-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Geräuschgestaltung bei einer Verbrennungskraftmaschine, welche einen Abgasturbolader mit einem Verdichter und mit einer zwischen einer ausgefahrenen und einer eingefahrenen Position verstellbare Leitschaufeln aufweisenden Turbine aufweist, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
-
Aus dem Stand der Technik sind die verschiedensten Vorrichtungen und Verfahren zur Geräuschgestaltung bei Verbrennungskraftmaschinen bekannt, die dazu dienen sollen, das von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Geräusch zu emotionalisieren. Insbesondere bei sportlichen Kraftfahrzeugen werden von den Herstellern häufig Abgasanlagen angeboten, bei denen ein Teil des Volumens des in der Abgasanlage angeordneten Schalldämpfers mittels einer schaltbaren Abgasklappe umgangen wird, wodurch sich eine geringere Schalldämpfung, eine Reduzierung des Gegendrucks und eine Verbesserung des Geräuschverhaltens der Verbrennungskraftmaschine ergeben. Eine solche Erhöhung des Schalldrucks ist insbesondere bei Saugmotoren, also bei Motoren, welche keinen Abgasturbolader aufweisen, effektiv.
-
Im Gegensatz dazu ist bei Verbrennungskraftmaschinen, welche einen Abgasturbolader aufweisen, das Potenzial für eine Verbesserung des Geräuschverhaltenes mit Hilfe einer solchen Klappenabgasanlage sehr gering, da mit Abgasturboladern ausgestattete Verbrennungskraftmaschinen aufgrund der starken Geräuschdämpfung der in der Abgasleitung angeordneten Turbine üblicherweise kleiner dimensionierte Schalldämpfer als Saugmotoren aufweisen. Dadurch steht beim Einsatz einer solchen Klappenabgasanlage erheblich weniger Schalldämpfervolumen zur Verfügung, welches durch das Öffnen der Abgasklappe umgangen werden kann. Insbesondere bei Turbinen, welche zwischen einer ausgefahrenen und einer eingefahrenen Position verstellbare Leitschaufeln aufweisen, die eine variable Turbinengeometrie (VTG) ermöglichen, ist das beschriebene Problem besonders ausgeprägt, da diese Leitschaufeln den Schalldruck sehr stark dämpfen. Aus diesem Grund birgt eine aus dem Stand der Technik bekannte Klappenabgasanlage mit in Strömungsrichtung des Abgases nach der Turbine angeordneten Abgasklappen nahezu kein Potenzial hinsichtlich einer Verbesserung des Geräuschverhaltenes der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere wenn sich die Leitschaufeln in ihrer eingefahrenen bzw. geschlossenen Position befinden.
-
Die beschriebenen Leitschaufeln verändern das Anströmverhalten der Turbine und stellen somit das Regelglied der mit dem in der Ansaugleitung angeordneten Verdichter durchgeführten Ladedruckregelung dar. Hierbei ergibt sich ein Zielkonflikt zwischen der Erhöhung des Ladedrucks und der Verbesserung des Geräuschverhaltens der Verbrennungskraftmaschine, da die Leitschaufeln bei mittleren Lasten in ihre eingefahrene bzw. geschlossene Position bewegt werden, um die Turbine schnell auf Drehzahl bringen zu können.
-
In der
DE 10 2005 056 011 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader beschrieben, bei welchem die Turbine einen mit einer ersten Abgasflut verbundenen Abströmausgang und einen mit einer zweiten Abgasflut verbundenen Wastegate-Ausgang aufweist. Das Wastegate kann dabei als schaltbare Abgasklappe verwendet werden, um die von der Brennkraftmaschine erzeugten Geräusche zu beeinflussen.
-
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Geräuschgestaltung bei einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, welches auch bei Verbrennungskraftmaschinen, die einen Abgasturbolader mit einer verstellbare Leitschaufeln aufweisenden Turbine aufweist, insbesondere im Bereich niedriger Lasten eine Verbesserung des Geräuschverhaltens in Richtung eines sportlicheren Abgasgeräuschs ermöglicht.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also, entgegen der üblichen Vorgehensweise, bei einer niedrigen von der Verbrennungskraftmaschine angeforderten Last die Leitschaufeln in Richtung ihrer ausgefahrenen Position bewegt, wodurch diese eine geringere Schalldämpfung als in ihrer eingefahrenen Position erzeugen, so dass letztendlich ein verbessertes Geräuschverhalten der Verbrennungskraftmaschine gegeben ist. Zwar wird dabei der Ladedruck verringert, dies ist jedoch bei geringen von der Verbrennungskraftmaschine angeforderten Lasten unerheblich, da in diesem Fall der Fahrerwunsch im Hinblick auf die Dynamik dennoch erfüllt werden kann. Erfindungsgemäß wird also die Tatsache, dass im unteren Teillastbereich die der Turbine durch das Abgas zur Verfügung gestellte Energie zu gering ist, um einen hohen Ladedruck zu erzeugen, zur Verbesserung des Geräuschverhaltens der Verbrennungskraftmaschine verwendet. Auf diese Weise kann der Schalldruck abhängig von der an der Verbrennungskraftmaschine anliegenden Last und der Drehzahl derselben gezielt beeinflusst werden.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, dass die Leitschaufeln in Richtung ihrer ausgefahrenen Position bewegt werden, wenn der Druck in einer zu der Verbrennungskraftmaschine führenden Ansaugleitung kleiner als ein Umgebungsdruck ist. Dies stellt eine einfache Festlegung dar, um den Zeitpunkt zu bestimmen, wann die Leitschaufeln zur Erhöhung des Abgasgeräuschs in Richtung ihrer ausgefahrenen Position bewegt werden.
