstrakt erreicht
wird. Durch diese Androsselung wird zwar ein Überströmen
des Abgases nicht notwendigerweise vollständig vermieden,
allerdings bewirkt diese Androsselung eine Abdämpfung des
in Folge des Überströmens entstehenden Geräuschs.
Je weiter die Drosselklappe geschlossen wird, desto höher
ist die Abdämpfung des Geräuschs, also desto leiser
wird es, was mit einer Komfortsteigerung für Insassen eines
Personenkraftwagens mit einer derartigen Verbrennungskraftmaschine
einhergeht.
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Weiter
bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil,
dass dadurch, dass lediglich die Drosselklappe zum Abdämpfen
und damit zur Reduzierung des Geräuschs verwendet wird,
den Vorteil, dass zusätzliche Ventileinrichtungen und damit
zusammenhängende zusätzliche Verstelleinrichtungen und/oder
Steuerungs- beziehungsweise Regelungsalgorithmen vermieden sind.
Damit wirkt sich das erfindungsgemäße Verfahren
in keiner Weise auf ein Gewicht der Verbrennungskraftmaschine negativ aus,
wodurch also ein Kraftstoffverbrauch derselbigen und damit auch
CO2-Emissionen nicht ansteigen und gering
bleiben. Der gegebenenfalls zusätzliche Steuerung- beziehungsweise
Regelungsaufwand, der nötig ist, um das erfindungsgemäße
Verfahren beispielsweise mittels einer Steuerungseinrichtung durchzuführen,
ist ebenfalls als äußerst gering einzuschätzen,
wodurch auch Kosten für das Verfahren als gering zu beziffern
sind. Damit werden auch Gesamtkosten der Verbrennungskraftmaschine
in Grenzen gehalten, was insbesondere einem Käufer des
Personenkraftwagens mit einer derartigen Verbrennungskraftmaschine
zugute kommt.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
die Drosselklappe in Abhängigkeit einer variablen Phasenverstellung
zumindest einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine geöffnet oder
geschlossen. Dies birgt den Vorteil, dass dadurch ein Schließen
beziehungsweise ein Öffnen der Drosselklappe und damit
eine Abdämpfung des in Folge des Überströmens
von Abgas vom Brennraum in den Einlasstrakt entstehenden Geräuschs
Gegebenheiten einer variablen Phasenverstellung folgen kann. Dies
ist insofern vorteilbehaftet, als dass das beschriebene Geräusch
bei zunehmender Phasenverstellung beispielsweise einer Auslassnockenwelle der
Verbrennungskraftmaschine zunimmt, da die beschriebene Zwischenkompression
umso stärker ist, je weiter die Auslassnockenwelle in Richtung
früh verstellt wird, wodurch das Geräusch in seiner
Lautstärke zunimmt.
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Eine
Verstellung der Auslassnockenwelle in Richtung früh bedeutet
dabei, dass je weiter die Auslassnockenwelle Richtung früh
verstellt wird, desto höher ist ein Betrag and Grad Kurbelwinkel,
der zwischen einem öffnen bzw. einem Schließen
eines zu der Auslassnockenwelle korrespondierenden Auslassventils
und einem oberen Totpunkt eines korrespondierenden Kolbens in einem
Zylinder der Verbrennungskraftmaschine liegt. Die zunehmende Phasenverstellung
bezieht sich somit auf eine Verstellung der Auslassnockenwelle in
Richtung früh. Eine abnehmende Phasenverstellung bedeutet
dementsprechend dass zu dem Gesagten umgekehrte. Für eine
Einlassnockenwelle der Verbrennungskraftmaschine gilt das bezüglich
der Auslassnockenwelle Gesagte analog.
