DE102015221629A1

DE102015221629A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines einen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Geräuschs

Info

Publication number: DE102015221629A1
Application number: DE102015221629.2A
Authority: DE
Inventors: Rainer Drees
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2017-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Geräusches, welches einen Betrieb einer eine von einem gasförmigen Medium durchströmbare Anlage (4) aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs charakterisiert, mit den Schritten:
• Erfassen zumindest einer Schwingungen der Anlage (4) charakterisierenden Messgröße (P5) mittels wenigstens eines Sensors (30), welcher wenigstens ein die erfasste Messgröße (P5) charakterisierendes Signal (39) bereitstellt;
• Bestimmen eines Wechselanteils (U2a) des Signals (39);
• Erzeugen wenigstens eines Ansteuersignals (43) derart, dass eine Frequenz des Ansteuersignals (43) in Abhängigkeit von dem Wechselanteil (U2a) bestimmt wird; und
• Ansteuern wenigstens eines Aktors (29) in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal (43), um dadurch mittels des Aktors (29) das Geräusch zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines einen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Geräuschs.
Moderne Verbrennungskraftmaschinen werden zunehmend nach dem sogenannten Downsizing-Prinzip ausgelegt. Dies bedeutet, dass die Anzahl an Brennräumen, insbesondere Zylindern, sowie der Hubraum einer solchen Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden. Um dennoch hohe spezifische Leistungen und Drehmomente zu realisieren, wird die Verbrennungskraftmaschine aufgeladen. Darunter ist zu verstehen, dass wenigstens ein Verdichter zum Einsatz kommt, mittels welchem Luft verdichtet wird. Die verdichtete Luft wird den Brennräumen zugeführt, wobei die verdichtete Luft einen Druck aufweist, welcher, zumindest in den meisten Betriebszuständen, wesentlich höher als der Umgebungsdruck ist. Dieser Druck der verdichteten Luft wird auch als Ladedruck bezeichnet, wobei die den Ladedruck aufweisende Luft den Brennräumen zugeführt wird beziehungsweise in die Brennräume einströmt, sobald ein Ventil des Zylinders öffnet. Dies führt nicht zu einem üblicherweise zylindervolumenabhängigen Lufteintrag wie bei Saugmotoren, sondern zu einem erhöhten, durch den Ladedruck bestimmten Lufteintrag.
Der Verdichter ist beispielsweise ein Verdichter eines Abgasturboladers, welcher eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbare Turbine aufweist. Die Turbine ist in einem Abgastrakt angeordnet, welche auch als Abgasanlage bezeichnet wird und von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Dabei ist die Turbine von dem Abgas antreibbar. Der Verdichter ist von der Turbine antreibbar, so dass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden. Ferner ist es denkbar, dass es sich bei dem Verdichter um einen Kompressor handelt, welcher auch als mechanischer Kompressor bezeichnet wird. Ein solcher mechanischer Kompressor, welcher auch als mechanischer Lader bezeichnet wird, wird von einer Abtriebswelle insbesondere in Form einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine mechanisch angetrieben.
Üblicherweise ist der Verdichter in einem Einlasstrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet, wobei der Einlasstrakt von Luft durchströmbar ist. Die Luft wird mittels des Verdichters verdichtet und üblicherweise über wenigstens ein Drosselklappe und wenigstens einen Ladeluftkühler einem in dem Einlasstrakt angeordneten Ladedrucksammler zugeführt. Von hier aus gelangt die Luft über jeweilige Einlassventile in die Brennräume. Die Drosselklappe kann dabei vor oder auch nach dem Ladeluftkühler positioniert sein.
Verbrennungskraftmaschinen, die mit wenigstens einem Verdichter ausgestattet sind, werden auch als aufgeladene Verbrennungskraftmaschinen oder aufgeladene Verbrennungsmotoren bezeichnet. Demgegenüber werden Verbrennungskraftmaschinen, welche nicht mit einem Verdichter ausgestattet sind, als Saugmotoren bezeichnet, da ein solcher Saugmotor die Luft über den Einlasstrakt in die Brennräume saugt. Im Gegensatz dazu wird die Luft bei aufgeladenen Verbrennungskraftmaschinen in die Brennräume gedrückt, da die Luft den Ladedruck aufweist.
In den meisten Betriebszuständen liegt der Ladedruck vor. Also wird praktisch die Luft in die Brennräume gedrückt, sobald deren Einlassventile öffnen. Es existieren üblicherweise wenige Betriebszustände, in denen bei einem Turbomotor ein Saugbetrieb herrscht. In einem solchen Saugbetriebt fordert die Verbrennungskraftmaschine schon Luft an beziehungsweise der Kolben bewegt sich schon nach unten, aber es ist noch kein entsprechender Ladedruck vorhanden. Dabei handelt es sich aber nur um einen sehr geringen Teil der Betriebszustände.
Saugmotoren haben konzeptbedingt ein sehr ausgeprägtes Ansauggeräusch, welches sowohl von dem Fahrer eines mit einem solchen Saugmotor ausgestatteten Kraftfahrzeugs als auch von sich außerhalb des Kraftfahrzeugs aufhaltenden Personen akustisch wahrgenommen werden kann und häufig als besonders angenehm beziehungsweise emotional empfunden wird. Speziell das Ansauggeräusch wird vom Fahrer auch als akustische Drehzahl- und Lastrückmeldung wahrgenommen, so dass der Fahrer anhand des Ansauggeräuschs auf die Drehzahl und/oder die Last der Verbrennungskraftmaschine rückschließen kann.
Nicht die Akustik der Abgasanlage, sondern das charakteristische Geräusch, welches über den Einlasstrakt beziehungsweise die Sauganlage an die Umwelt und auch an den Fahrer wiedergegeben wird, macht einen besonders großen emotionalen Teil eines als sportliches Triebwerk ausgelegten Verbrennungsmotors aus. Konzeptbedingt fehlt bei aufgeladenen Verbrennungskraftmaschinen die Ansaug-Akustik fast vollständig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mittels welchen ein besonders vorteilhaftes und angenehmes, einen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs charakterisierendes Geräusch erzeugbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Geräusches, welches einen Betrieb einer eine von einem gasförmigen Medium durchströmbare Anlage aufweisenden Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, welches mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, charakterisiert, umfasst einen ersten Schritt, bei welchem mittels wenigstens eines Sensors zumindest eine Messgröße erfasst wird, welche Schwingungen der Anlage charakterisiert. Dabei stellt der Sensor wenigstens ein die erfasste Messgröße charakterisierendes Signal, insbesondere elektrisches Signal, bereit.
Der Sensor kann vorzugsweise ein bereits von einer Motorsteuerung verwendeter Ladedrucksensor sein. Auch ein separater Sensor an einer akustisch vorteilhaften Position ist denkbar. Unter der Motorsteuerung ist eine Recheneinrichtung beziehungsweise ein Steuergerät zu verstehen, mittels welchem die Verbrennungskraftmaschine betrieben, insbesondere geregelt, wird.
In Versuchen wurde ein normaler Ladedrucksensor verwendet. Mittels dieses Sensors konnte bereits ein sehr gutes akustisches Signal gewonnen werden. Es wurde gefunden, dass dieses Signal nur in oberen Drehzahlbereichen, beispielsweise ab ca. 3500 Umdrehungen pro Minute (U/min), und oberen Lastbereichen hinreichend gut ausgeprägt ist. Da der Sensor für den Ladedruckbereich ausgelegt wurde, war das gewonnene Signal sehr klein, insbesondere in der Größenordnung von maximal +/–0,3 Volt in der maximalen Ausprägung.
Zur Verdeutlichung der Signalgröße wird folgender Vergleich gezogen: Ein Audiosignal, welches beispielsweise einem Kopfhörer oder einem Verstärker zugeführt wird, weist Signalgrößen von ca. +/–0,7 bis 1 Volt auf. Das mittels des Ladedrucksensors gewonnene Signal weist daher sehr viele Störeinträge durch EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) aus einem üblicherweise vorgesehenen Kabelbaum auf. Diese Störeinträge kommen beispielsweise von der Zündung und/oder anderen Komponenten. Es wurde gefunden, dass diese Störeinträge nicht ohne weiteres komplett entfernt werden können. Im unteren Drehzahlbereich oder auch im Stand bei Gasstößen konnten mittels des üblichen Ladedrucksensors sogar nur Signalgrößen von +/–0,05 Volt gewonnen werden. Das Signal erwies sich somit als sehr anfällig bezüglich Störeinflüssen von außerhalb.
Daher kann alternativ oder zusätzlich zu dem ohnehin vorgesehenen Ladedrucksensor wenigstens ein separater, zusätzlicher Ladedrucksensor verwendet werden. Dieser Sensor müsste dann nicht mehr den Ladedruck ausgeben, sondern könnte sich auf das Akustiksignal konzentrieren. In dem Fall kann der Ladedrucksensor mit einem internen Hochpassfilter ausgerüstet werden. Durch eine geänderte Ausgabekennlinie könnte auch in den aktuell kritischen Bereichen ein brauchbares Akustiksignal mit einem entsprechend guten Signal beziehungsweise Rauschabstand weitergegeben werden.
Unter dem Erzeugen des Geräuschs ist eine Gewinnung einer physikalisch echten Größe zu verstehen, um daraus ein Signal zu gewinnen, welches den Charakter eines echten Motorgeräusches beziehungsweise -klangs hat. Des Weiteren ist es Ziel, die Größe in Echtzeit umzuwandeln, damit es nicht oder zu nur geringen Signalverzerrungen kommt, wenn das erzeugte Geräusch neben beziehungsweise zusätzlich zu dem vorhandenen Motorgeräusch ausgebeben wird. Dadurch kann ein hochwertiges Motorgeräusch erzeugt beziehungsweise ausgegeben werden, das mit einem Ansauggeräusch Ähnlichkeit hat. Die Umwandlung in Echtzeit erfolgt deswegen, da beide Geräusche (erzeugtes Geräusch und bereits vorhandenes Motorgeräusch) ansonsten versetzt laufen würden. Dies würde als künstlich wahrgenommen werden. Daher kommt vorzugsweise eine einfache Schaltung mit diskreten Bauteilen, beispielsweise Filter aus Kondensatoren, Induktivitäten, Widerständen, Operationsverstärkern etc. zum Einsatz. Eine Umsetzung mittels Prozessortechnik wäre auch denkbar, jedoch nur, um beispielsweise einen mitlaufenden externe Filter zu steuern. Bei einer digitalen Verarbeitung würde die Echtzeitumsetzung verloren gehen. Dies könnte dann am Ansauggeräusch akustisch wahrgenommen werden, wenn sich mechanische Motorgeräusche und das neu geschaffene beziehungsweise erzeugte Ansauggeräusch nicht passend überlagern. Dabei könnte das erzeugte Geräusch beziehungsweise Akustiksignal bedingt durch Signalerfassung, Verarbeitung und Ausgabe und/oder bedingt durch Rechenleistung mal mehr oder mal weniger dem tatsächlichen Motorgeräusch nachlaufen. Dann entstehen die Laufzeitverzerrungen und Schwebungen, die akustisch auffallen.
Das im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte Geräusch soll vorzugsweise von der Außenwelt wahrgenommen werden und idealerweise zu einem Teil noch in den Fahrzeuginnenraum gelangen können. Es soll zudem im Stand den reinen mechanischen Klang des Motors, zum Beispiel bei Gasstößen im Stand, deutlich aufwerten. Das Verfahren soll mittels einer sehr einfachen Echtzeitlösung durchgeführt werden und eventuell sogar nachrüstbar sein, sodass auch bereits existierende Verbrennungskraftmaschinen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgerüstet werden können.
Unter den Schwingungen der Anlage sind beispielsweise Schwingungen des die Anlage durchströmenden Mediums zu verstehen, wobei aus diesen Schwingungen des Mediums beispielsweise Druckschwingungen beziehungsweise Druckänderungen oder Druckpulsationen in der Anlage resultieren. Die Anlage ist beispielsweise ein Einlasstrakt, wobei das Medium Luft ist. Hierbei umfasst die Anlage beispielsweise einen von der Luft durchströmbaren Ladedrucksammler, welcher beispielsweise in Strömungsrichtung der Luft stromab eines in der Anlage angeordneten Verdichters zum Verdichten der Luft angeordnet ist. Insbesondere werden Schwingungen in einem Bereich erfasst, welcher stromab des Verdichters, einer Drosselklappe und eines Ladeluftkühlers zum Kühlen der verdichteten Luft angeordnet ist.
Druckänderungen und Druckpulsation entstehen nicht zwangsläufig direkt durch das Durchströmen der Anlage. Wenn das Medium, insbesondere eine Luftmasse, den Bereich nach dem Verdichter durchströmt, entstehen zwar Schwingungen. Diese entstehen aber oft direkt an Komponenten der Anlage, auch wenn es enge Umlenkungen gibt oder weil sich die Luft an der teilweise geschlossenen Drosselklappe vorbei zwängt. Dabei handelt es sich aber um eher ungewollte hochfrequente Strömungsgeräusche. Insbesondere werden als Signale Druckschwingungen oder Druckpulsationen genutzt, die entstehen, wenn schlagartig wenigstens ein Einlassventil öffnet. Dabei weist die verdichtete Luft einen Ladedruck auf, auf den die Luft mittels des Verdichters verdichtet wird, wobei der Ladedruck am Einlassventil anliegt. Öffnet dann das Einlassventil, dann kommt es schlagartig zu einem gewissen Druckabfall im Einlasstrakt, insbesondere in einem zumindest stromab des Verdichters und vorzugsweise stromab des Verdichters, der Drosselklappe und dem Ladeluftkühler angeordneten Ladedrucksammler.
Dieser Vorgang geschieht auch bei einem unter Druck stehenden Volumen, wenn ein Überdruckventil kurz geöffnet wird. Dann kann kurz Druck aus dem Volumen entweichen. Dann fällt im Volumen beziehungsweise im Ladedrucksammler kurz der Druck ab. Wird das Überdruckventil beziehungsweise das Einlassventil wieder geschlossen, passt sich der Druck im Volumen beziehungsweise im Ladedrucksammler relativ schnell wieder an. Erfolgt dieses Öffnen und Schließen schnell hintereinander beziehungsweise werden bei der Verbrennungskraftmaschine jeweilige Einlassventile von jeweiligen Brennräumen, insbesondere Zylindern nacheinander geöffnet und geschlossen, so kommt es zu einer relativ periodischen Druckpulsation oder Druckschwingung, die mittels des Sensors erfasst werden kann beziehungsweise erfasst wird, und zwar als die Schwingung der entweichenden Luft und der vom Verdichter ausgleichenden Luftmenge.
Das ist meist die dominierende Druckschwingung. Man nennt sie auch Hauptmotorordnung beziehungsweise die 3. Ordnung bei einem Sechszylindermotor, da bei drei Zylindern nacheinander während einer Motorumdrehung die Einlassventile geöffnet werden. Ferner können Druckschwingungen höherer Frequenz existieren. Die Druckschwingungen im Ladedrucksammler breiten sich in diesem mit einer gewissen Geschwindigkeit aus beziehungsweise schlagen – rein bildlich – ja an Wänden des Ladedrucksammlers beziehungsweise der Anlage an. Die Wände reflektieren diese Wellen dann und geben sie wieder an das Medium zurück. Der Sensor ist von allen Einlassventilen unterschiedlich weit entfernt bezüglich seiner Messposition. Dies ist anhand des folgenden Beispiels besser zu veranschaulichen: Gegeben ist ein großes mit Wasser gefülltes Wasserbecken, an dessen Rand ein Stein in das Wasser geworfen wird. Dann breiten sich Wellen über das Wasserbecken aus, schlagen an dessen Wände an und geben erneut eine Welle zurück, welche sich dann wiederum mit noch annähernden Wellen überlagert. Werden nun Steine in definierten Abständen leicht versetzt nachgeworfen, dann kommt es noch zu mehr Überschneidungen beziehungsweise Resonanzen bezogen auf die Ladedruckschwingung. Resonanzen sind meist von bestimmten Drücken, Temperaturen, Frequenzen und Volumen abhängig, was am Effekt, wie er bei einem Helmholzresonator entsteht, erkennbar ist. Der Sensor erfasst nun an einer ganz bestimmten Position in diesem Wasserbecken (Anlage) diese Wellenbewegungen und erhält ein bestimmtes Muster. So etwa entstehen auch die Frequenzzusammensetzungen in dem Ladedrucksammler vor den Einlassventilen. Nur die Einlassventile allein würden somit einen Ton erzeugen, und durch die Überlagerungen wird daraus ein Klang. Wenn die Motordrehzahl beziehungsweise die Last sich ändert und somit die Frequenz, dann wird aus dem Klang ein Geräusch.
