DE102011114516A1

DE102011114516A1 - Verfahren zur Steuerung eines Stellgliedes oder Ventils

Info

Publication number: DE102011114516A1
Application number: DE201110114516
Authority: DE
Inventors: Carsten Mohr
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-05-03
Also published as: WO2012055385A1; CN103180587A; CN103180587B; DE112011104212A5; US20130276897A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Stellgliedes oder Ventils wobei zur Ausführung einer Stellfunktion des Stellgliedes oder einer Ventilfunktion des Ventils ein Stellimpuls welcher dem Stellglied oder dem Ventil zugeführt wird, verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens zwei aufeinanderfolgenden Stellimpulsen, mindestens ein weiterer Impuls oder ein stochastisches Signal dem Stellglied oder dem Ventil zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 195 40 099 A1 offenbart ein System zur aktiven Geräuschreduzierung.
Schaltende Stellglieder oder Ventile erzeugen oftmals aufgrund ihrer diskontinuierlichen Bewegung Körperschallschwingungen oder Geräusche, die entweder direkt als Luftschall abgestrahlt oder als Körperschall über die angrenzende Struktur als Körperschall weitergeleitet und an anderer Stelle als störende Geräuschimpulse hörbar abgestrahlt werden. Die Lästigkeit dieser Geräusche liegt oft in der zeitlichen Struktur dieser Signale begründet und weniger in der Lautheit bzw. im eigentlichen Energieinhalt. Als Beispiel aus dem Alltag sei das Geräusch eines tropfenden Wasserhahns oder das Blinker-Klicken im Auto erwähnt, die wegen ihrer Impulshaltigkeit und nicht wegen ihrer Lautstärke auffällig sind.
Das auffällige Tickergeräusch von Stell- oder Einspritzventilen erstreckt sich energetisch betrachtet über einen weiten Frequenzbereich, was in der Impulshaltigkeit der Signale begründet liegt.
Dementsprechend gestalten sich Abhilfemaßnahmen meist als recht aufwendig, da diese ebenfalls über einen weiten Frequenzbereich wirksam sein müssen.
Um die Geräuschqualität beispielsweise von direkt einspritzenden Otto- oder Dieselmotoren zu verbessern kommen meist Kapselmaßnahmen zum Einsatz, bei denen absorbierend ausgekleidete Hartschalenkapselungen die geräuschemittierenden Oberflächen mehr oder weniger umfassend bedecken.
Derartige Akustik-Kapseln verursachen zusätzliche Kosten und unerwünschte Gewichtssteigerungen. Auch bauraumseitig werden solche Abdeckungen oft nur als notwendiges Übel akzeptiert.
Im Falle der exponierten Montage-Position neuartiger Einspritzpumpen oberhalb des Motor-Ventildeckels erscheint eine Kapselmaßnahme relativ ungeeignet, da der erforderliche Bauraum zwischen Zylinderkopfhaube (Ventildeckel) und Motorhaube im Normalfall nicht zur Verfügung steht.
Aus Wirkungsgrad-Gründen werden Stell- oder Einspritzventile in immer kürzeren Taktraten – mit entsprechend steilen Signalflanken – und kürzeren Einzelimpulsen betrieben. Dadurch entstehen zeitlich stark fluktuierende Geräuschimpulse, die sich aus dem Hintergrund-Geräusch des laufenden Verbrennungsmotors unangenehm abheben und als entsprechend lästig empfunden werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Geräuschverhalten derartiger Komponenten zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Dabei ist vorgesehen, dass die Auffälligkeit der Geräuschimpulse reduziert wird. Das „Stör-Charakteristikum” des Geräuschs – nämlich die zeitliche Struktur in Form von Impulshaltigkeit – wird verändert, so dass die Auffälligkeit des Geräusches dadurch stark reduziert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Steuerung eines Stellgliedes oder Ventils vor, wobei zur Ausführung einer Stellfunktion des Stellgliedes oder einer Ventilfunktion des Ventils ein Stellimpuls welcher dem Stellglied oder dem Ventil zugeführt wird, verwendet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen mindestens zwei aufeinanderfolgenden Stellimpulsen, mindestens ein weiterer Impuls oder ein stochastisches Signal dem Stellglied oder dem Ventil zugeführt wird, wobei der mindestens eine weitere Impuls oder das stochastische Signal im Falle eines Stellgliedes stellfunktionsneutral bezüglich des Stellgliedes wirkt und im Fall eines Ventils ventilfunktionsneutral bezüglich des Ventils wirkt aber ein Geräusch des Stellgliedes oder des Ventils bewirkt.
Unter Ventilfunktion ist beispielsweise das Öffnen oder Schließen eines Ventils zu verstehen.
Unter stellfunktionsneutral bezüglich des Stellgliedes ist zu verstehen, dass keine Stellfunktion ausgeführt wird.