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Dabei
kann ebenso vorgesehen sein, dass zwischen Einlassventil und Auslassventil
der Verbrennungskraftmaschine eine Ventilüberschneidung vorliegt,
welche durch eine Phasenverstellung der Einlassnockenwelle bzw.
der Auslassnockenwelle verschoben wird, wodurch also auch eine variable Ventilüberschneidung
gegeben ist. Durch die erfindungsgemäße Ausführungsform
ist es also ermöglicht, auf durch ein Verschieben der Ventilüberschneidung
bzw. durch eine Phasenverstellung einer Nockenwelle unterschiedliches Überströmen
des Abgases über Einlassventile in den Einlasstrakt entgegen einer
eigentlichen Strömungsrichtung des Abgases zu reagieren
und somit bei allen möglichen Ventilüberschneidungen
das Geräusch zu vermeiden beziehungsweise zu minimieren,
auch dann, wenn keine Ventilüberschneidung vorliegt und
eine Zwischenkompression des Abgases geschieht.
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Dabei
ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
vorgesehen, dass die Drosselklappe bei zunehmender Phasenverstellung
stärker geschlossen wird und bei abnehmender Phasenverstellung
weniger stark geschlossen wird.
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Das
bedeutet also, dass, wie beschrieben, bei zunehmender Phasenverstellung
beispielsweise eine stärkere Zwischenkompression erfolgt,
die in einem lauteren Geräusch resultiert. Wird in Abhängigkeit
eines Betriebspunkts der Verbrennungskraftmaschine also die Phasenverstellung,
welche beispielsweise bis zu 60 Grad Kurbelwinkel vor OT (oberer Totpunkt)
eingestellt werden kann, auf ein Maximum eingestellt, und wird die
Phasenverstellung dann in Abhängigkeit eines neuen Betriebspunktes
etwas zurückgenommen, so wird die zur Vermeidung des Geräuschs
in Folge der Zwischenkompression stark geschlossene Drosselklappe
wieder geöffnet, da die Androsselung des Einlasstrakts
bei abnehmender Phasenverstellung nicht mehr so stark erfolgen muss,
da, wie beschrieben, auch das Geräusch in Folge der geringeren
Zwischenkompression nicht mehr so laut ausfällt.
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An
dieser Stelle sei angemerkt, dass die Ventilüberschneidung
sowohl durch eine Phasenverstellung einer Einlassnockenwelle und
durch eine Phasenverstellung einer Auslassnockenwelle eingestellt
werden kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass entweder nur
eine Phasenverstellung der Einlassnockenwelle oder nur eine Phasenverstellung der
Auslassnockenwelle vorgesehen ist. Ist nur eine Nockenwelle in ihrer
Phase verstellbar, so birgt dies den Vorteil, dass damit ein Aufwand
zur Steuerung beziehungsweise Regelung der Phasenverstellung und
eine Teileanzahl reduziert ist.
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Dabei
ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
vorgesehen, dass die Drosselklappe in Abhängigkeit der
Phasenverstellung der Auslassnockenwelle der Verbrennungskraftmaschine
geöffnet oder geschlossen wird. Insbesondere die Auslassnockenwelle
birgt ein großes Potential zur einfachen und unaufwendigen
Realisierung der Ventilüberschneidung, die beispielsweise
in einem Bereich von 0 bis 40 Grad Kurbelwinkel eingestellt werden
kann, da insbesondere mittels der Auslassnockenwelle eine sehr gute
Spülung und Frischluft beziehungsweise Frischgasversorgung
des Brennraums der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist. Wird
also die Drosselklappe in Abhängigkeit der Phasenverstellung
der Auslassnockenwelle geöffnet oder geschlossen, so ist
für diese Ausführungsform der Erfindung eine Minimierung
des Geräuschs in Folge des Überströmens
des Abgases vom Brennraum in den Einlasstrakt erreicht.