Alternativ oder zusätzlich kann unter den Schwingungen der Anlage Schwingungen wenigstens eines Bauteils der Anlage verstanden werden, wobei solche Schwingungen des Bauteils beispielsweise durch die zuvor genannten Schwingungen des die Anlage durchströmenden Mediums bewirkt werden. Die Anlage ist beispielsweise eine Sauganlage der Verbrennungskraftmaschine, wobei die Sauganlage auch als Ansauganlage oder Einlasstrakt bezeichnet wird. Dabei ist das gasförmige Medium beispielsweise Luft, wobei der Einlasstrakt von der Luft durchströmbar ist. Das Bauteil der Anlage beziehungsweise des Einlasstrakts ist beispielsweise ein von der Luft durchströmbares Bauteil, mittels welchem beispielsweise die Luft geführt wird. Bei einem solchen Bauteil handelt es sich beispielsweise um ein Luftrohr mit wenigstens einem von der Luft durchströmbaren Kanal. Ferner kann es sich bei dem Bauteil um ein Gehäuseteil eines Luftfilters handeln, mittels welchem die den Einlasstrakt durchströmende Luft gefiltert wird.
Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird ein Wechselanteil des Signals bestimmt. Ist das vom Sensor bereitgestellte und die physikalische Messgröße charakterisierende Signal beispielsweise ein elektrisches Signal, so handelt es sich bei dem elektrischen Signal beispielsweise um eine Spannung, welche zumindest den genannten Wechselanteil aufweist. Dieser Wechselanteil ist dann ein Wechselspannungsanteil des Signals.
Bei einem dritten Schritt des Verfahrens wird wenigstens ein Ansteuersignal derart erzeugt, dass eine Frequenz des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Wechselanteil bestimmt wird. Bei einem vierten Schritt des Verfahrens wird wenigstens ein Aktor in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal angesteuert, um dadurch mittels des Aktors das Geräusch zu erzeugen. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Wechselanteil als ein Akustiksignal zu verwenden, das ein entsprechendes Frequenzspektrum enthält. Vereinfacht gesagt charakterisiert dieses Frequenzspektrum beziehungsweise das Akustiksignal wenigstens einen Ton mit einer Frequenz beziehungsweise einem Frequenzspektrum, wobei dieser Ton über das Ansteuersignal mittels des Aktors für das menschliche Gehör hörbar gemacht wird. Da das Akustiksignal beziehungsweise der Ton aus der erfassten Messgröße gewonnen wird, bildet das Akustiksignal beziehungsweise der Ton ein tatsächliches Geräusch, insbesondere ein tatsächliches Ansauggeräusch, der Verbrennungskraftmaschine besonders gut ab beziehungsweise der Ton entspricht zumindest im Wesentlichen dem tatsächlichen Geräusch der Verbrennungskraftmaschine, wobei dieses tatsächliche Geräusch beispielsweise konzeptbedingt nicht von Personen wie beispielsweise dem Fahrer des Kraftfahrzeugs sowie von sich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs aufhaltenden Personen wahrgenommen werden kann.
Als Ton wird üblicherweise eine gleichbleibende Frequenz bezeichnet. Kommen mehrere Frequenzen zusammen, die sich überlagern, dann wird meist von einem Klang gesprochen. Viele Frequenzen, die sich überlagern und mit sich verändernden Frequenzen, werden allgemein als Geräusch bezeichnet. Im einfachsten Fall wird mittels des Sensors in der Anlage, insbesondere einem Ladedrucksammler, ein Ladedrucksignal gewonnen, welches mit Druckschwingungen überlagert ist. Ein normaler Ladedrucksensor macht daraus eine dem Ladedruck entsprechende Gleichspannung. Die Druckschwingungen zeichnen sich als Wechselanteil aus, der diese Gleichspannung überlagert. Bei einem normalen Ladedrucksensor fällt der größte Teil des ausgebbaren Spannungsbereichs dabei auf den Ladedruck. Der Wechselanteil, der auf dem Gleichanteil schwingt, ist sehr kleiner Teil.
Für die Gewinnung des Akustiksignals wird grundsätzlich nur der Wechselanteil benötigt beziehungsweise genutzt. Dies wird über eine Gleichstromsperre oder mittels eines Hochpasses beziehungsweise eines Hochpassfilters realisiert. Versuche haben gezeigt, dass Frequenzen unterhalb von ca. 300 Hertz (Hz) ungünstig sind. Die Auslegung des Hochpasses kann aber je nach Verbrennungskraftmaschine (Motor) und Klangbild, welches gewonnen beziehungsweise erzeugt werden soll, auch auf ca. 500 Hz ansteigen. Der Grad beziehungsweise die Güte des Hochpasses kann beliebig sein, das heißt 1. bis n-te Filterordnung aufweisen. Ein Versuch wurde beispielsweise mit zwei hintereinandergeschalteten Hochpassfiltern mit je zweiter Ordnung durchgeführt. Falls dann im unteren Frequenzbereich noch eine auffallende Störfrequenz auftritt, kann auch noch eine kleine Bandsperre nachgeschaltet werden, um diese Frequenz zu mindern. Dadurch kann ein Akustiksignal gewonnen werden, bei dem der Gleichanteil fehlt und der Anteil mit tiefen Frequenzen unterdrückt wird. Danach wird das Signal beispielsweise einem ersten Eingang eines Analog-Multiplizierers zugeführt.
Ferner wird beispielsweise dem Analog-Mulitplizierer ein zweites Signal zugeführt, welches eine Führungsgröße ist. Die Führungsgröße ist beispielsweise ein Signal, mittels welchem die Lautstärke geregelt beziehungsweise eingestellt wird. Die Führungsgröße ist somit die Lastrückmeldung. Im einfachsten Fall kann dies das Ladedrucksignal selbst sein, jedoch ohne den Wechselanteil. Dafür wird das Signal beispielsweise durch einen sehr tief angesetzten Tiefpassfilter gegeben. Das Ergebnis ist ein sehr gut gefiltertes Gleichspannungssignal ohne Oberschwingungen. Baut sich nun Ladedruck auf, so wird mittels des Analog-Mulitplizierers entsprechend die Amplitude des Akustiksignals verstärkt.
Alternativ kann die Lautstärke auch über komplett andere Komponenten gesteuert beziehungsweise eingestellt werden. Dies kann zum Beispiel die Motorsteuerung sein. Diese kann noch sehr viel individueller das Führungssignal gestalten. Zum Beispiel kann im Stand bei Gasstößen eine extreme Signalverstärkung realisiert werden, und zwar deutlicher als es mittels einer Verstärkung alleine über den Ladedruck möglich ist. Auch eine Kombination beider Signale ist denkbar. Wenn also die Führungsgröße von der Motorsteuerung (DME) entfällt oder getrennt wird, könnte auf einen Ersatzwert aus dem gewonnen Ladedrucksignal zurückgegriffen werden.
Nach dem Analog-Multiplizierer erfolgt dann beispielsweise noch eine Tiefpassfilterung. Diese könnte zwar auch vor dem Analog-Mulitplizierer und vor dem Verstärker erfolgen, jedoch ist die Tiefpassfilterung nach dem Analog-Mulitplizierer vorteilhaft, wenn die Führungsgröße, beispielsweise das geglättete Ladedrucksignal oder auch das Führungssignal aus der Motorsteuerung, noch hochfrequente Anteile enthält. Dies können auch im Kabelbaum eingefangene Störimpulse sein, die durch den Analog-Multiplizierer wieder direkt ins Akustiksignal gelangen könnten. Daher kommt die Tiefpassfilterung zum Einsatz, die alle hochfrequenten Anteile unterdrückt, und zwar nach der Zusammenführung.
Das tatsächliche Geräusch der Verbrennungskraftmaschine kann beispielsweise konzeptbedingt nicht oder nur sehr geringfügig wahrgenommen werden, da die Verbrennungskraftmaschine als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nun möglich, ein besonders vorteilhaftes und für das menschliche Gehör angenehmes, den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine charakterisierendes Geräusch zu erzeugen, da das Geräusch beziehungsweise dessen Erzeugung aus der tatsächlichen, erfassten und physikalischen Messgröße gewonnen wird. Somit kann beispielsweise dem Fahrer und der Außenwelt anhand des erzeugten Geräuschs eine besonders angenehme und nachvollziehbare Rückmeldung über die aktuelle Last und/oder Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine vermittelt werden, ohne dass sich das Geräusch künstlich beziehungsweise synthetisch anhört. Dies ist insbesondere realisierbar, da vorzugsweise eine analoge diskrete Verarbeitung zum Einsatz kommt, sodass die Echtzeitfähigkeit erhalten bleibt. Dadurch harmonieren die vorhandene mechanische Motorakustik und die hinzugefügte Akustik mit der oben aufgeführten Technik ohne, dass unangenehme Signalverzerrungen und Schwebungen beziehungsweise Laufzeitverzerrungen auftreten. In der Folge kann eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs realisiert werden.
Ferner ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, eine besonders einfache und kostengünstige Geräuscherzeugung, insbesondere Ansauggeräuscherzeugung, für Verbrennungskraftmaschinen zu realisieren, da das Signal des Sensors abgegriffen und somit auf die tatsächlich vorhandene physikalische Messgröße rückgegriffen wird. Somit ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise möglich, einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine die Emotionalität eines Saugmotors zu verleihen, da durch die Erzeugung des Geräuschs eine aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ähnlich wie ein Saugmotor klingt jedoch deutlich näher an dessen Charakter bezüglich des Ansauggeräusches kommt. Dadurch ist es beispielsweise auch möglich, unerwünschte und unangenehme Geräusche der Verbrennungskraftmaschine mittels des angenehmen und mittels des Aktors erzeugten Geräuschs zu übertönen beziehungsweise zu unterdrücken. Bei den unangenehmen Geräuschen kann es sich um Geräusche einer Hochdruckpumpe zum Fördern von Kraftstoff, von Einspritzventilen etc. handeln, die besonders bei neuen Motoren mit Hochdruckdirekteinspritzung akustisch sehr präsent sind und oft negativ auffallen.
Um den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mittels des erzeugten Geräusches besonders gut charakterisieren beziehungsweise nachbilden oder wiedergeben zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Signal den Wechselanteil und einen Gleichanteil aufweist. Ist das Signal beispielsweise ein elektrisches Signal in Form einer elektrischen Spannung, so ist der Gleichanteil ein Gleichspannungsanteil des Signals. Dabei wird der Gleichanteil von dem Wechselanteil des Signals mittels wenigstens einer elektrischen Schaltung getrennt, wobei das Ansteuersignal derart erzeugt wird, dass die Frequenz des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Wechselanteil und eine Amplitude des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Gleichspannungsanteil bestimmt wird. Wie bereits beschrieben, ist vereinfacht gesagt der Wechselanteil der Ton, welcher mittels des Aktors erzeugt wird, wobei nun der Gleichanteil die Lautstärke des Tons beziehungsweise des zu erzeugenden Geräuschs ist.
Dieser Ausführungsform liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass der Gleichanteil einer Lastanforderung beziehungsweise der Last der Verbrennungskraftmaschine entspricht. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs kann die von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellte Last mittels wenigstens eines Bedienelements insbesondere in Form eines Fahrpedals einstellen. Dieses Einstellen der Last wird auch als Lastanforderung bezeichnet, da der Fahrer durch Betätigen des Bedienelements von der Verbrennungskraftmaschine eine Last anfordert, welche von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt werden soll. Da nun die Amplitude des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Gleichanteil eingestellt wird, wird die Amplitude in Abhängigkeit von der Last beziehungsweise Lastanforderung eingestellt, so dass sich in der Amplitude die Lastanforderung wiederfindet.
Somit ist es möglich, die zuvor genannte Frequenz beziehungsweise das Frequenzspektrum des Geräuschs auch bei sich ändernder Lastanforderung konstant zu halten, so dass das Frequenzspektrum identisch bleibt, jedoch kann die Amplitude proportional zu der Lastanforderung verändert werden. Steigt beispielsweise die Lastanforderung, so steigen auch die Amplitude und somit die Lautstärke des Geräuschs. Vereinfacht ausgedrückt stellt der Wechselanteil eine Akustikinformation mit einer Frequenz beziehungsweise einem Frequenzspektrum dar, wobei der Gleichanteil die Amplitude beziehungsweise die Lautstärke des wiederzugebenen Geräusches beeinflusst. Steigt die Lastanforderung, das heißt gibt der Fahrer Gas, so steigen beispielsweise der Ladedruck und somit die Amplitude und dadurch die Lautstärke des Geräusches. Dadurch gibt das erzeugte Geräusch den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine besonders gut, lastabhängig und emotional wieder.
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Ansteuersignal vor dem Ansteuern des Aktors verstärkt wird, so dass der Aktor mittels des verstärkten Ansteuersignals angesteuert wird. Dadurch kann mittels des erzeugten Geräusches beispielsweise das tatsächliche Ansauggeräusch der Verbrennungskraftmaschine besonders gut abgebildet und mittels des Aktors erzeugt werden. Dabei können sämtliche Filterobjekte bei diskreten Aufbauten den Pegel abschwächen oder auch gleich verstärkend aufbauen. Die Signale, die in den Analog-Multiplizierer eingehen, werden wie schon die Bezeichnung sagt, miteinander multipliziert. Der Baustein AD633 beispielsweise kann Eingangssignale von der Größenordnung von +/–10 Volt ertragen und mit folgender Formel verarbeiten: W = (X1 – X2)(Y1 – Y2) / 10V + Z
Dabei wird beispielsweise X2 und Y2 auf Masse, also Null gelegt. Nach dem Hochpassfilter ist das Akustiksignal mit einer einfachen Verstärkung so angepasst, das der maximale Eingangspegel (X1) genutzt werden kann, ohne jedoch in die Sättigung zu kommen. Ansonsten würde dieses Signal in der maximal auftretenden Amplitude eventuell beschnitten werden, was ungünstig sein kann, da dann das Geräusch seltsam und übersteuert klingen würde. Gleiches gilt für das Führungssignal. Auch dieses kann über eine Verstärkung an den Analog-Mulitplizierer geführt werden, und zwar in diesem Fall an den Eingang Y1. Diese Verstärkungen können individuell gestaltet werden. Je nachdem, wie stark mit Hilfe der Führungsgröße Einfluss genommen werden soll. Speziell mit einer Führungsgröße aus der Motorsteuerung kann hier extrem gestalterisch eingegriffen werden.