-
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Steuerung der Bewegung der Leitschaufeln in Abhängigkeit eines Motorkennfelds durchgeführt wird. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr einfache Steuerung der Leitschaufeln über die Drehzahl und die an der Verbrennungskraftmaschine anliegende Last zur Beeinflussung des Geräuschverhaltens der Verbrennungskraftmaschine.
-
Um von außen die Geräuschgestaltung der Verbrennungskraftmaschine beeinflussen und beispielsweise einem Fahrerwunsch anpassen zu können, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Leitschaufeln über eine Steuereinrichtung angesteuert werden, wobei die Steuereinrichtung zur Bewegung der Leitschaufeln in Richtung ihrer ausgefahrenen Position in einen Akustikmodus umgeschaltet wird.
-
Des weiteren kann vorgesehen sein, dass in einem Bereich von Resonanzfrequenzen der Verbrennungskraftmaschine und/oder eines mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeugs die Leitschaufeln in Richtung ihrer eingefahrenen Position bewegt werden. Dadurch können ansonsten auftretende Brummgeräusche oder ähnliche Resonanzeffekte, die bei bestimmten Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine auftreten könnten, zuverlässig vermieden werden.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann; und
- 2 eine schematische Darstellung eines Abgasturboladers der Verbrennungskraftmaschine aus 1.
-
1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 1, zu welcher eine Ansaugleitung 2 führt. Die bei den Verbrennungsprozessen innerhalb der Verbrennungskraftmaschine 1 erzeugten Abgase werden mittels einer Abgasleitung 3 von derselben abgeführt. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist einen Turbolader 4 auf, welcher wiederum eine in der Abgasleitung 3 angeordnete Turbine 5 und einen in der Ansaugleitung 2 angeordneten Verdichter 6 aufweist, welche mittels einer Welle 7 miteinander verbunden sind. Die Turbine 5 wird in an sich bekannter Weise durch das die Abgasleitung 3 durchströmende Abgas angetrieben und treibt über die Welle 7 den Verdichter 6 an, der durch seine Rotation die über die Ansaugleitung 2 der Verbrennungskraftmaschine 1 zugeführte Luft verdichtet. Auf die Darstellung von in der Abgasleitung 3 enthaltenen Schalldämpfern und/oder Katalysatoren wurde in 1 verzichtet.
-
In 2 ist der Abgasturbolader 4 der Verbrennungskraftmaschine 1 näher dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass die Turbine 5 in ebenfalls an sich bekannter Weise Leitschaufeln 8 aufweist, die zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Position kontinuierlich verstellt werden können. Der Abgasturbolader 4 weist also eine variable Turbinengeometrie auf. In 2 sind die Leitschaufeln 8, die auch als Luftleitschaufeln oder als VTG-Schaufeln bezeichnet werden, in ihrer zumindest annähernd vollständig ausgefahrenen Position dargestellt. Mittels der Leitschaufeln 8 kann in an sich bekannter Weise die Bewegungsrichtung des Abgases, also die Anströmung der Turbine 5 durch das Abgas, beeinflusst werden. Um bei einer hohen von der Verbrennungskraftmaschine 1 angeforderten Last den Ladedruck, also den in der Ansaugleitung 2 herrschenden und der Verbrennungskraftmaschine 1 zugeführten Druck, zu erhöhen, werden die Leitschaufeln 8 in Richtung ihrer eingefahrenen Position bewegt. Da diese Position der Leitschaufeln 8 an sich bekannt ist, ist sie in den Figuren nicht dargestellt.
-
Um das Geräuschverhalten der Verbrennungskraftmaschine 1 zu verbessern, werden bei einer niedrigen von der Verbrennungskraftmaschine 1 angeforderten Last die Leitschaufeln 8 in Richtung ihrer ausgefahrenen Position bewegt, um auf diese Weise das von der Verbrennungskraftmaschine 1 erzeugte Abgasgeräusch zu erhöhen, d. h. um ein lauteres Abgasgeräusch zu erzielen. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Leitschaufeln 8 in ihrer ausgefahrenen Position eine geringere Geräuschdämpfung erzeugen als in ihrer eingefahrenen Position. Durch die geringere Geräuschdämpfung der Leitschaufeln 8 in ihrer ausgefahrenen Position erzeugt die Verbrennungskraftmaschine 1 bei der Durchführung eines solchen Verfahrens ein lauteres Abgasgeräusch.