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In
diesem Zusammenhang wird die Drosselklappe mit zunehmender Phasenverstellung
der Auslassnockenwelle weiter geschlossen, da eine zunehmende Phasenverstellung
der Auslassnockenwelle eine zunehmende Ventilüberschneidung
von Einlass- und Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine bedeutet,
was wie beschrieben das Geräusch in Folge des Überströmens
des Abgases vom Brennraum der Verbrennungskraftmaschine in den Einlasstrakt derselbigen
erhöhen würde. Dementsprechend ist es nötig,
bei einer zunehmenden Phasenverstellung der Auslassnockenwelle die
Drosselklappe auch weiter zu schließen, um eine stärkere
Androsselung des Einlasstrakts und damit eine stärkere
Abdämpfung des Geräuschs zu erreichen, womit eine
geringere Geräuschbelastung für Insassen des Personenkraftwagens
mit einer derartigen Verbrennungskraftmaschine, bei der ein derartiges
Verfahren zum Einsatz kommt, herabgesetzt ist. Dies bedeutet insbesondere
auf langen Reisen eine beträchtliche Komfortsteigerung.
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Wird
die Drosselklappe umso stärker geschlossen, je weiter die
Auslassnockenwelle in Richtung früh verstellt wird bei
konstant gehaltenen Steuerzeit der Einlassnockenwelle, so ergibt
sich daraus der Vorteil, dass ein bei zunehmender Phasenverstellung
der Auslassnockenwelle in der beschriebenen Art und Weise zunehmendes,
d. h. lauter werdendes Geräusch durch die Drosselklappe
umso stärker reduziert werden kann, je weiter die Drosselklappe
geschlossen wird. Daraus resultiert eine weitere beträchtliche
Komfortsteigerung für die Insassen des Personenkraftwagens
mit einer derartigen Verbrennungskraftmaschine.
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Eine
erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine mit
einem Einlasstrakt mit zumindest einer einen Volumenstrom eines
Gases beeinflussenden Verstelleinrichtung, welcher eine Steuerungseinrichtung
zugeordnet ist, mittels welcher die Verstelleinrichtung bei einem Öffnen
zumindest eines Gaswechselventils insbesondere eines Einlassventils
der Verbrennungskraftmaschine öffenbar oder schließbar
ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Verstelleinrichtung als
Drosselklappe der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Wie
schon im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren beschrieben, sind dadurch zusätzliche Aufwendungen beispielsweise
in Form von zusätzlichen Ventilen, zusätzlichen
Verstelleinrichtungen und zusätzlichen Steuerung- beziehungsweise
Regelungsvorgängen, vermeidbar. Einerseits ist damit ein
geringes Gewicht der Verbrennungskraftmaschine erreicht, was in
einem geringeren Kraftstoffverbrauch und damit im geringeren CO2-Emissionen resultiert. Zum anderen sind
auch Kosten für die Verbrennungskraftmaschine gering gehalten.
Ein weiterer, den Kostenaspekt betreffender Vorteil ist der, dass
insbesondere bei einer Montage der Verbrennungskraftmaschine zusätzliche
Montageschritte vermeidbar sind, was mit geringen Montagekosten
und damit mit geringen Gesamtkosten der Verbrennungskraftmaschine
einhergeht.
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Gleichzeitig
ist durch die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine
eine Reduzierung eines Geräuschs in Folge von Überströmen
eines Abgas der Verbrennungskraftmaschine aus einem Brennraum in
den Einlasstrakt derselbigen vermeidbar, und zwar derart, dass mittels
der Schließung der Drosselklappe der Einlasstrakt androsselbar
ist, wodurch das Geräusch abgedämpft, das heißt
in seiner Lautstärke reduziert ist, was eine Komfortsteigerung
für Insassen eines Personenkraftwagens mit einer derartigen
Verbrennungskraftmaschine bedeutet.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist mittels der Steuereinrichtung die Drosselklappe in Abhängigkeit
einer variablen Phasenverstellung zumindest einer Nockenwelle der
Verbrennungskraftmaschine offenbar oder schließbar. Bei
zunehmender Phasenverstellung beispielsweise einer Auslassnockenwelle
nimmt auch die Lautstärke des beschriebenen Geräuschs
weiter zu, was eine Anpassung der Schließung beziehungsweise
der Öffnung der Drosselklappe an die variable Phasenverstellung
nötig macht. Bei dieser Ausführungsform ist es
somit möglich, auch bei einer variablen Phasenverstellung,
die mal stärker und mal weniger stark ausgeprägt
sein kann, eine Minimierung des Geräuschs in Folge des Überströmens
des Abgases in den Einlasstrakt und damit eine Komfortsteigerung
für die Insassen des Personenkraftwagens auf unaufwendige
Weise darzustellen.