Nach den Tiefpässen beziehungsweise Tiefpassfiltern, die nach dem Analog-Mulitplizierer folgen, erfolgt vorzugsweise ebenfalls eine Signalanpassung. Diese wird vorzugsweise genau auf den möglichen Eingangspegel des Verstärkers ausgelegt. Auch dieser verkraftet nur bestimmte Pegel, damit er nicht übersteuert. Zudem ist der Eingangspegel je nach Leistung des Verstärkers und welche Komponenten mit diesem verbunden sind beeinflussend hinsichtlich der vom Verstärker abgegebenen Leistung, und diese wird vorzugsweise entsprechend der maximalen Leistung des Aktor oder der Aktoren angepasst. Dies ist vorteilhaft, da mittels des Aktors das Geräusch erzeugt und der Aktor nicht beschädigt werden soll.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass als der Sensor ein Drucksensor verwendet wird, mittels welchem ein Druck, insbesondere des Mediums, in der Anlage, insbesondere dem Einlasstrakt erfasst wird. Dies bedeutet, dass die Messgröße der Druck ist, so dass die Schwingungen der Anlage Veränderungen beziehungsweise Schwingungen oder Pulsationen des Drucks sind.
Vorzugsweise wird der Bereich nach dem Verdichter möglichst dicht vor der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise deren Brennräumen genutzt, da dann der Sensors besonders nahe an der Schwingungserzeugung angeordnet ist und nicht durch übermäßige Massenbewegungen des Mediums beeinträchtigt wird, um eine Erfassung von Strömungsrauschen am Sensor zu vermeiden. Nach dem Verdichter gibt es meist zwei Ladedrucksensoren. Einer der Ladedrucksensoren befindet sich meist vor der Drosselklappe und der andere Ladedrucksensor nach der Drosselklappe. Der Sensor vor der Drosselklappe ist weniger geeignet zur Akustikgewinnung. Daher wird vorzugsweise der andere Ladedrucksensor nach der Drosselklappe und/oder wenigstens ein separater Sensor genutzt.
Durch die Nutzung des Drucks mitsamt der enthaltenen Druckschwingungen als die Messgröße ist es möglich, den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine durch das erzeugte Geräusch besonders gut wiederzugeben, wobei sich ein besonders vorteilhaftes und sportliches Geräusch erzeugen lässt, welches nicht künstlich beziehungsweise synthetisch klingt, was insbesondere durch die diskrete direkte analoge Verarbeitung realisiert werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass als der Sensor ein Beschleunigungssensor verwendet wird, mittels welchem Schwingungen wenigstens eines Bauteils der Anlage erfasst werden. Die Schwingungen des Bauteils sind somit die Messgröße, welche mittels des Beschleunigungssensors erfasst wird. In der Folge ist es möglich, ein besonders vorteilhaftes Geräusch mittels des Aktors zu erzeugen.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass als der Aktor ein Körperschallwandler oder ein Lautsprecher verwendet wird. Ein solcher Körperschallwandler wird auch als Shaker bezeichnet und unterscheidet sich dadurch von einem Lautsprecher, dass der Körperschallwandler im Gegensatz zum Lautsprecher keine Membran beziehungsweise Lautsprechermembran aufweist. Mittels des Körperschallwandlers werden Schallwellen beziehungsweise Schwingungen wenigstens eines Bauteils des Kraftfahrzeugs bewirkt, wodurch das Geräusch erzeugt wird, da dieses Bauteil Luftschwingungen an die Umgebung abgibt und somit den Schall umsetzt. Im Gegensatz dazu werden mittels eines Lautsprechers Schwingungen von Luft mit Hilfe einer im Lautsprecher vorhandenen Membrane erzeugt, wodurch das Geräusch erzeugt wird. Durch den Einsatz eines Körperschallwandlers ist es möglich, das Geräusch besonders kostengünstig und unauffälliger zu erzeugen. Der Einsatz eines Lautsprechers ist vorteilhaft, da Lautsprecher in einem größeren Frequenzbereich als Körperschallwandler Geräusche erzeugen können. Shaker sind gegenüber Lautsprechern wesentlich robuster und können unauffälliger untergebracht werden. Shaker und das Medium, welches die Schallwellen des Shakers aufnimmt, werden vorzugsweise aufeinander abgestimmt. Das Bauteil kann beispielsweise eine Fronthaube, insbesondere Motorhaube, oder eine sonstige Komponenten im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs sein. Ein vorteilhafter Resonanzkörper wäre der Luftfilterkasten, welcher auch Ansauggeräuschdämpfer genannt wird, oder ein im Einlasstrakt verbautes Schwingvolumen. Der Shaker ermöglicht dabei eine besonders unauffällige Erzeugeung des Geräuschs.
Ferner ist es denkbar, als den Aktor einen piezoelektrischen Aktor zu verwenden. Der piezoelektrische Aktor ist beispielsweise ein piezoelektrischer Flächenaktor. Dabei handelt es sich um eine Fläche, die piezoelektrisch Schallwellen erzeugen kann.
Ein besonders vorteilhaftes und angenehmes Geräusch lässt sich insbesondere dadurch realisieren, dass mittels des Aktors in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal wenigstens ein Bauteil, insbesondere des Einlasstrakts, in Schwingung versetzt wird.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Ansteuersignal in Abhängigkeit von einem von dem Signal unterschiedlichen, weiteren Signal erzeugt wird, welches einen Zustand des Kraftfahrzeugs charakterisiert. Dies bedeutet, dass das weitere Signal als zusätzliche Führungsgröße verwendet wird, welche das erste Signal beeinflusst oder vollständig übernimmt. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei sehr einfachen Schaltungen der Nachteil besteht, dass kaum noch Einfluss auf das umgesetzte, zu erzeugende Geräusch, insbesondere Ansauggeräusch, genommen werden kann. Weist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise Techniken auf, die sich nachteilig auf das gewonnene Schwingungssignal auswirken, so kann dies durch die Zuhilfenahme der zusätzlichen Führungsgröße kompensiert werden. In der Folge kann das Geräusch besonders bedarfsgerecht und insbesondere in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine erzeugt werden.
Ferner ist es denkbar, als den Sensor einen Absolutdrucksensor oder aber einen Differenzdrucksensor zu verwenden. Dieser kann im schon im Stand im Leerlauf ein sehr ausgeprägtes Signal bereitstellen. Das Signal kann jedoch eine so starke Ausprägung haben, das auch Geräusche wahrgenommen werden können, die undefiniert auftauchen und nicht vorteilhaft klingen. Daher erfolgt vorzugsweise die Einstellung, insbesondere Regelung, der Lautstärke über die externe Führungsgröße. Im Stand kann die Verstärkung auf Null gesetzt werden. Sobald ein Gasstoß erfolgt, wird die Verstärkung auf das Maximum gesetzt. So ist der Aktor im Stand leise und wird hier nur bei Drehzahldynamik angesteuert.
Zur Erfindung gehört auch eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Geräusches, welches einen Betrieb einer eine von einem gasförmigen Medium durchströmbare Anlage aufweisenden Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs charakterisiert. Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen Aktor und eine Steuereinrichtung. Die Vorrichtung ist zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens ein von wenigstens einem Sensor bereitgestelltes Signal zu empfangen, wobei das Signal zumindest eine Schwingungen der Anlage charakterisierende Messgröße charakterisiert. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, einen Wechselanteil des Signals zu bestimmen und wenigstens ein Steuersignal derart zu erzeugen, dass die Steuereinrichtung eine Frequenz des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Wechselanteil bestimmt. Darüber hinaus ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, den Aktor in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal anzusteuern, um dadurch mittels des Aktors das Geräusch zu erzeugen. Vorteile und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anzusehen und umgekehrt.
Beispielsweise umfasst die Steuereinrichtung eine Filterstrecke, die vorzugsweise analog ist. Denkbar ist, dass analoge Filter der Filterstrecke über einen kleinen Mikrocontroller gesteuert werden, um mitlaufende analoge Filter umzusetzen. Der Hochpass könnte damit in Echtzeit in einem definierten Abstand unter der typischen Motorordnung laufen. Das könnte noch einen weiteren Vorteil bei der Filterung bieten und die Echtzeitfähigkeit bleibt erhalten.
Die Aufbereitung des Führungssignals könnte über eine Recheneinheit beziehungsweise einen Mikrocontroller erfolgen. Dieses Signal ist nicht Echtzeitrelevant. Solch eine Einheit könnte zum Beispiel den Gleichanteil aus dem Ladedrucksensor herausfiltern und auf eine analoge Führungsgröße von der Motorsteuerung zugreifen. Auch könnte eine solche Recheneinheit eine Führungsgröße von einem Bussystem beziehen. Das Bussystem ist zum Beispiel ein CAN-Bus, auf dem die Motorsteuerung ein individuell gestaltetes Führungsgrößensignal in jedem Fahrzeug zur Verfügung stellt. Wie schon beschrieben ist ein von der Motorsteuerung gestelltes Führungssignal deutlich komplexer gestaltbar. Auch für Nachrüstlösungen hätte dies einen Vorteil. Das Bussystem ist in jedem Fahrzeug verfügbar und kann auch nachträglich abgegriffen werden. Ein Steuersignal und somit eine Leitung von einer Motorsteuerung können nur aufwändig nachgerüstet werden. Solche Leitungen werden nicht vorgehalten, um Kosten zu sparen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, wobei im Rahmen eines entsprechenden Verfahrens ein Geräusch erzeugt wird, welches einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine charakterisiert;
2 Diagramme zur Veranschaulichung des Verfahrens anhand eines Sensorsignals und mit nur einer Frequenz;
3 eine schematische Darstellung eines idealen Hochpassfilters, welcher im Rahmen des Verfahrens als realer statischer analoger Filter oder analoger Mitlauf-Filter zum Einsatz kommen kann;
4 eine schematische Darstellung eines idealen Tiefpassfilters, welcher im Rahmen des Verfahrens als realer statischer analoger Filter oder analoger Mitlauf-Filter zum Einsatz kommen kann;
5 Diagramme zum Veranschaulichen des Verfahrens anhand einer Schwingung;
6 ein weiteres Diagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens;
7 eine schematische Darstellung einer idealen Bandsperre, welcher im Rahmen des Verfahrens als realer statischer analoge Sperre oder analoge Mitlauf-Sperre zum Einsatz kommen kann;
8 Diagramme zum Veranschaulichen des Verfahrens;
9 eine schematische Darstellung eines Analogmultiplizierers, welcher im Rahmen des Verfahrens zum Einsatz kommen kann;
10 Diagramme zum Veranschaulichen des Verfahrens;
11 ein weiteres Diagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens;
12 eine schematische Darstellung eines Leistungsverstärkers zum Verstärken eines Signals;
13 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform;
14 ein Blockschaltbild zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
15 ein Blockschaltbild zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens. Das Kraftfahrzeug ist mittels der Verbrennungskraftmaschine 1 antreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst ein Zylindergehäuse 2, welches auch Bestandteil eines Motorblocks der Verbrennungskraftmaschine 1 ist. Durch das Zylindergehäuse 2 sind Brennräume in Form von Zylindern 3 gebildet, wobei die Verbrennungskraftmaschine 1 vorliegend genau vier Zylinder 3 aufweist. Die Zylinder 3 sind in Reihe angeordnet, so dass die Verbrennungskraftmaschine 1 als Vier-Zylinder-Reihenmotor ausgebildet ist und auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst auch ein in 1 nicht erkennbares Kurbelgehäuse, welches beispielsweise einstückig mit dem Zylindergehäuse 2 ausgebildet ist. Alternativ ist es denkbar, dass das Kurbelgehäuse als ein separat vom Zylindergehäuse 2 ausgebildetes und mit dem Zylindergehäuse 2 verbundenes Gehäuseteil ausgebildet ist. Die als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst ferner eine Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle, welche an dem Kurbelgehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Über die Kurbelwelle stellt die Verbrennungskraftmaschine 1 Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereit.
In dem jeweiligen Zylinder 3 ist ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen, wobei der jeweilige Kolben über ein jeweiliges Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle gekoppelt ist. Dadurch werden die translatorischen Bewegungen des Kolbens im jeweiligen Zylinder 3 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse umgewandelt. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist einen von Luft durchströmbaren Einlasstrakt 4 auf, mittels welchem die den Einlasstrakt 4 durchströmende Luft zu den und in die Zylinder 3 geführt wird. Hierzu weist der Einlasstrakt 4 eine Ansaugmündung 5 auf, über welche die Luft in den Einlasstrakt 4 strömen kann. Der Einlasstrakt ist somit eine Anlage, die von einem gasförmigen Medium in Form der Luft durchströmbar ist. Der Einlasstrakt 4 ist auf einer Einlassseite angeordnet, auf welcher die Luft in die Zylinder 3 einströmt.
Im Einlasstrakt 4 ist ein Luftfilter 6 angeordnet, welcher einen Luftfilterkasten 7 umfasst, der allgemein auch Ansauggeräuschdämpfer bezeichnet wird. Der Luftfilterkasten 7 ist ein Gehäuse des Luftfilters 6, wobei durch dieses Gehäuse ein von der Luft durchströmbarer Aufnahmeraum begrenzt ist. In diesem Aufnahmeraum ist wenigstens ein Filterelement vorliegend in Form einer Luftfiltermatte 8 angeordnet, wobei das Filterelement (Luftfiltermatte 8) von der Luft durchströmbar ist. Die die Luftfiltermatte 8 durchströmende Luft wird mittels der Luftfiltermatte 8 gefiltert, so dass beispielsweise in der Luft enthaltene Partikel an der Luftfiltermatte 8 hängen bleiben und somit aus der Luft gefiltert werden. Die den Einlasstrakt 4 durchströmende Luft wird bezogen auf ihre Strömungsrichtung durch den Einlasstrakt 4 stromauf der Luftfiltermatte 8 als Rohluft bezeichnet, so dass der Einlasstrakt 4 stromauf der Luftfiltermatte 8 einen sogenannten Rohluft-Bereich aufweist. Da die Luft mittels der Luftfiltermatte 8 gefiltert und dadurch gereinigt wird, wird die Luft stromab der Luftfiltermatte 8 als Reinluft bezeichnet, so dass der Einlasstrakt 4 stromab der Luftfiltermatte 8 einen Reinluftbereich aufweist.
Im Einlasstrakt 4 ist darüber hinaus ein Ladeluftsammler 9 angeordnet, welcher von der Luft durchströmbar ist. Mittels des Ladeluftsammlers 9 wird die Luft auf die Zylinder 3 aufgeteilt und in die Zylinder 3 geführt, so dass der Ladeluftsammler 9 auch als Luftverteiler, insbesondere Ladeluft-Verteiler, bezeichnet wird. Ferner wird der Ladeluftsammler 9 als Sammler oder Luftsammler bezeichnet, da sich die komprimierte Luft zunächst in dem Ladeluftsammler 9 sammeln kann, bevor die Luft in die Zylinder 3 strömt beziehungsweise die komprimierte Luft in den jeweiligen Zylinder 3 gedrückt wird.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise aufgeladener Verbrennungsmotor ausgebildet und weist hierbei einen im Einlasstrakt 4 angeordneten Verdichter 10 auf, welcher vorliegend als Radialverdichter ausgebildet ist. Der Verdichter 10 umfasst ein von der Luft durchströmbares Verdichtergehäuse 11 sowie ein Verdichterrad 12, welches in dem Verdichtergehäuse 11 aufgenommen und um eine Drehachse relativ zu dem Verdichtergehäuse 11 drehbar ist. Mittels des Verdichters 10, insbesondere mittels des Verdichterrads 12, wird die den Einlasstrakt 4 durchströmende Luft verdichtet, so dass den Zylindern 3 verdichtete Luft zugeführt wird. Im Einlasstrakt 4 ist stromauf der Zylinder 3 und stromab des Verdichters 10, insbesondere des Verdichterrads 12, ein Einstellelement in Form einer Drosselklappe 13 angeordnet, mittels welcher eine in die Zylinder 3 einströmende Menge der Luft einstellbar ist. Hierzu ist die Drosselklappe 3 relativ zu dem Ladeluftsammler 9 bewegbar und insbesondere um eine Schwenkachse verschwenkbar. Bei Motoren mit variabler Ventilhubverstellung wird die gleiche Funktionalität zusätzlich beziehungsweise alternativ über den Ventilhub realisiert.