Unter ventilfunktionsneutral bezüglich des Ventils ist zu verstehen, dass keine Ventilfunktion ausgeführt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Stellimpuls und/oder der mindestens eine weitere Impuls und/oder das stochastische Signal elektrisch oder hydraulisch.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Amplitude des mindestens einen weiteren Impulses und/oder des stochastischen Signals kleiner als die Amplitude des Stellimpulses.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das stochastische Signal bandpassgefiltert, sodass sein Frequenzbereich beschränkt ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die zeitliche Struktur der störenden Geräusche durch Überlagerung mit einem kontinuierlichen bzw. als kontinuierlich empfundenen Hintergrund-Geräusch dahingehend zu verändern, dass in Summe ein gleichbleibendes Geräusch ohne auffällige Einzel-Geräuschimpulse wahrgenommen und deshalb als weniger auffällig und weniger lästig empfunden wird.
Im konkreten Fall eines Stellventils einer Einspritzpumpe muss dieses Stellventil funktionsbedingt periodisch mit einem kurzen Einzel-Impuls bestromt werden, was zu einem ebenso periodischen und akustisch auffälligen geräuschlichen Einzelimpuls führt.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, in den Zeitabschnitten zwischen diesen Impuls-Bestromungen eine Bestromung mit einem – erforderlichenfalls bandpassbegrenzten – stochastischem Signal, wie beispielsweise Rauschen durchzuführen. Dadurch wird diesem aufgrund der Impuls-Bestromung auftretenden Einzel-Geräuschimpuls eine Art Geräuschteppich überlagert, was zu einem eher kontinuierlichen Geräuscheindruck führt. Aus umfangreichen psychoakustischen Untersuchungen weiß man, dass dadurch die akustische Auffälligkeit und das Lästigkeits-Empfinden deutlich reduziert wird.
Insofern stellt eine solche Überlagerung mit einer kontinuierlichen, stochastischen Bestromung, die natürlich so zu erfolgen hat, dass es zu keinerlei Beeinträchtigung der eigentlichen Stellfunktion führt, eine Maßnahme dar, das Geräuschverhalten derartiger Aggregate zu verbessern.
Es erfolgt eine Bestromung der geräuschverursachenden Stellventile mittels eines kontinuierlichen stochastischen Rausch-Signals, das in seiner Amplitude so gewählt wird, dass es zu keinerlei Beeinträchtigung der eigentlichen Stellfunktion führt. Das Rauschsignal kann erfindungsgemäß in seinem Frequenzbereich beschränkt werden – beispielsweise durch eine vorgeschaltete Bandpass-Filterung – um dadurch optimal auf die strukturdynamischen Eigenschaften der angrenzenden, geräuschabstrahlenden Oberflächen abgestimmt werden zu können. Beispielsweise können damit Resonanzeffekte der Struktur entsprechend berücksichtigt werden, was einen minimalen Energieaufwand für das Hintergrundgeräusch sicherstellt.
Aus Wirkungsgrad-Gründen werden Stell- oder Einspritzventile in immer kürzeren Taktraten (mit entsprechend steilen Signalflanken) und kürzeren Einzelimpulsen betrieben. Dadurch entstehen zeitlich stark fluktuierende Geräuschimpulse, die sich aus dem Hintergrund-Geräusch eines laufenden Verbrennungsmotors unangenehm abheben und als entsprechend lästig empfunden werden.
Die Lastigkeit dieser Geräusche liegt in der zeitlichen Struktur dieser Signale begründet, weshalb diese zur Verbesserung der Geräuschqualität verändert werden muss.
Als Beispiel aus dem Alltag sei das Geräusch eines tropfenden Wasserhahns oder das Blinker-Klicken im Auto erwähnt, die wegen ihrer Impulshaltigkeit und nicht wegen ihrer Lautstärke auffällig sind.
Durch Bestromung mit einem kontinuierlichen Rauschsignal, das in Amplitude und Frequenzinhalt auf die strukturdynamische Situation entsprechend angepasst werden kann, wird ein kontinuierliches Hintergrund-Geräusch erzeugt, so dass in Summe ein gleichbleibendes Geräusch ohne auffällige Einzel-Geräuschimpulse wahrgenommen und deshalb als weniger auffällig und weniger lästig empfunden wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19540099 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Stellgliedes oder Ventils wobei zur Ausführung einer Stellfunktion des Stellgliedes oder einer Ventilfunktion des Ventils ein Stellimpuls welcher dem Stellglied oder dem Ventil zugeführt wird, verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens zwei aufeinanderfolgenden Stellimpulsen, mindestens ein weiterer Impuls oder ein stochastisches Signal dem Stellglied oder dem Ventil zugeführt wird, wobei der mindestens eine weitere Impuls oder das stochastische Signal im Falle eines Stellgliedes stellfunktionsneutral bezüglich des Stellgliedes wirkt und im Fall eines Ventils ventilfunktionsneutral bezüglich des Ventils wirkt aber ein Geräusch des Stellgliedes oder des Ventils bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellimpuls und/oder der mindestens eine weitere Impuls und/oder das stochastische Signal elektrisch oder hydraulisch sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des mindestens einen weiteren Impulses und/oder des stochastischen Signals kleiner als die Amplitude des Stellimpulses ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das stochastische Signal bandpassgefiltert ist, sodass sein Frequenzbereich beschränkt ist.