-
Das Umschalten der Leitschaufeln 8, um dieselben in Richtung ihrer ausgefahrenen Position zu bewegen, kann beispielsweise in Abhängigkeit eines in der Ansaugleitung 2 herrschenden Drucks durchgeführt werden, wobei die Leitschaufeln 8 in Richtung ihrer ausgefahrenen Position bewegt werden, wenn der Druck in der Ansaugleitung 2 kleiner als der Umgebungsdruck ist. In diesem Zusammenhang können zur Messung des Drucks in der Ansaugleitung 2 entsprechende, nicht dargestellte Sensoren eingesetzt werden. Diese Sensoren können mit einer Steuereinrichtung 9 verbunden sein, welche zumindest mit der Turbine 5 des Abgasturboladers 4 der Verbrennungskraftmaschine 1 verbunden ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Steuereinrichtung 9 um ein Motorsteuergerät, welches bei Verbrennungskraftmaschinen 1 üblicherweise bereits vorhanden ist.
-
Die Steuereinrichtung 9 kann des weiteren dazu eingesetzt werden, die Verbrennungskraftmaschine 1 von außen, also beispielsweise von einem Fahrer, in einen sogenannten Akustikmodus umzuschalten, in welchem das oben beschriebene Verfahren durchgeführt wird, gemäß dem die Leitschaufeln 8 in Richtung ihrer ausgefahrenen Position bewegt werden, wenn von der Verbrennungskraftmaschine 1 eine niedrige Last angefordert wird. Andererseits wird, wenn die Steuereinrichtung 9 von außen nicht in diesen Akustikmodus umgeschaltet wird, das oben beschriebene Verfahren zur Geräuschgestaltung bei der Verbrennungskraftmaschine 1 nicht durchgeführt. Wird also der Akustikmodus nicht eingestellt, so werden die Leitschaufeln 8 auch in einem Zustand, in dem von der Verbrennungskraftmaschine 1 eine relativ geringe Last angefordert wird, in ihren eingefahrenen bzw. geschlossenen Zustand bewegt.
-
Der Akustikmodus kann auch als Sportmodus bezeichnet und gegebenenfalls mit weiteren Änderungen der Einstellungen der Verbrennungskraftmaschine 1 einhergehen, beispielsweise des Ansprechens der Bremse oder des Fahrpedals bzw. der Einstellung von Dämpfern des Kraftfahrzeugs. Das Soundkennfeld kann Teil eines in der Steuereinrichtung 9 hinterlegten Motorkennfelds sein.
-
Zusätzlich kann die Steuerung der Bewegung der Leitschaufeln 8 auch in Abhängigkeit eines Motorkennfelds, welches beispielsweise in der Steuereinrichtung 9 hinterlegt sein kann, durchgeführt werden. Dabei kann die Steuereinrichtung 9 in Abhängigkeit der Auslegung der Verbrennungskraftmaschine 1 bzw. des mit der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs über das Motorkennfeld auf die geeignete Art und Weise angesteuert werden.
-
Selbst wenn das beschriebene Verfahren zur Geräuschgestaltung bei der Verbrennungskraftmaschine 1 durchgeführt wird, kann in einem Bereich von Resonanzfrequenzen der Verbrennungskraftmaschine 1 und/oder eines mit der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs vorgesehen sein, dass die Leitschaufeln 8 in Richtung ihrer eingefahrenen Position bewegt werden, so dass bei bestimmten Resonanzfrequenzen auf eine Erhöhung bzw. Verstärkung des von der Verbrennungskraftmaschine 1 erzeugten Abgasgeräuschs verzichtet wird, um negative Effekte zu vermeiden.
-
In diesem Bereich der Resonanzfrequenzen kann der Betrag, um den die Leitschaufeln 8 in Richtung ihrer eingefahrenen Position bewegt werden, in Abhängigkeit von der Größe der zu erwartenden Resonanzen eingestellt werden, d. h. es ist nicht unbedingt erforderlich, auf das beschriebene Verfahren zur Geräuschgestaltung vollständig zu verzichten, sondern die Leitschaufeln 8 sollten lediglich nicht vollständig in ihre ausgefahrene Position gebracht werden. Hierbei kann die kontinuierliche Verstellbarkeit der Leitschaufeln 8 ausgenutzt werden.
-
Das beschriebene Verfahren kann unabhängig davon durchgeführt werden, mit welchem Kraftstoff die Verbrennungskraftmaschine 1 betrieben wird.