Das Versorgen der Zylinder 3 mit verdichteter Luft wird auch als Aufladen bezeichnet, wobei die verdichtete Luft auch als Ladeluft bezeichnet wird. Somit weist der Einlasstrakt 4 stromab des Verdichterrads 12, mittels welchem die Luft verdichtet wird, einen sogenannten Ladeluft-Bereich auf, so dass also die Drosselklappe 13 und der Ladeluftsammler 9 in diesem Ladeluft-Bereich angeordnet sind. Die verdichtete Luft kann über Einlassventile 14 in die Zylinder 3 einströmen.
In der Umgebung der Verbrennungskraftmaschine 1 weist die Luft einen Druck P1 auf, wobei dieser Druck als Umgebungsdruck bezeichnet wird. Stromab der Luftfiltermatte 8 und stromauf des Verdichterrads 12 weist die Luft in dem Einlasstrakt 4 einen Druck P2 auf. Durch das Verdichten der Luft wird die Luft erwärmt. Um dennoch einen besonders hohen Aufladegrad zu realisieren, ist in dem Einlasstrakt 4 stromab des Verdichterrads 12 eine Kühleinrichtung in Form eines Ladeluftkühlers 15 angeordnet. Mittels des Ladeluftkühlers 15 wird die verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt, bevor sie in die Zylinder 3 einströmt. Der Ladeluftkühler 15 ist somit stromab des Verdichterrads 12 und stromauf der Zylinder 3, insbesondere stromauf des Ladeluftsammlers 9, angeordnet. Dabei ist die Drosselklappe 13 stromab des Verdichterrads 12, insbesondere stromab des Verdichterrads 12 und stromab des Ladeluftkühlers 15, und stromauf des Ladeluftsammlers 9 beziehungsweise stromauf der Zylinder 3 angeordnet. Die Drosselklappe 13 kann dabei vor (stromauf) oder auch nach (stromab) dem Ladeluftkühler 15 angeordnet sein.
Die Luft weist stromauf der Drosselklappe 13 und stromab des Ladeluftkühlers 15 einen Druck P4 auf, wobei die Luft stromab der Drosselklappe 13 und stromauf der Zylinder 3 einen Druck P5 in dem Einlasstrakt 4 aufweist. Der Druck P5 wird beispielsweise auch als Ladedruck bezeichnet, wobei die Luft mit dem Druck P5 (Ladedruck) in die Zylinder 3 einströmt, so dass die Zylinder mit dem Ladedruck versorgt werden.
Den Zylindern 3 wird nicht nur die Luft, sondern auch Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zugeführt. Beispielsweise wird der Kraftstoff direkt in die Zylinder 3 eingespritzt. (Aber auch eine Einspritzung in den Einlasskanal, das heißt eine Saugrohreinspritzung oder eine Kombination beider Systeme ist denkbar). Hierdurch wird im jeweiligen Zylinder 3 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet, welches verbrannt wird. Daraus resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1, wobei das Abgas in einen Abgastrakt 16 der Verbrennungskraftmaschine 1 strömen kann und den Abgastrakt 16 durchströmen kann. Der Abgastrakt 16 umfasst hierbei einen Krümmer 17, welcher auch als Abgaskrümmer bezeichnet wird. Mittels des Abgaskrümmers wird das Abgas aus den Zylindern 3 abgeführt. Der Abgastrakt ist somit eine weitere Anlage der Verbrennungskraftmaschine 1, wobei diese weitere Anlage von einem gasförmigen Medium in Form des Abgases durchströmbar ist. In dem Abgastrakt 16 ist stromab des Krümmers 17 ist eine Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegend in Form eines Katalysators 18 angeordnet. Ferner ist in dem Abgastrakt 16 stromab des Katalysators 18 ein Schalldämpfer 19 angeordnet.
Der Verdichter 10 kann beispielsweise als Kompressor, das heißt als mechanischer Lader ausgebildet sein. Ein solcher mechanischer Lader ist über ein Antriebssystem mit der Kurbelwelle gekoppelt und demzufolge von der Kurbelwelle mechanisch antreibbar. Bei dem Antriebssystem handelt es sich beispielsweise um einen Umschlingungstrieb wie beispielsweise einen Ketten- oder Riementrieb.
Vorliegend jedoch ist der Verdichter 10 Bestandteil eines im Ganzen mit 20 bezeichneten Abgasturboladers, welche eine in dem Abgastrakt 16 angeordnete Turbine 21 umfasst. Die Turbine 21 weist ein von dem Abgas durchströmbares Turbinengehäuse 22 und ein Turbinenrad 23 auf, welches in dem Turbinengehäuse 22 angeordnet und um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse 22 drehbar ist. Vorliegend fällt die Drehachse des Turbinenrads 23 mit der Drehachse des Verdichterrads 12 zusammen. Das Verdichterrad 12 und das Turbinenrad 23 sind Bestandteile eines Rotors des Abgasturboladers 20, wobei dieser Rotor auch eine Welle 24 umfasst. Die Welle 24 ist um die zuvor genannte Drehachse drehbar, wobei das Verdichterrad 12 und das Turbinenrad 23 drehfest mit der Welle verbunden sind.
Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1 kann das Turbinenrad 23 anströmen und dadurch antreiben, so dass Turbinenrad 23 von dem Abgas antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird. Dadurch wird das Verdichterrad 12 über die Welle 24 von dem Turbinenrad 23 angetrieben, wodurch mittels des Verdichterrads 12 die den Einlasstrakt 4 durchströmende Luft verdichtet wird. Somit kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden, so dass sich ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 realisieren lässt. Insbesondere können die Anzahl der Zylinder 3 sowie das Hubvolumen beziehungsweise der Hubraum der Verbrennungskraftmaschine 1 gering gehalten werden, wobei gleichzeitig dadurch, dass die Zylinder 3 mit verdichteter Luft versorgt werden, besonders hohe spezifische Leistungen und Drehmomente der Verbrennungskraftmaschine 1 realisierbar sind.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst auch eine Umgehungseinrichtung 26, welche als Wastegate bezeichnet wird. Die Umgehungseinrichtung 26 umfasst einen Umgehungskanal 27, über welchen das Turbinenrad 23 zumindest von einem Teil des den Abgastrakt 16 durchströmenden Abgases zu umgehen ist. Darunter ist zu verstehen, dass das den Umgehungskanal 27 durchströmende Abgas das Turbinenrad 23 nicht anströmt und demzufolge nicht antreibt. Das den Umgehungskanal 27 durchströmende Abgas wird an einer bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgastrakt 16 stromauf des Turbinenrads 23 angeordneten Stelle abgezweigt. Das abgezweigte Abgas durchströmt den Umgehungskanal 27 und wird an einer stromab des Turbinenrads 23 angeordneten Stelle in den Abgastrakt 16 wieder eingeleitet.
Die Umgehungseinrichtung 26 umfasst ferner ein beispielsweise als Klappe ausgebildetes Ventilelement 28, mittels welchem eine den Umgehungskanal 27 durchströmende Menge des Abgases einstellbar ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Leistung (Laderdrehzahl) der Turbine 21 und somit die Menge des Abgases einzustellen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Leistung der Turbine 21 und somit den Ladedruck einzustellen. Der Abgastrakt 16 ist auf einer Auslassseite oder Abgasseite angeordnet, auf welcher das Abgas aus den Zylindern 3 ausströmt.
Wären in dem Einlasstrakt 4 kein Verdichter zum Verdichten der Luft und kein Ladeluftkühler angeordnet, so wäre die Verbrennungskraftmaschine 1 als sogenannter Saugmotor ausgebildet. Ein solcher Saugmotor saugt während seines Betriebs die Luft über den Einlasstrakt 4 an und in die Zylinder 3 ein. Da bei einem Saugmotor der Abgasturbolader 20 und Umgehungseinrichtung 26 entfallen, weist ein solcher Saugmotor einen relativ einfachen Aufbau auf. Da der Saugmotor über den Einlasstrakt 4 die Luft ansaugt, wird der Einlasstrakt auch als Ansaugseite bezeichnet. Diese Ansaugseite ist bei einem Saugmotor sehr kurz und offen gestaltet.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist beispielsweise als Viertaktmotor ausgebildet, so dass die Verbrennungskraftmaschine 1 innerhalb eines Arbeitsspiels vier Arbeitstakte aufweist beziehungsweise durchführt. Ein solches Arbeitsspiel umfasst genau zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle. Der erste Arbeitstakt wird als Ansaugen bezeichnet, da sich der jeweilige Kolben in Richtung seines unteren Totpunkts bewegt und dadurch Luft in den Zylinder 3 ansaugt. Während dieser Zeit sind auch die Einlassventile 14 des entsprechenden Zylinders 3 geöffnet. Der zweite Takt wird als Verdichten bezeichnet, da sich der Kolben in Richtung seines oberen Totpunkts bewegt, wodurch die sich im Zylinder 3 befindende Luft verdichtet wird. Der dritte Takt wird auch als Verbrennen oder Arbeiten bezeichnet, da im dritten Takt das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird, wodurch das Kraftstoff-Luft-Gemisch expandiert und der Kolben wieder in Richtung seines unteren Totpunkts bewegt wird. Hierdurch wird die Kurbelwelle angetrieben.
Der vierte Takt wird als Ausstoßen bezeichnet, da im vierten Takt das Abgas mittels des Kolbens aus dem Zylinder 3 ausgestoßen beziehungsweise ausgeschoben wird. Während dieser Zeit sind auch Auslassventile des entsprechenden Zylinders 3 geöffnet. Bei einem Vier-Zylindermotor durchfährt jeder Zylinder 3 beziehungsweise Kolben versetzt die entsprechenden Arbeitstakte. Während beispielsweise einer der Zylinder 3 in die Verbrennung übergeht und somit den Kolben nach unten beschleunigt, durchfährt ein anderer Kolben die gleiche Bewegung und saugt dabei Luft an. Dabei schnellt der Kolben nach unten, während bei diesem Zylinder die Einlassventile 14 durch eine Nockenwelle geöffnet werden. Somit saugt dieser Zylinder sprungartig die Luft an, die er aus dem Einlasstrakt 4, welcher auch als Sauganlage bezeichnet wird, ziehen kann. Die in den jeweiligen Zylinder 3 einströmende Menge der Luft wird durch die Öffnungszeit der Einlassventile 14, durch die Stellung der Drosselklappe 13 und durch den Einlasstrakt 4 bestimmt, wobei die Stellung der Drosselklappe 13 auch als Klappenwinkel oder Drosselklappenwinkel bezeichnet wird.
Es entstehen je nach Drosselklappenstellung und Motordrehzahl extreme Unterdruckschwingungen im Ladeluftsammler 13, da dieser konstruktionsbedingt nicht gleichmäßig die gewünschte Luftmenge zur Verfügung stellen kann. Diese sehr ausgeprägten Druckschwankungen beziehungsweise Schwingungen bilden gleichzeitig Schallwellen, deren Frequenz abhängig von der Anzahl der Zylinder 3 und der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1, insbesondere der Kurbelwelle, ist. Diese Schallwellen können zum Beispiel bei Volllast, bei welcher die Drosselklappe 13 vollständig geöffnet ist, fast ungehindert bis an die Ansaugmündung 5 gelangen. Diese Luftschwingungen sind sogar so stark, dass man mit einer entsprechenden Konstruktion eine zusätzliche akustische Abstrahlung erreichen kann. Bei einer solchen Konstruktion sind beispielsweise dünne Wandungen des Ladeluftsammlers 9 und des Luftfilterkastens 7 vorgesehen. Bei Sportwagen mit Saugmotoren wird bei der Konstruktion sogar speziell darauf geachtet, eine besonders gute Akustikabstrahlung zu erreichen. Hierfür werden für Luftfiltergehäuse 7 und Einlasstrakt 4, insbesondere Ladeluftsammler 9, dünne Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere Kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK), eingesetzt, die eine besonders dünne und somit schwingungsoptimierte Wandstärke ermöglichen. Die Druckverhältnisse bei einem Saugmotor sind je nach Drosselklappenwinkel derart, dass der Druck nach der Drosselklappe 13 kleiner als der Druck P2 vor der Drosselklappe 13 und der Druck P2 kleiner als der Druck P1 ist, wobei der Druck P1 dem barometrischen Umgebungsdruck entspricht.
Im Vergleich zu einem Saugmotor kann aus 1 der gegenüber dem Saugmotor komplexere Aufbau der aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine 1 erkannt werden. Speziell die Ansaugseite, welche auch als Einlassseite bezeichnet wird, weist im Vergleich zum Saugmotor zusätzliche Komponenten insbesondere in Form des Verdichters 10 auf. Eine weitere zusätzliche Komponente ist der Ladeluftkühler 15. Durch diese zusätzlichen Komponenten sind die offene Gestaltung und somit die Durchgängigkeit des Einlasstrakts 4 wie bei einem Saugmotor nicht mehr realisierbar. Bei einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine stellen der Ladeluftkühler 15 und demgegenüber noch stärker der Abgasturbolader 20, insbesondere der Verdichter 10, eine akustische Barriere dar. Mittels der Turbine 21 wird das Abgas beziehungsweise der Abgasmassenstrom und der vorhandene Abgasdruck genutzt, um den Verdichter 10 auf Drehzahl zu bringen beziehungsweise anzutreiben. Der Rotor wird beispielsweise auf Drehzahlen von ca. 150.000 Umdrehungen pro Minute gehalten und mittels des Wastegates (Umgehungseinrichtung 26) geregelt. Der Verdichter 10, welcher eine Ansaugturbine ist, drückt dabei die Luft durch den Ladeluftkühler 15 in Richtung der Zylinder 3. Nach dem Verdichterrad 12 muss die Luft eine Engstelle passieren, wobei die Engstelle beispielsweise durch einen von der verdichteten Luft durchströmbaren Kanal des Verdichtergehäuses 11 gebildet ist. Somit bilden der Kanal sowie das Verdichterrad 12 selber eine Engstelle und somit eine akustische Barriere.
Akustisch ähnlich verhält sich der Ladeluftkühler 15. Hier wird die Luft durch feine Kanäle mit großer Oberfläche gedrückt, so dass die Luft gekühlt werden kann. Von der Verbrennungskraftmaschine 1 beziehungsweise vom Zylindergehäuse 2 kommende Schallwellen werden durch den konzeptbedingten Aufbau des Ladeluftkühlers 15 und des Abgasturboladers 20 gedämpft. Stromauf der Drosselklappe 13 wird vom Abgasturbolader 20 stets ein gewisser Ladedruck zur Verfügung gestellt. Je nach Fahrerwunsch und somit Lastanforderung wird mittels der Drosselklappe 13 dann nur der Ladedruck für die Zylinder 3 durchgelassen, der benötigt wird. Die Luft wird somit nicht wie bei einem Saugmotor in die Zylinder 3 angesaugt, sobald die Drosselklappe 13 geöffnet wird, sondern in die Zylinder 3 gedrückt.
Der Fahrer des Kraftfahrzeugs kann eine von der Verbrennungskraftmaschine 1 über die Kurbelwelle bereitzustellende Last mittels eines Betätigungselement insbesondere in Form eines Fahrpedals einstellen, indem der Fahrer das Fahrpedal betätigt beziehungsweise bedient. Dieses Einstellen der von der Verbrennungskraftmaschine 1 über die Kurbelwelle bereitzustellenden Last wird auch als Lastanforderung bezeichnet. Durch Betätigen des Bedienelements wird die Drosselklappe 13 entsprechend bewegt beziehungsweise verstellt, wodurch dann die Menge der Luft und somit die Last eingestellt werden.