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Idealer
Weise ist mittels der Steuereinrichtung das zuvor beschriebene erfindungsgemäße
Verfahren durchführbar, womit alle in diesem Zusammenhang
beschriebenen Vorteile erreichbar sind.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten
Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der
Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten
Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die
Zeichnung zeigt in der Figur ein Flussdiagramm eines Verfahrens
zur Reduzierung eines Geräuschs in einem Einlasstrakt einer
Verbrennungskraftmaschine.
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Die
Figur zeigt ein Verfahren 10 zur Reduzierung eines Geräuschs
in einem Einlasstrakt einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem
eine Drosselklappe der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit
einer variablen Phasenverstellung einer Auslassnockenwelle der Verbrennungskraftmaschine
geöffnet oder geschlossen wird. Ein derartiges Verfahren
kann dabei beispielsweise bei einem aufgeladenen Vier-Takt-Dieselmotor
mit Nockenwellen-Phasenverstellung und einer Abgasrückführung
eingesetzt werden.
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Bei
dem Verfahren 10 wird in Schritt 12 die augenblicklich
eingestellte Phase der Auslassnockenwelle der Verbrennungskraftmaschine
ermittelt, die entsprechend einem aktuell anliegendem, beispielsweise
durch einen Fahrer eines Personenkraftwagens mit einer genannten
Verbrennungskraftmaschine vorgegebenem Betriebspunkt, eingestellt
ist zur Realisierung eines optimalen Verhältnisses aus abgefragter
Leistung und Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine.
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Gleichzeitig
wird in Schritt 14 beispielsweise mittels eines Inkrementalgebers
eine Position einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine erfasst, da
ein Schließen der Drosselklappe zur Reduzierung des Geräuschs
im Bereich eines Ausschiebens von Abgas aus Brennräumen
der Verbrennungskraftmaschine erfolgt. Dazu muss die aktuelle Position
der Kurbelwelle und damit eine Position von Kolben der Verbrennungskraftmaschine,
die das Ausschieben bewirken, bekannt sein, und damit auch auf ein Öffnen
von Einlassventilen der Verbrennungskraftmaschine zu schließen.
In Abhängigkeit der erfassten Werte wird in Schritt 16 aus
einem Kennfeld eine Drosselklappenstellung ausgelesen, bei welcher
eine Minimierung des Geräuschs in Folge eines Überströmens
eines Abgases der Verbrennungskraftmaschine in einen Einlasstrakt
derselbigen erreicht ist. Durch Schließen der Drosselklappe
bei einem Öffnen der Einlassventile der Verbrennungskraftmaschine wird
somit der Einlasstrakt der Verbrennungskraftmaschine angedrosselt,
womit eine Abdämpfung des Geräuschs und damit
die beschriebene Reduzierung desselbigen erreicht ist. Ist die Stellung
der Drosselklappe aus dem Kennfeld ausgelesen, so wird dieser Wert
in Schritt 18 in Stellsignale für die Drosselklappe beispielsweise
in Form eines gewissen Stroms zum Betätigen eines Stellmotors
der Drosselklappe umgesetzt und in Schritt 20 schließlich
die ausgelesene Stellung der Drosselklappe eingestellt.
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Durch
dieses Verfahren ist somit eine Geräuschminimierung ohne
zusätzliche Ventile oder anderweitige Einrichtungen, wie
beispielsweise ein Resonator erreicht, was sowohl Kosten für
ein derartiges Verfahren als auch ein Gewicht der Verbrennungskraftmaschine
durch den Entfall von zusätzlichen Bauteilen ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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