Zwischen den Zylindern 3 und der Drosselklappe 13 kommen somit – bis auf wenige Ausnahmen – keine Unterdrücke mehr zustande. Es gibt jedoch Einzelfälle, die durch ein spätes Ansprechverhalten des Abgasturboladers 20 entstehen können. Die extremen Druckschwingungen in der Luftsäule wie bei einem Saugmotor gibt es bei der aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine 1 nicht mehr. Es sind jedoch noch leichte Schwingungen vorhanden. Es handelt sich dabei um minimale Druckunterschiede, die entstehen, wenn bei einem anliegenden Ladedruck spontan ein Ventil, das heißt beispielsweise eines der Einlassventile 14, geöffnet wird und der Ladedruck das durch das Öffnen des Ventils neu entstandene Volumen des entsprechenden Zylinders 3 ausgleicht. Da der Sammler (Ladeluftsammler 9) praktisch nur einen gewissen Luftvorrat hat, entstehen dadurch leichte kurzzeitige Schwingungen im Druckpegel. Mit anderen Worten entstehen Druckänderungen in Form von Druckschwingungen, welche auch als Schwingungen des Einlasstrakts 4 angesehen beziehungsweise bezeichnet werden.
Diese Schwingungen des Einlasstrakts 4 sind somit Druckschwingungen, welche jedoch im Vergleich zu einem Saugmotor relativ gering sind. Somit weist die aufgeladene Verbrennungskraftmaschine 1, welche auch als Turbomotor bezeichnet wird, im Vergleich zu einem Saugmotor eine schlechtere Ansaugakustik auf. Die Gründe für die schlechtere Ansaugakustik eines Turbomotors sind daher:

– sehr geringe Schwingungsamplituden in der Luftsäule vor den Zylindern 3
– die Drosselklappe 13 wirkt als erste Akustikbarriere
– der Ladeluftkühler 15 mit seiner engen Luftführung wirkt als zweite Akustikbarriere
– der Abgasturbolader 20 mit seiner Engstelle am Verdichterrad 12 wirkt als dritte Akustikbarriere
– deutlich längere Rohluftführung gegenüber einem Saugmotor
– keine Abstrahlung über das gesamte Ansauggehäuse auf der Ladedruckseite (wenige Schwingungen, wobei eine sehr steife Auslegung bezüglich des zu erwartenden Berstdrucks hinzukommt)

Ähnliche Bedingungen findet man auch bei einer Kompressoraufladung, bei welcher ein mechanischer Lader verwendet wird. Somit hat kaum ein herkömmlicher Turbomotor überhaupt ein Ansauggeräusch. Bei Kompressoren und Turboladern gibt es teilweise Pump- und Heulgeräusche, die jedoch vom Verdichter selbst stammen. Auch Abblasgeräusche von einfachen Turboladerkonzepten können noch einen kleinen Effekt auf die Ansaugakustik geben. Diese sind aber in den meisten Fällen nicht gewünscht und werden mit zusätzlichen Maßnahmen gedämpft.
Dabei werden moderne Verbrennungskraftmaschinen zunehmend nach dem sogenannten Downsizing-Prinzip ausgestaltet. Aber speziell das fehlende Ansauggeräusch ist unerwünscht, so dass im Inneren beziehungsweise im Innenraum des Kraftfahrzeugs die fehlende Akustik eines Turbomotors im Vergleich zu einem Saugmotor beispielsweise durch unterschiedliche technische Mittel künstlich aufgewertet wird. Diese Techniken sind bereits weit entwickelt, aber die typische Wahrnehmung als Ansauggeräusch, das von der Verbrennungskraftmaschine 1 kommt, ist nicht gegeben. Mit anderen Worten klingen Geräusche, welche mittels solcher Techniken erzeugt werden und einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 charakterisieren sollen, sehr künstlich beziehungsweise synthetisch und werden selten mit sportlichen Saugmotoren assoziiert. Diese künstlichen beziehungsweise synthetischen Geräusche sind zudem nur im Innenraum wahrnehmbar. In der Umgebung des Kraftfahrzeugs sind keine Ansauggeräusche beziehungsweise Ansaugakustik akustisch wahrnehmbar. Es kann sogar so weit gehen, dass in der Umgebung des Kraftfahrzeugs nur noch mechanische Geräusche der Verbrennungskraftmaschine 1 wahrgenommen werden. Diese werden üblicherweise nicht immer als wertig wahrgenommen. Beispielsweise können von außen klackernde Einspritzventile, Hochdruckpumpen und/oder andere Bauteile des Turbomotors akustisch wahrgenommen werden.
Üblicherweise sind alle Maßnahmen, mittels welchen im Kraftfahrzeug die Akustik eines Turbomotors aufgewertet werden soll, sehr aufwändig. Das zu erzeugende Geräusch muss üblicherweise speziell für das jeweilige Kraftfahrzeug entwickelt und dann aufwändig appliziert werden. Zwar wird ein Geräusch erzeugt, jedoch ist die Entstehung dieses Geräusches sowie die Umsetzung komplett künstlich. Üblicherweise handelt es sich dabei um eine Akustik, die vom Motor mittels Körperschall (Motorlager) sowie der Abgasanlage (Aufhängegummis) über die Abgasmündung (Luftschall) ins Fahrzeuginnere gelangt. Dieser Basisakustik wird dann bei Bedarf ein künstliches Geräusch hinzugefügt. Ein Ansauggeräusch, welches eine Person sowohl im Innenraum des Kraftfahrzeugs als auch von außen wahrnehmen kann, existiert bei modernen Verbrennungsmotoren praktisch nicht mehr.
Es ist bekannt, mechanische Systeme einzusetzen, welche Ladedruckschwingungen an die Umwelt abgeben können. Diese mechanischen Systeme werden konstruktiv an die Fahrzeugkabine angebunden und reichen von der Leistung aus, um im Fahrzeuginneren eine entsprechende Motorakustik umzusetzen. Ein repräsentatives Ansauggeräusch können sie jedoch nicht erreichen beziehungsweise nicht leisten. Dafür reicht die umsetzbare Schallleistung nicht aus.
Ferner ist es denkbar, einen oder mehrere Lautsprecher in der Fahrzeugfront oder in der Ansauganlage, insbesondere stromauf des Luftfilterkastens 7 oder im Luftfilterkasten 7, anzuordnen. Nachteilig hierbei sind jedoch die Art der Umsetzung sowie die Kosten. Ein solcher Lautsprecher ist relativ leicht erkennbar und wird daher meist als irreführend angesehen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn mittels Steuergeräten künstliche Akustiken geschaffen werden. Zudem weist ein solches Steuergerät eine komplexe und kostenintensive Technik auf. Üblicherweise kommt hierzu ein digitaler Signal-Prozessor (DSP) zum Einsatz, welcher mittels Kennfeldern in Echtzeit Signale erzeugt, die dann mittels Verstärkern und Aktoren akustisch umgesetzt werden könnten. Hinzu kommt eine aufwändige Applikation, die notwendig wird, um entsprechende Daten für ein solches Steuergerät zu entwickeln. Zudem bleibt immer der Eindruck, dass das Geräusch künstlich ist beziehungsweise synthetisiert wird. Diese Steuergeräte können zwar in Echtzeit eine Akustik erzeugen, aber üblicherweise mangelt es an der Kurbelsynchronen Ausgabe. Würde man es mit der aktuell vorhanden Technik – die im Innenraum genutzt wird – umsetzten, dann käme es zu Schwebungen im Signal und dies würde den künstlichen Charakter nochmals verstärken.
Daher werden im Folgenden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, mittels welchen ein einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 charakterisierendes, besonders vorteilhaftes und angenehmes Geräusch erzeugt werden kann, wobei dieses Geräusch nicht als synthetisch oder künstlich wahrgenommen wird, sondern vielmehr als tatsächliches Sauggeräusch beziehungsweise als tatsächliche Ansaugakustik, insbesondere eines Saugmotors, wahrgenommen wird. Dabei sind das Verfahren und die Vorrichtung besonders einfach aufgebaut beziehungsweise durchführbar, wobei die Vorrichtung sogar als nachrüstbares System ausgestaltet werden kann, mit welchem herkömmliche, bereits existierende Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Turbomotoren, ergänzt werden können. Durch die Umsetzung ist immer die gleiche Phasenlage von vorhandener Motorakustik und neu hinzugefügter Akustik gewährleistet, was nochmal den natürlichen Geräuscheindruck unterstützt. Ferner sind unterschiedliche Ausbaustufen beziehungsweise Ausführungsformen denkbar. Darüber hinaus sind das System und die Vorrichtung nicht auffällig und werden somit nicht optisch wahrgenommen. Denkbar ist sogar, die Vorrichtung in einen Motorraum, in welchem die Verbrennungskraftmaschine 1 aufgenommen ist, zu integrieren, ohne dass die Vorrichtung auf den ersten Blick für eine Person ersichtlich ist. Zwar wird die Akustik ebenfalls künstlich umgesetzt, jedoch ist der Ursprung des erzeugten Geräuschs echt beziehungsweise wird von der Verbrennungskraftmaschine 1 tatsächlich abgegeben.
Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird das Ansauggeräusch aus echten Ladungswechsel-Schwingungen gewonnen und ist daher von der Erzeugung nicht künstlich. Die Wiedergabe erfolgt über wenigstens einen Aktor 29. Der Aktor 29 ist beispielsweise ein Shaker, welcher auch als Körperschallwandler bezeichnet wird. Alternativ ist es denkbar, dass der Aktor 29 als ein Lautsprecher ausgebildet ist. Auch eine piezoelektrische Schallabstrahlung ist denkbar. Ein Lautsprecher kann insbesondere dann zum Einsatz kommen, wenn eine Möglichkeit gefunden wird, seine Spezifikation bezüglich der Umwelteinflüsse einzuhalten. Ein Shaker (Körperschallwandler) hat den Vorteil, dass er einen nur geringen Bauraumbedarf aufweist und somit nur wenig Platz benötigt und zum Beispiel einen bereits vorhandenen Resonanzkörper wie beispielsweise den Luftfilterkasten 7, eine Rohluftführung, eine Motorhaube etc. nutzen kann. Ein solcher Shaker arbeitet im Prinzip wie ein Lautsprecher, nur dass der Shaker keine Lautsprechermembrane aufweist. Ein Lautsprecher weist gegenüber einem Shaker eine höhere Schallleistung und ein größeres Frequenzband auf, jedoch weist ein Shaker im Vergleich zu einem Lautsprecher einen geringeren Bauraumbedarf und eine höhere Robustheit beziehungsweise Haltbarkeit auf. Ein Shaker kann insbesondere zum Einsatz kommen, da ein so breites Frequenzband, wie es ein Lautsprecher bereitstellen kann, bei der Erzeugung des Geräuschs nicht unbedingt benötigt wird. Durch die Verwendung des Shakers kann die Vorrichtung insgesamt robuster und bauraumgünstiger ausgestaltet werden und somit besonders gut verstaut werden.
Eine echte Schwingung aus dem Ladungswechsel eines Turbomotors – die gegebenenfalls leicht gefiltert und verstärkt wiedergegeben der Ansaugakustik eines Saugmotors entspricht – könnte dem Turbomotor wieder die vom Saugmotor bekannte Ansaugakustik und akustische Attraktivität beziehungsweise Emotionen zurückgeben. Sie würde zudem den Turbomotor hochwertiger erscheinen lassen. Es könnten zudem mechanische und nicht unbedingt erwünschte Geräusche aus dem Motorraum überdeckt werden. Die Technik des Verfahrens und der Vorrichtung ist einfach, kostengünstig und sowohl als Serien- wie auch als Einbau- beziehungsweise Aftersale-Lösung denkbar.
Im Folgenden wird eine in Zusammenschau mit 13 erkennbare erste Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung erläutert, woraufhin eine in Zusammenschau mit 14 zweite Ausführungsform beschrieben wird.
Um mittels des Aktors 29 das Geräusch als ein Ansauggeräusch der Verbrennungskraftmaschine 1 zu erzeugen, wird auf wenigstens einen physikalisch vorhandenen Wert beziehungsweise auf wenigstens eine Messgröße, insbesondere physikalische Messgröße, zurückgegriffen. Im einfachsten Fall ist diese Messgröße der Ladedruck (Druck P5) stromab der Drosselklappe 13, wobei der Ladedruck mittels wenigstens eines als Drucksensor beziehungsweise Ladedrucksensor 30 ausgebildeten Sensors erfasst wird. Dies bedeutet, dass mittels des Ladedrucksensors 30 ein stromauf der Zylinder 3 und stromab der Drosselklappe 13 in dem Einlasstrakt 4 herrschender Druck erfasst wird, so dass auch die zuvor genannten Druckschwingungen beziehungsweise Druckänderungen mittels des Ladedrucksensors 30 erfasst werden. Die zuvor genannte Messgröße ist somit der Druck P5 beziehungsweise der Ladedruck, welcher Schwingungen des Einlasstrakts 4 charakterisiert. Der Ladedrucksensor 30 ist dabei stromab der Drosselklappe 13 angeordnet. Ferner ist in dem Einlasstrakt 4 ein Ladedrucksensor 31 angeordnet, welcher in Strömungsrichtung der Luft stromauf der Drosselklappe 31 angeordnet ist.
Zur Regelung des Ladedrucks benötigt eine Motorsteuerung beziehungsweise ein Motorsteuergerät lediglich wenigstens einen Absolutwert des Ladedrucks, so dass der Ladedrucksensor 30 als Absolutdrucksensor ausgebildet ist beziehungsweise einen Absolutdruck misst. Daher sind einige Ladedrucksensoren bereits mit einer internen Filterung versehen, welcher Oberschwingungen, welche in diesem Fall als unnötiges Störsignal empfunden werden, auf dem Drucksignal verringern sollen. Das Drucksignal ist ein Signal, insbesondere ein elektrisches Signal, das von dem Ladedrucksensor 30 bereitgestellt wird und die erfasste Messgröße, das heißt den Ladedruck charakterisiert. Ein solcher, mit einer internen Filterung versehener Sensor ist nicht immer zur Signalgewinnung geeignet. Für diesen Einsatz sind aber auch Sensoren denkbar, die über keine interne Filterung verfügen. Eine Tiefpass-Filterung erfolgt bereits heute in der Motorsteuerung. Diese kann also bei einem Sensor ohne interne Filterung noch weiter ausgeprägt werden. Dies wäre die einfachste Version zur Signalgewinnung. Ein separater Sensor ohne internen Filter wäre aber auch denkbar.
Vorteilhaft ist auch eine günstige Position des Sensors (Ladedrucksensor 30). Vorteilhaft ist, wenn der Sensor auf der Ladedruckseite besonders nahe am Motoreinlass angeordnet ist. Eine Positionierung des Sensors auf der Reinluftseite stromauf des Verdichterrads 12 oder auf der Ladedruckseite unmittelbar nach dem Verdichterrad 12, insbesondere stromab des Verdichterrads 12 und stromauf der Drosselklappe 13 hat sich als eher ungünstig erwiesen. Bereiche stromauf des Verdichterrads 12 sowie stromauf der Drosselklappe 13 enthalten zwar Schwingungen, aber diese Schwingungen beinhalten keine oder nur geringe Akustikinformationen, die nutzbar sind. Auch eine Position des Sensors direkt stromab der Drosselklappe 13 ist ungünstig, da hier hohe Strömungsgeschwindigkeiten herrschen.
Versuche haben gezeigt, dass eine solche Position nachteilhaft ist. Ferner haben Versuche am Fahrzeug gezeigt, dass aktuell verwendete Ladedrucksensoren eine hinreichende Signalgüte bezüglich Frequenzinhalt aufweisen. Im Prinzip eignen sich Positionen beziehungsweise Stellen direkt im Ladeluftsammler 9 vor dem Motoreinlass. Die Position des Sensors hat jedoch auch Einfluss auf die Zusammensetzung eines Akustiksignals, welches aus dem erfassten Druck beziehungsweise aus dem vom Sensor bereitgestellten Drucksignal gewonnen wird. Das gewonnene Akustiksignal aus dem Ladedrucksignal klingt an verschiedenen Positionen vor dem Motoreinlass unterschiedlich. Das Potential ist an vielen Stellen ähnlich gut, es ist aber in der Zusammensetzung, insbesondere hinsichtlich des Frequenzspektrums, unterschiedlich. Die Laufzeiten der Druckschwingungen verändern sich mit unterschiedlichen Einbaupositionen. Unterschiedliche Einbaupositionen bieten also einen unterschiedlichen Klang im späteren, zu erzeugenden Ansauggeräusch.
2 zeigt ein Diagramm 32, auf dessen Abszisse 33 die Zeit und auf dessen Ordinate 34 der mittels des Ladedrucksensors 30 erfasste Druck P aufgetragen ist, wobei der erfasste Druck P beispielsweise dem Druck P5 entspricht. Ferner zeigt 2 ein Diagramm 35 zur Veranschaulichung der Last M und somit des über die Kurbelwelle von der Verbrennungskraftmaschine 1 bereitgestellten Drehmoments. Ferner zeigt 2 ein Diagramm 36 zur Veranschaulichung der Drehzahl N der Verbrennungskraftmaschine 1. Aus dem Diagramm 35 und 36 ist erkennbar, dass den folgenden Betrachtungen ein Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 zugrunde liegt, in dem die Verbrennungskraftmaschine 1 eine zumindest im Wesentlichen konstante Drehzahl N und ein ansteigendes Drehmoment M aufweist. Somit veranschaulicht das Diagramm 32 den Druck P beziehungsweise Druckverlauf im Sammler (Ladeluftsammler 9) bei konstanter Drehzahl N und leicht steigendem Drehmoment M.
Hierzu kommt es beispielsweise bei einer leichten Bergauffahrt des Kraftfahrzeugs. In das Diagramm 32 ein Verlauf 37 eingetragen, welcher den mittels des Sensors erfassten Druck P beziehungsweise P5 veranschaulicht. Der Sensor stellt beispielsweise ein den erfassten Druck P charakterisierendes, elektrisches Signal bereit, das in 5 gezeigt und dort mit 39 bezeichnet ist. Das Signal 39 wird auch als Ladedrucksignal oder Drucksignal bezeichnet, da es von der Motorsteuerung idealerweise zur Füllungsmengenberechnung empfangen wird. Das Ladedrucksignal wird von Schwingungen überlagert. Diese in 2 mit P2 bezeichneten Druckschwingungen entstehen, wenn spontan die Einlassventile 14 von unterschiedlichen Zylindern öffnen. In diesem Beispiel ist zur Vereinfachung nur eine Schwingung mit der Periodendauer tp eingezeichnet.
Diese Schwingungen sind zwar nur sehr gering ausgeprägt, sie können jedoch als Basis für einen Akustikgewinn herangezogen werden. In 2 ist die Amplitude übertrieben hoch gegenüber dem Ladedrucksignal ausgeprägt, um das Verfahren zu verdeutlichen. Anders als im obigen Beispiel verfügt das Drucksignal über ein breites Frequenzspektrum, welches von der Drehzahl, den Steuerzeiten beziehungsweise dem Winkel der verstellbaren Nockenwelle und gegebenenfalls weiteren Verstellwerten abhängig ist. Gegenüber einem Saugmotor, bei welchem die Drücke ebenfalls, jedoch mit einem Differenzdrucksensor gemessen werden, ist dieses Signal 39 beziehungsweise der Verlauf 37 hinsichtlich seiner Amplitude sehr gering ausgeprägt. Dies gilt auch bezüglich der Ausprägung über die abgerufene Last- und Drehzahl.
Der Ladedrucksensor 30 wandelt die physikalische Größe in Form des Drucks P5 (Ladedruck) in eine elektrische Messgröße, das heißt in das elektrische Signal 39 um. Das Signal 39 sieht ähnlich wie die physikalische Messgröße aus, steht jedoch als elektrische Spannung beispielsweise in der Einheit Volt zur Verfügung. Elektrisch gesehen handelt es sich bei dem vom Sensor bereitgestellten Signal um eine Mischspannung.
Diese Mischspannung umfasst eine Gleichspannung mit überlagerter Wechselspannung, welche beispielsweise mit U2 bezeichnet wird. Die Motorsteuerung filtert mit einem Tiefpassfilter die überlagerten Schwingungen heraus und nutzt nur den Gleichanteil des Signals. Somit wird im Rahmen des Verfahrens der Gleichanteil von dem Wechselanteil des von dem Sensor bereitgestellten Signals 39 getrennt beziehungsweise umgekehrt. Dies kann mittels einfacher Schaltungen, insbesondere elektrischer Schaltungen, erfolgen. Im günstigsten Fall erfolgt dies mittels eines Kondensators. Für die Akustikumsetzung wird auf einen für die Ladedruckmessung unerwünschten Wechselanteil des vom Sensor bereitgestellten Signals zurückgegriffen. Kondensatoren bilden in elektrischen Schaltungen eine Gleichspannungssperre (Hochpassfilter) und lassen nur den Wechselanteil ab einer bestimmten Frequenz durch, für die der Filter ausgelegt wird. Erste Versuche haben gezeigt, dass eine ganz einfache Gleichstromsperre nicht ausreicht. Da das Signal ein elektrisches Signal insbesondere in Form einer elektrischen Spannung ist, wird der Gleichanteil auch als Gleichspannungsanteil und der Wechselanteil auch als Wechselspannungsanteil bezeichnet.
Im Rahmen eines Versuchs wurde aus Ladedruckschwingungen eines Volllasthochlaufs der Gleichspannungsanteil mit einer einfachen Gleichspannungsfilterung (Kondensator) entfernt. Idealerweise würde der gesamte Verlauf um die Nulllinie verlaufen. Speziell zum Start der Volllastmessung, wobei das Fahrpedal aus niedriger Drehzahl voll durchgedrückt wird, und während der Volllastbeschleunigung zeigt das gewonnene Signal jedoch deutliche Überschwinger. Dabei steigt der Ladedruck sprunghaft an und weist dann einen Überschwinger auf. In diesen Bereichen zeigt der Ladedruck extreme Gradientenwechsel. Diese bestehen ebenfalls aus Wechselanteilen, die von einer einfachen Gleichspannungssperre nicht erkannt werden. Akustisch sind diese Überschwinger nicht unbedingt ein Problem. Bei der Schaltungsauslegung müssen sie jedoch berücksichtigt werden. Anstatt einer einfachen Gleichstromsperre ist daher eventuell ein Hochpassfilter mit einer Grenzfrequenz von um die >100 Hertz von Vorteil.
Ein Sensor mit integrierter Gleichstromsperre oder einem integrierten Hochpassfilter mit >40 Hertz Grenzfrequenz wäre auch eine Möglichkeit, die Signalgewinnung zu vereinfachen. Eventuell wäre eine dem Hochpass nachgeschaltete Bandsperre denkbar. Sollten eine ungewollte Frequenz auftreten könnte man diese direkt mindern.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen idealen Hochpassfilter sowie dessen Übertragungsfunktion, wobei dieser Hochpassfilter im Rahmen des Verfahrens zum Einsatz kommen kann. In einer weiteren Ausführungsform ist dieser als mitlaufender Hochpassfilter ausgeführt.
Ferner zeigt 4 in einer schematischen Darstellung einen idealen Tiefpassfilter und dessen Übertragungsfunktion, wobei dieser Tiefpassfilter im Rahmen des Verfahrens zum Einsatz kommen kann. In einer weiteren Ausführungsform ist dieser als mitlaufender Tiefpassfilter ausgeführt.
Ein einfacher Hochpassfilter erster Ordnung kann zum Beispiel alleine aus einem Widerstand und einem Kondensator bestehen. Je effizienter und genauer ein Hochpassfilter sein soll, desto mehr Bauteile werden benötigt. Ein Hochpassfilter zweiter Ordnung hat zum Beispiel meist einen zusätzlichen Operationsverstärker oder kann auch mit kleinen integrierten Bausteinen gelöst werden. Auf die genaue Schaltungsauslegung wird hier und im Folgenden nur teilweise eingegangen. Die folgenden Schaltungsstufen können nämlich in vielerlei Ausführungen umgesetzt werden. Mit einem kleinen Mehraufwand können die Filter auch so gestaltet werden, dass sie mittels einer Führungsgröße ihre Filtergrenzfrequenz ändern. Gleiches gilt für die im Folgenden beschriebenen Bausteine wie Tiefpassfilter, Analogmultiplizierer etc.
5 zeigt ein Diagramm 38, in welches das elektrische und vom Ladedrucksensor 30 bereitgestellte Signal 39 eingetragen ist. Das Signal 39 ist somit ein Spannungsverlauf Up bei konstanter Drehzahl und leicht steigendem Drehmoment, wobei das Signal 39 einen Wechselanteil und einen Gleichanteil aufweist. Beispielsweise mittels eines idealen Hochpassfilters wird der Gleichanteil entfernt, so dass der reine Wechselanteil übrig bleibt. Dieser Wechselanteil ist in 5 in einem Diagramm 40 gezeigt. Der Wechselanteil ist hier vereinfacht dargestellt, wobei der Wechselanteil nur mit einer Frequenz dargestellt ist und in der Amplitude konstant ist. Der Wechselanteil kann jedoch leicht über das steigende Drehmoment in der Amplitude und Frequenz variieren. Mithilfe dieses einfachen Schritts kann man eine benötigte Akustikinformation beziehungsweise ein Akustiksignal gewinnen. Vorliegend wird ein Frequenzspektrum gewonnen, welches der Ladungswechsel an der Einlassseite bietet. Die Frequenzen, welche der Hochpassfilter abdämpft, sind nicht mehr enthalten.
Im Rahmen eines Versuchs, bei welchem eine Frequenzmessung durchgeführt wurde, wurde ein in 6 gezeigter Signalverlauf 41 mittels des Ladedrucksensors 30 gemessen. In 6 ist im Diagramm der Signalverlauf 41 als Ladedrucksensorverlauf vor dem Hochpassfilter während eines Volllast-Hochlaufs gezeigt. Im oberen Drehzahlbereich kann man die auf dem Ladedruck liegenden Schwingungen erkennen. Im unteren Diagramm ist der Gleichanteil herausgefiltert und nur noch der Wechselanteil 40 vorhanden. 6 zeigt somit im unteren Diagramm den Signalverlauf 41 nach dem Hochpassfilter und somit den bereits vom Gleichanteil getrennten Wechselanteil, welcher auch als Wechselsignal bezeichnet wird. Hierbei handelt es sich um einen Volllast-Hochlauf im vierten Gang zwischen 1.500 und 7.000 Umdrehungen pro Minute. Bei einem Saugmotor wird die Ansaugakustik über die Lastanforderung lauter. Gibt der Fahrer beispielsweise Vollgas, so wird die Drosselklappe 13 weit beziehungsweise vollständig geöffnet, und die Geräusche von der Verbrennungskraftmaschine 1 können direkt über den gesamten Einlasstrakt 4 ins Freie gelangen. Beim Turbomotor öffnet sich zwar über die Lastanforderung die Drosselklappe 13 ebenfalls, aber der Effekt wie bei einem Saugmotor bleibt aus. Beim Turbomotor steigt aber entsprechend der Lastanforderung durch die geöffnete Drosselklappe 13 der Ladedruck vor den Einlassventilen 14. Der Ladedruck als physikalischer Wert beziehungsweise als physikalische Messgröße entspricht dem Gleichanteil des vom Ladedrucksensor 30 bereitgestellten Signals 39. Daher wird bei einem weiteren Schritt der Ladedruck beziehungsweise das Signal 39 ohne den Wechselanteil erzeugt. Mit anderen Worten wird der Gleichanteil vom Wechselanteil des Signals 39 getrennt, wobei der Wechselanteil entfernt wird. Für solch eine Trennung eignet sich idealerweise ein Tiefpassfilter, welcher jetzt 4 schematisch dargestellt ist. Ferner zeigt 4 die Übertragungsfunktion des Tiefpassfilters.
8 zeigt wieder das Diagramm 38 mit dem Signal 39, welches noch den Gleichanteil und den Wechselanteil umfasst. Mittels des Tiefpassfilters wird der Wechselanteil entfernt, so dass der Gleichanteil gewonnen wird. Dieser Gleichanteil des Signals 39 ist in 8 in einem Diagramm 42 veranschaulicht. Durch diesen Schritt hat man eine Basis zur Umsetzung einer Lastanforderung gewonnen. Nun liegt ein Akustiksignal in Form des Wechselanteils beziehungsweise einer Wechselspannung vor, welche ein entsprechendes Frequenzspektrum enthält. Zudem liegt der Gleichanteil beziehungsweise eine Gleichspannung oder ein Gleichspannungssignal vor, welches der Lastanforderung entspricht. Bei der ersten Ausführungsform wird jedoch auf ein Akustiksignal zurückgegriffen, in dessen Amplitude sich die Lastanforderung wiederfindet. Das Frequenzspektrum soll identisch bleiben, jedoch soll die Amplitude proportional zu der Lastanforderung steigen. Vereinfacht gesagt stellt der Wechselanteil ein Geräusch mit einer Frequenz beziehungsweise einem Frequenzspektrum dar, wobei die Lautstärke des Tons beziehungsweise Geräuschs und somit des mittels des Aktors 29 zu erzeugenden Geräuschs mit zunehmender Lastanforderung steigen beziehungsweise mit abnehmender Lastanforderung fallen soll. Da der Gleichanteil – wie beschrieben – die Lastanforderung darstellt, stellt der Gleichanteil gleichzeitig die Lautstärke des Tons beziehungsweise des Geräuschs dar, so dass also mittels des Gleichanteils die Lautstärke des Geräuschs eingestellt wird. Somit wird im Rahmen des Verfahrens wenigstens ein Ansteuersignal derart erzeugt, dass eine Frequenz des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Wechselanteil bestimmt wird. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird der Aktor 29 in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal angesteuert, um dadurch mittels des Aktors 29 das Geräusch zu erzeugen. Bei der ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Ansteuersignal derart erzeugt wird, dass die Frequenz des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Wechselanteil und eine Amplitude des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Gleichspannungsanteil bestimmt wird. Hierzu werden zur Erzeugung des Ansteuersignals der gewonnene Gleichanteil und der gewonnene Wechselanteil zusammengeführt. Diese Art der Zusammenführung kann auf unterschiedliche Weise gestaltet werden. Im einfachsten Fall erfolgt die Zusammenführung über eine Operationsverstärker-Schaltung (OP-Schaltung), welche einen in 9 schematisch dargestellten Analogmultiplizierer nachbildet. Hierfür gibt es fertig integrierte Halbleiterelemente. Die Zusammenführung des Wechselanteils und des Gleichanteils zu einem Ansteuersignal ist in 10 veranschaulicht. In 10 lässt sich erkennen, wie das Akustiksignal U2a mittels des Führungssignals U1a mittels des Analogmultiplizierers in der Amplitude verändert wird. Das Ergebnis ist ein Verlauf 43, welches beispielsweise das Ansteuersignal ist.
11 zeigt ein Funktionsdiagramm, welches die Arbeitsweise des Analogmultiplizierers veranschaulicht. Dabei bezeichnet U2a ein vorhandenes Eingangssignal, welches das zuvor genannte Akustiksignal beziehungsweise den Wechselanteil darstellt. Mit U1a ist ein Verstärkungssignal bezeichnet, welches den Ladedruck beziehungsweise den Gleichanteil darstellt. Das aufbereitete Ansteuersignal 43 wird beispielsweise einem Verstärker zugeführt, wobei in 11 das Ansteuersignal mit U12 bezeichnet wird. Mit anderen Worten stellt das Signal U12 eine Kombination von Akustiksignal und Lastanforderungssignal (Ladedruck) dar.
12 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Verstärker, welcher auch als Leistungsverstärker bezeichnet wird, wobei das Ansteuersignal 43 beispielsweise einem solchen Verstärker zugeführt wird. Mittels des Verstärkers wird das Ansteuersignal verstärkt, so dass dann der Aktor 29 mittels des verstärkten Ansteuersignals angesteuert wird, um schließlich das Geräusch in Form eines Ansauggeräuschs zu erzeugen. Auch für den Funktionsblock der Leistungsumsetzung gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Der Verstärker kann mit geeigneten Leistungstransistoren aufgebaut werden. Aber es gibt auch spezielle Bausteine, die einen kompletten Leistungsverstärker beinhalten und nur noch wenig an Zusatzbeschaltung benötigen. Ein solcher Verstärker kann auch so beschaffen sein, um mehrere von der Leistung her gleiche oder mehrere von der Leistung her unterschiedliche Aktoren mit verschiedenen Verbauorten gleichzeitig zu versorgen.
13 veranschaulicht die Schaltung gemäß der ersten Ausführungsform, wobei die Schaltung einen einfachen Aufbau ohne kostenintensive Prozessoren in Form von Mikrocontrollern oder digitalen Signal-Prozessoren (DSPs) aufweist. Die in 13 gezeigte Schaltung kann aus dem vom Ladedrucksensor 30 bereitgestellten Signal 37 den Wechselanteil und den Gleichanteil trennen, wobei den Gleichanteil mittels des Hochpassfilters getrennt wird, welcher durch einen Funktionsblock 54 veranschaulicht ist. Die nachgeschaltete optionale Bandsperre kann noch eventuelle Störfrequenzen dämpfen. Der nachgeschaltete Treiber/Verstärker, insbesondere in Form einer Verstärkungs-Dimensionierung 44 passt das Signal auf den zulässigen Eingangswert des Analogmultiplizierers an. Des Weiteren ist die Schaltung in der Lage, den Wechselanteil (Akustiksignal) über die Lastanforderung im Pegel weiter auszuprägen. Eine einfache Leistungsschaltung kann dann mittels des Aktors 29 das Akustiksignal beziehungsweise das Ansteuersignal in Schwingungen mit entsprechendem Energiegehalt umwandeln, was mittels eines sehr niedrig angesetzten Tiefpassfilters 56 umgesetzt ist. Auch nach dieser Stufe folgt ein Treiber/Verstärker, der das Führungssignal auf einen idealen Eingangswert für den Analog-Multiplizierer 47 anpasst. Nach dem Analog-Multiplizierer 47 beziehungsweise nach dem Tiefpassfilter 56 ist nochmals eine Treiber/Verstärkerschaltung umgesetzt, die gegebenenfalls das Akustiksignal auf das benötigte Eingangssignal für den Leistungsverstärker anpasst. Die Schwingung kann beispielsweise mittels eines oder mehrerer Shakers oder eines oder mehrerer Lautsprechers abgegeben werden. Auch andere elektroakustischen Wandler wie zum Beispiel piezoelektrische Wandler sind denkbar. Auch eine Kombination der unterschiedlichen Aktoren ist vorstellbar. Der Shaker kann dabei Bestandteil eines oder mehrerer Bauteile des Einlasstrakts 4, insbesondere Ansaugluftführungen, sein. Beispielsweise ist der Shaker beziehungsweise der Aktor 29 Bestandteil des Luftfilterkastens 7. Wie vorliegend aus 1 erkennbar ist, ist der Aktor 29 vorliegend an dem Luftfilterkasten 7 angeordnet, so dass der Luftfilterkasten 7 in Abhängigkeit von dem verstärkten Ansteuersignal in Schwingung versetzt wird, um dadurch das Geräusch zu erzeugen. Weitere Verbauorte wären zum Beispiel eine Fronthaube, insbesondere eine Motorhaube, oder an Karosserieflächen in der Front. Auch separate Akustikgehäuse, welche im Motorraum untergebracht werden können, sind denkbar. Selbst mehrere Aktoren im Frontbereich und ein deutlich kleinerer Shaker an einer Stirnwand zum Innenraum wären denkbar.
In 13 ist besonders schematisch eine Verstärkungs-Dimensionierung 44 gezeigt, welche optional vorgesehen ist, wobei die Verstärkerstufen passen die unterschiedlichen Funktionsblöcke ideal aufeinander an. Zudem kann ein Verstärker wie ein Impedanzwandler fungieren damit die verschiedenen Funktionsblöcke keinen störenden Einfluss aufeinander haben. Der Leistungsverstärker ist in 13 mit 45 bezeichnet. Ferner ist in 13 ein Tiefpassfilter 56 gezeigt, welcher die ungewollten hohen Frequenzen, welche für die Ansaugakustik nicht von Bedeutung sind, sowie hochfrequente Störer unterdrückt. Würden diese Teile unnötig auf einen Aktor gegeben, der diese nicht akustisch umsetzen kann, dann würde unnötig Leistung verschwendet, die für den unteren gewünschten Frequenzgang benötigt wird. Der Analogmultiplizierer ist in 13 mit 47 bezeichnet. Ferner sind in 13 ein mit 56 bezeichneter Tiefpassfilter sowie ein weiterer Filter als Funktionsblock 54 gezeigt. Zudem ist ein optionaler zusätzlicher Filter 55 denkbar der als Bandsperre beziehungsweise mitlaufende Bandsperre fungieren kann. Die Motorsteuerung ist in 13 DME bezeichnet, wobei TMap wenigstens ein Kennfeld bezeichnet. In 1 ist die in 13 gezeigte Schaltung zur Realisierung des Verfahrens mit 50 bezeichnet. Mit anderen Worten ist die Schaltung 50 eine Schaltung zur Akustikerzeugung. Des weiteren ist die Motosteuerung (DME) mit 51 bezeichnet.
Vorzugsweise gibt der Ladedrucksensor 30 ein ungefiltertes Signal aus, damit dieses abgegriffen werden kann. Dann ist kein zusätzlicher Sensor notwendig. Denkbar wäre auch ein Ladedrucksensor, welcher zwei Signale ausgibt. Eines der Signale ist ein gefiltertes Signal für die Motorsteuerung. Das zweite Signal ist ein ungefiltertes Signal für die oben beschriebene Erzeugung des Geräuschs in Form eines Ansauggeräuschs. Aber auch ein vollständig separater Sensor nur für die Erzeugung des Geräuschs, was auch als Akustikerzeugung bezeichnet wird, wäre eine Möglichkeit. Ebenfalls denkbar ist ein Sensor, welcher lediglich ein Wechselsignal beziehungsweise ein Signal ausgibt, welches einen Wechselanteil und keinen Gleichanteil aufweist. Dadurch könnte die Signalgüte erhöht werden.
Der Verbauort, das heißt die Position des Ladedrucksensors 30 ist ebenfalls wichtig für das zu gewinnende Akustiksignal beziehungsweise Ansteuersignal. Vorzugsweise wird der Ladedrucksensor 30 nach der Drosselklappe 13 verbaut, jedoch nicht im direkten Bereich des Luftmassenstroms, da hohe Strömungsgeschwindigkeiten hochfrequente Luftschwingungen und somit Störungen erzeugen. Als vorteilhaft haben sich Verbauorte gezeigt, die in einem Bereich außerhalb des Hauptmassenstroms liegen. Je nach Verbauort klingt die gewonnene Akustik beziehungsweise das erzeugte Geräusch unterschiedlich. Dies liegt an unterschiedlichen Laufzeiten der Luftschwingungen und an der ausgeprägten Amplitude am Ladedrucksensor 30. Messungen zeigen, dass eine unsymmetrische Position zu den Einlassführungen eine sportliche Akustik mit sich bringt.
Ferner ist es denkbar, alternativ oder zusätzlich zu dem Ladedrucksensor 30 einen Beschleunigungssensor einzusetzen, mittels welchem als physikalische Messgröße Beschleunigungen und somit Schwingungen wenigstens eines Bauteils, insbesondere des Ladeluftsammlers 9, des Einlasstrakts 4 erfasst werden. Dazu ist es vorteilhaft, den Sammler (Ladeluftsammler 9) entsprechend zu konstruieren, damit ein auswertbares Signal gewonnen werden kann. Das Akustiksignal würde dann vom Beschleunigungssensor kommen und das Lastsignal würde vom Ladedrucksensor 30 bereitgestellt werden. Eine solche Ausführung kann gegebenenfalls anfällig gegenüber Störungen sein. Ähnlich wie ein Körperschallsensor am Zylindergehäuse 2 würden nämlich auch Geräusche aufgenommen werden, die eventuell von schadhaften Motorteilen stammen und durch den Körperschall übertragen werden. Diese Geräusche würden dann verstärkt und ausgegeben und sind vermutlich nicht kontrollierbar.
Bei der ersten Ausführungsform wird der bereits vorhandene Ladedrucksensor 30, der auch die Motorsteuerung mit Signalen versorgt, genutzt, indem das von Ladedrucksensor 30 bereitgestellte Signal von der Schaltung abgegriffen wird. Dies kann beispielsweise in einer Serienlösung direkt in einen Kabelbaum 52 integriert erfolgen oder als Aftersale- beziehungsweise Nachrüstlösung wie bei einem Kabeladapter vorgesehen sein, über welchen das vom Ladedrucksensor bereitgestellte Signal abgezweigt und zur Schaltung geführt wird. Das Signal wird nach der Aufbereitung und über eine Leistungseinheit an den Aktor 29 weitergegeben. Der Aktor 29 kann überall im Bereich der Sauganlage vor dem Verdichter 10 angeordnet werden. Idealerweise ist der Aktor 29 an einer Stelle angeordnet, an der ideale Bedingungen vorgefunden werden. Beispielsweise findet man am Luftfilterkasten 7 Flächen und Volumen, die wie ein Resonanzkörper wirken und somit die durch den Aktor 29 bewirkten Anregungen in eine hörbare und stimmige Akustik beziehungsweise in ein hörbares und stimmiges Geräusch umwandeln können. Idealerweise wird bei der Konstruktion des Sammlers sein akustisches Verhalten berücksichtigt. Zum Beispiel können Wandstärken, große Flächen mit entsprechendem Schwingverhalten den Wirkungsgrad des Shakers unterstützen. Denkbar wäre auch der Einsatz eines separaten Volumens als Resonanzkörper an der Sauganlage vor dem Luftfilterkasten 7.
Über den Kabelbaum 52 sind die Motorsteuerung 51, der Ladedrucksensor 30 und die Schaltung 50 miteinander verbunden. Ferner ist ein Kabelbaum 53 vorgesehen, über welchen die Schaltung 50 mit dem Aktor 29 verbunden ist.
Sollte es nicht erforderlich sein, dass das auf die beschriebene Weise erzeugte Geräusch direkt aus der Ansaugmündung 5 kommt, dann wäre auch eine Anbringung des Aktors 29 an anderen Stellen denkbar. Mit anderen Worten, wird der Aktor 29 an dem Einlasstrakt 4, insbesondere an einer stromauf des Verdichters 10 angeordneten Stelle, angeordnet, so kann das mittels des Aktors 29 erzeugte Geräusch über die Ansaugmündung 5 ins Freie treten, so dass das Geräusch sowohl vom Fahrer des Kraftfahrzeugs als auch von sich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs aufhaltenden Personen akustisch wahrgenommen werden kann. Ist das Austreten des Geräuschs aus der Ansaugmündung 5 nicht erforderlich, so kann der Aktor 29 an anderen Stellen angeordnet werden. Beispielsweise ist es denkbar, den Aktor 29 an einer Frontschürze, in einem Radkasten oder an einer Motorhaube des Kraftfahrzeugs anzuordnen. Selbst eine Kombination von zwei oder mehreren Aktoren, insbesondere Shakern, ist denkbar. Mithilfe einer entsprechenden Endstufe könnte ein besonders großer Aktor 29, insbesondere Shaker, an die Sauganlage ein Ansauggeräusch imitieren und ein kleinerer Shaker beispielsweise an der Fahrzeugstirnwand könnte die Akustik im Fahrzeuginnenraum beeinflussen.
Dieses einfache System lässt sich relativ unauffällig am Turbomotor integrieren, ohne dass das System beziehungsweise die Vorrichtung sofort auffällt, wenn das Kraftfahrzeug betrachtet wird. Sogar eine Nachrüstung wäre denkbar. Eine solche Nachrüstung sieht die Vorrichtung beispielsweise als Nachrüst-Lösung vor, wobei dann die Vorrichtung eine Box mit einer die Schaltung umfassenden Elektronik umfasst. Diese Box könnte an einer geeigneten Stelle verbaut werden. Ein Zwischenabgriff, um der Elektronik beziehungsweise der Schaltung das vom Ladedrucksensor 30 bereitgestellte Signal zuzuführen, kann über einen Adapter erfolgen, über welchen die Vorrichtung mit dem Ladedrucksensor 30 verbunden wird. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Aktor 29 fest in den Sammler integriert ist. Dann wird beispielsweise der vorgesehene Sammler ohne die Vorrichtung gegen den Sammler mit der Vorrichtung ausgetauscht. Ferner ist es denkbar, die Vorrichtung beziehungsweise das System in einen Deckel des Luftsammlers zu integrieren, so dass dann der Deckel ohne die Vorrichtung gegen einen Deckel mit der Vorrichtung ausgetauscht werden kann, so dass dann bereits bestehende Verbrennungskraftmaschinen mit der Vorrichtung ergänzt werden können. Somit ist es möglich, den Aktor 29 unsichtbar zu verbauen. Dann ist es vorteilhaft, den Deckel aus hochfesten aber dünnen Materialien wie beispielsweise faserverstärkten Kunststoffen, insbesondere kohlefaserverstärkten Kunststoffen, herzustellen.
Ferner ist die Anwendung bei einem V-Motor mit zwei voneinander getrennten Ladeluftführungen denkbar. Bei getrennten Ladeluftführungen, wobei beispielsweise zwei Ladedrucksensoren zum Einsatz kommen, können zwei einfache Einzelsysteme mit jeweils wenigstens einem Aktor 29 zum Einsatz kommen. Ferner ist eine Zusammenführung von zwei vorab gefilterten Ladedrucksignalen zu einem Signal und dann eine Ausgabe über den Verstärker auf einen, zwei oder mehrere Aktoren denkbar.
Im Folgenden wird in Zusammenschau mit 14 die zweite Ausführungsform beschrieben. Nachteil bei der in Zusammenhang mit 13 beschriebenen ersten Ausführungsform kann die sehr einfache Schaltung sein, so dass ein nur geringer Einfluss auf das umgesetzte Ansauggeräusch genommen werden kann. Weist die Verbrennungskraftmaschine 1 beispielsweise Techniken auf, die sich nachteilig auf das gewonnene Schwingungssignal auswirken, so kann dies beispielsweise mittels der zweiten Ausführungsform umgangen werden. Außerdem ist es im Rahmen der zweiten Ausführungsform möglich, das Außengeräusch des Kraftfahrzeugs auf bedarfsgerechte Weise einzustellen, so dass ein übermäßig lautes Geräusch vermieden werden kann.
Beispielsweise ist es möglich, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 einen variablen Ventiltrieb aufweist, mittels welchem der Ventilhub der Einlassventile 14 variabel einstellbar ist, insbesondere variabel geregelt werden kann. Ähnlich wie die Drosselklappe 13 kann dadurch die in die Zylinder 3 einströmende Menge der Luft eingestellt, insbesondere geregelt, werden. Dies hat Einfluss auf die Druckschwingungen, die von dem Ladedrucksensor 30 gemessen werden. Das nutzbare Signal ist dadurch eventuell in bestimmten Betriebszuständen zu gering und müsste erheblich mehr verstärkt werden, als es der aus dem Ladedruck abgeleitete Verstärkungsfaktor erlaubt.
Auch bestimmte Betriebszustände wie Laderpumpen etc. könnten sich negativ auf den Wechselanteil des Drucksignals auswirken. Der Drucksensor würde zum Beispiel beim Laderpumpen den vollen Verstärkungsfaktor sehen und gleichzeitig ein Akustiksignal messen mit ungewünschten Oberwellen. Im erzeugten Ansauggeräusch würden dann genau die Ladergeräusche verstärkt, die eigentlich vermieden werden sollen.
Speziell bei geringen Drehzahlen und/oder Geschwindigkeiten und geringer Last kann sich die Ventilhubverstellung negativ auf das gewonnene Akustiksignal auswirken. Der Unterschied in der Amplitude des gewonnenen Akustiksignals wird durch den variablen Ventiltrieb sehr groß. Bei normaler Fahrweise, also bei Geschwindigkeiten unter 60 Kilometer pro Stunde mit geringer Last, wobei der Ventiltrieb einen Minimalhub eingestellt hat, steht also ein sehr geringes Akustiksignal zur Verfügung. In diesen Bereichen kann zwar ein Pegel gewonnen werden, aber dieser ist sehr gering ausgeprägt. Weil in diesen Betriebszuständen so gut wie kein Ladedruck anliegt, wird es auch nicht hinreichend verstärkt. Gleiches gilt für den Schubbetrieb. Sobald das Kraftfahrzeug in den Schubbetrieb geht, wird wieder der Ventilhub auf ein Minimum gestellt. Auch in diesem Betriebszustand gibt es wenig an nutzbaren Schwingungspegeln. Das als Führungsgröße notwendige Ladedrucksignal ist dann ebenfalls gering.
Auch für die Außengeräuschzulassung werden genau definierte beschleunigte Vorbeifahrtsmessungen absolviert. Da es sich bei diesen Messungen um Volllastbeschleunigungen handelt, liegt vermutlich am Drucksensor der höchste Ladedruck an. Dies würde für das Ansauggeräusch die maximale Lautstärke bedeuten. Summieren sich diese dann ungünstig zu den bereits vorhandenen Abgasmündungs- sowie Abrollgeräuschen vom Fahrzeug, dann kann dies eventuell zu einem übermäßig lauten Geräusch führen. Ohne eine zusätzliche Führungsgröße müsste dann das gesamte System angepasst werden.
Daher ist der Einsatz wenigstens einer weiteren Führungsgröße sinnvoll, mit deren Hilfe Einfluss auf das genutzte Verstärkungssignal genommen werden kann. Ist zum Beispiel der Ventilhub auf ein Minimum gestellt und wenig Ladedruck vorhanden, so wird im Normalfall kaum ein hörbares Signal erzeugt. Dies kann zum Beispiel im Fahrzeugstillstand der Fall sein, wenn der Fahrer Gasstöße gibt. Hier könnte mithilfe einer externen Verstärkung, die unabhängig vom Ladedruck fungiert, gezielt Einfluss genommen werden. Gleiches gilt für den Schubbetrieb. Beim reinen Leerlauf im Stand oder bei Konstantfahrten könnte wiederum die Verstärkung komplett gegen null gefahren werden.
Realisiert werden kann dies durch wenigstens eine zusätzliche Führungsgröße, welche die oben genannte Führungsgröße in Form des Ladedrucks beziehungsweise des Gleichanteils beeinflusst oder komplett übernimmt. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, das Akustiksignal, das heißt den Wechselanteil in Abhängigkeit von dem Gleichanteil sowie in Abhängigkeit von der weiteren Führungsgröße, oder lediglich in Abhängigkeit von der weiteren Führungsgröße zu beeinflussen.
Diese zusätzliche, weitere Führungsgröße könnte die Motorsteuerung zur Verfügung stellen. Der Motorsteuerung werden sämtliche Informationen zugeführt, die für eine genaue Pegelvorgabe, das heißt für eine genaue Einstellung der Lautstärke des zu erzeugenden Geräuschs erforderlich sind. Zum Beispiel ist der Motorsteuerung stets der aktuelle Fahrzustand des Kraftfahrzeugs bekannt. Insbesondere ist der Motorsteuerung die aktuelle Geschwindigkeit, der aktuelle Gang, der aktuelle Ladedruck und/oder die tatsächliche abgerufene Last über das berechnete Drehmoment bekannt. Auch der aktuelle Hub wie bei einer variablen Ventilhubverstellung ist der Motorsteuerung bekannt. Ebenso ist der Motorsteuerung bekannt, wenn sich der variable Ventiltrieb in einem eventuellen Notlauf befindet, in welchem der Hub maximal eingestellt ist (Vollhub). Entsprechend könnte die Motorsteuerung alle Betriebsbedingungen in einer Funktion miteinbeziehen oder die Führungsgröße für den Pegel des erzeugten Ansauggeräuschs bedarfsgerecht, besonders fein und emotional gestalten. Das Zurückgreifen auf eine solche weitere Führungsgröße ist in 14 veranschaulicht. Die Signalübermittlung kann mittels einer separaten Signalleitung (PWM – Pulsweitenmodulation mit späterer Wandlung in ein analoges Signal oder direkt mit einem analogen Signal) an die Akustikerzeugung (direkt in die Anlog-Multiplexereinheit) erfolgen.
16 zeigt eine dritte Ausführungsform, wobei in der Schaltung ein Mikrocontroller (µController) verbaut ist, welcher die CAN-Bus-Kopplung übernimmt und die Führungsgröße an den Analog-Mulitplexer übernimmt. Zudem haben sämtliche Filter einen weiteren Eingang, wobe die Filter zu Mitlauf-Filtern werden.
Denkbar wäre auch ein CAN-Signal (CAN – Controller Area Network), welches über alle Baugruppen im Kraftfahrzeug reserviert und vorab bedatet wird. Wird beispielsweise ein Baukastensystem zur Realisierung unterschiedlicher Bauvarianten der Verbrennungskraftmaschine 1 eingesetzt, kann bei gleichen Motoren und Leistungsdaten ein etwa abschätzbares Führungssignal appliziert werden. Auch eine separate Applikation, insbesondere bei Länderkodierungen, wäre somit möglich.
Ferner ist mit 57 ein Verstärker, Summierer, Mulitiplizierer, mit 58 ein Verstärkersignal (analog oder PWM) von DME an die Schaltung 50 zur Akustikerzeugung, mit 59 eine Busverbindung, zum Beispiel CAN, von DME zum µController in der Schaltung 50 zur Akustikerzeugung, mit 60 ein Führungssignal für mitlaufende Filter und mit 61 ein µController zur Auswertung de CAN-Protokolls und zur Führungsgrößenausgabe an Analog-Multiplizierer sowie der mitlaufenden Filter bezeichnet.
Denkbare Größen, die in der Motorsteuerung vorhanden und zur Realisierung des weiteren Führungssignals beziehungsweise der weiteren Führungsgröße genutzt werden könnten, sind zum Beispiel:

– Ladedruck vor der Drosselklappe 13
– Ladedruck nach der Drosselklappe 13
– Drosselklappenstellung
– Ventilhub, welcher mittels des variablen Ventiltriebs eingestellt ist
– Steuerzeiten der Gaswechselventile auf der Ein- und Auslassseite, insbesondere Winkel und/oder Spreizung von Ein- und Auslassseite
– Luftmasse
– Temperatur nach dem Ladeluftkühler 15
– Betriebszustände wie Einzelzylinderausblendung oder Schubrubbelfunktionen
– Drehmoment
– Fahrpedalstellung
– Gang
– Drehzahl
– Geschwindigkeit
– Abgasklappenstellung (Zustand der Abgasklappe auf/zu)
– Status Betriebszustand Katheizen
– Fahrmodi (Komfort, Sport, Sportplus etc.)
– Modus des elektronischen Stabilitätsprogramms
– Gangwahlhebel (manuell oder Automatikmodus)
– Getriebemodus (Schaltgeschwindigkeit)

Anhand dieser Signale kann in der Motorsteuerung die Führungsgröße über den CAN-Bus an die Schaltung zur Akustikumsetzung weitergegeben werden. Durch den CAN-Bus könnten weitere Größen an die Schaltung gesendet werden welche die Signalgestaltung verbessern könnten. Dies können z.B. Führungsgrößen sein um mitlaufende Filter zu triggern. Solche mitlaufenden Filter können ebenfalls analog und somit Echtzeitfähig umgesetzt werden.
Mittels der weiteren Führungsgröße wird somit die Lautstärke des zu erzeugenden Geräuschs eingestellt. Vorliegend wurde ein analoges System beziehungsweise eine analoge Vorrichtung aufgezeigt, also Einheiten, die aus diskreten analogen Bausteinen bestehen. Bei diesen Bausteinen handelt es sich beispielsweise um Widerstände, Kondensatoren, Operationsverstärker, Leistungsverstärker etc. Diese analogen Bauteile würden grundsätzlich ausreichen. Ein integrierter Baustein, beispielsweise ein kleiner schneller Controller, ein kleiner DSP oder eine Kombination aus diesen Bausteinen ist natürlich ebenfalls möglich, insbesondere solange diese intern nur mitlaufende Filter verwenden und nicht zuvor das gesamte Drucksignal digital zerlegen, um dadurch die Echtzeitumsetzung zu erhalten.
Mittels des beschriebenen Verfahrens kann das Geräusch als Ansauggeräusch erzeugt werden. Ferner ist es alternativ oder zusätzlich denkbar, wenigstens ein anderes Geräusch zu realisieren. Beispielsweise kann der Aktor 29 an einer den Innenraum des Kraftfahrzeugs in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne begrenzenden Stirnwand angeordnet werden. Ferner ist die Nutzung des Akustiksignals als Führungsgröße zur Akustikgestaltung im Innenraum denkbar. Dadurch wäre es möglich, einen kurbelwellensynchronen Akustikverlauf zu gestalten.
Insgesamt lässt sich eine einfache und kostengünstige Geräuscherzeugung, insbesondere Ansauggeräuscherzeugung, für Kraftfahrzeuge insbesondere mit Turbomotoren realisieren. Im einfachsten Fall wird ein bereits vorhandenes Sensorsignal in Form des Ladedrucksignals abgegriffen. Eine relativ einfache Schaltung verarbeitet die echten Ladedruckschwingungen in ein Akustiksignal und verstärkt sie mittels eines einfachen integrierten Verstärkers für einen Aktor. Der Aktor 29 ist beispielsweise als Shaker ausgebildet und kann als Nachrüstlösung nachträglich verbaut oder als Serienteil verbaut werden. Auch der Einsatz eines Lautsprechers wäre denkbar. Ein Turbomotor könnte damit ein Ansauggeräusch mit der Emotionalität eines Saugmotors gewinnen. Selbst eine vorteilhafte Akustikerzeugung im Innenraum des Kraftfahrzeugs ist möglich. Die Verbrennungskraftmaschine 1 und somit das Kraftfahrzeug insgesamt klingen somit besonders wertig, emotional und sportlich, wobei minderwertig klingende mechanische Geräusche überdeckt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
2: Zylindergehäuse
3: Zylinder
4: Einlasstrakt
5: Ansaugmündung
6: Luftfilter
7: Luftfilterkasten
8: Luftfiltermatte
9: Ladeluftsammler
10: Verdichter
11: Verdichtergehäuse
12: Verdichterrad
13: Drosselklappe
14: Einlassventile
15: Ladeluftkühler
16: Abgastrakt
17: Krümmer
18: Katalysator
19: Schalldämpfer
20: Abgasturbolader
21: Turbine
22: Turbinengehäuse
23: Turbinenrad
24: Welle
26: Umgehungseinrichtung
27: Umgehungskanal
28: Ventilelement
29: Aktor
30: Ladedrucksensor
31: Ladedrucksensor
32: Diagramm
33: Abszisse
34: Ordinate
35: Diagramm
36: Diagramm
37: Verlauf
38: Diagramm
39: Signal
40: Diagramm
41: Signalverlauf
42: Diagramm
43: Ansteuersignal
44: Verstärkungs-Dimensionierung
45: Leistungsverstärker
46: Hochpassfilter
47: Analogmultiplizierer
48: Tiefpassfilter
49: Filter
50: Schaltung
51: Motorsteuerung
52: Kabelbaum
53: Kabelbaum
54: Funktionsblock
55: Filter
56: Tiefpassfilter
57: Verstärker, Summierer, Mulitiplizierer
58: Verstärkersignal
59: Busverbindung
60: Führungssignal für mitlaufende Filter
61: µController
P: Druck
M: Drehmoment
N: Drehzahl
P1: Druck
P2: Druck
P4: Druck
P5: Druck

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Geräusches, welches einen Betrieb einer eine von einem gasförmigen Medium durchströmbare Anlage (4) aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs charakterisiert, mit den Schritten: • Erfassen zumindest einer Schwingungen der Anlage (4) charakterisierenden Messgröße (P5) mittels wenigstens eines Sensors (30), welcher wenigstens ein die erfasste Messgröße (P5) charakterisierendes Signal (39) bereitstellt; • Bestimmen eines Wechselanteils (U2a) des Signals (39); • Erzeugen wenigstens eines Ansteuersignals (43) derart, dass eine Frequenz des Ansteuersignals (43) in Abhängigkeit von dem Wechselanteil (U2a) bestimmt wird; und • Ansteuern wenigstens eines Aktors (29) in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal (43), um dadurch mittels des Aktors (29) das Geräusch zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (39) den Wechselanteil (U2a) und einen Gleichanteil (U1a) aufweist, wobei der Gleichanteil (U1a) vom Wechselanteil (U2a) mittels wenigstens einer elektrischen Schaltung (50) getrennt wird und wobei das Ansteuersignal (43) derart erzeugt wird, dass die Frequenz des Ansteuersignals (43) in Abhängigkeit von dem Wechselanteil (U2a) und eine Amplitude des Ansteuersignals (43) in Abhängigkeit von dem Gleichanteil (U1a) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal (43) vor dem Ansteuern des Aktors (29) verstärkt wird, wobei der Aktor (29) mittels des verstärkten Ansteuersignals (43) angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als der Sensor (30) ein Drucksensor (30) verwendet wird, mittels welchem ein Druck (P5) in der Anlage (4) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (30) in Strömungsrichtung des Mediums durch die Anlage (4) stromab eines in der Anlage (4) angeordneten Verdichters (10), insbesondere stromab des Verdichters (10) und stromab einer in der Anlage (4) angeordneten Drosselklappe (13), angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als der Sensor (30) ein Beschleunigungssensor verwendet wird, mittels welchem Schwingungen wenigstens eines Bauteils (7) der Anlage (4) erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als der Aktor (29) ein Körperschallwandler oder ein Lautsprecher verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Aktors (29) in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal (43) wenigstens ein Bauteil (7) in Schwingung versetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal (43) in Abhängigkeit von einem von dem Signal (39) unterschiedlichen, weiteren Signal erzeugt wird, welches einen Zustand des Kraftfahrzeugs charakterisiert.
Vorrichtung zum Erzeugen eines Geräusches, welches einen Betrieb einer eine von einem gasförmigen Medium durchströmbare Anlage (4) aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs charakterisiert, mit wenigstens einem Aktor (29) und mit einer Steuereinrichtung (50), welche dazu ausgebildet ist: • Wenigstens ein von wenigstens einem Sensor (30) bereitgestelltes Signal (39) zu empfangen, welches zumindest eine Schwingungen der Anlage (4) charakterisierende Messgröße (P5) charakterisiert; • Einen Wechselanteil (U2a) des Signals (39) zu bestimmen; • Wenigsten ein Ansteuersignal (39) derart zu erzeugen, dass die Steuereinrichtung (50) eine Frequenz des Ansteuersignals (43) in Abhängigkeit von dem Wechselanteil (U2a) bestimmt; und • Den Aktor (29) in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal (43) anzusteuern, um dadurch mittels des Aktors (29) das Geräusch zu erzeugen.