CN106194464A - 用于控制发动机燃烧噪声反馈的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制发动机燃烧噪声反馈的方法，包括通过控制器计算发动机燃烧噪声目标值。在根据基于所计算的发动机燃烧噪声目标值的主喷射计时和引燃燃料的量进行燃料燃烧之后测量气缸压力。通过将所测量的气缸压力转换为气缸压力级计算燃烧噪声指数(CNI)。控制反馈引燃喷射，其中，控制引燃燃料的量和主喷射计时的同时将CNI应用于喷射可变量控制。

Description

用于控制发动机燃烧噪声反馈的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年10月20日提交的韩国专利申请第10-2014-0141747号的优先权权益，通过引用将其全部内容结合于此。
技术领域
本公开涉及发动机噪声控制技术，并且具体地涉及降低发动机燃烧噪声的方法，使得反馈控制喷射变量。
背景技术
内燃机生成在燃烧燃料时所生成的燃烧噪声，燃烧噪声可被分类为直接燃烧噪声，通过气缸中的燃烧激振力生成；和间接燃烧噪声，当燃烧激振力施加于其间具有间隙的移动部件时生成。为了降低燃烧噪声，在发动机(特别是具有高压缩比的柴油发动机)中执行引燃喷射的燃料喷射控制。
在引燃喷射中，燃料喷射总量被分类为主喷射量和引燃喷射量，并且基于上止点分开燃料喷射点，从而减小了燃烧室中的燃烧压力的压力上升梯度。因此，引燃喷射通过防止燃烧压力迅速增加而降低燃烧噪声。
引燃喷射量被设置为比燃料喷射总量中的主喷射量更小，从而减小燃烧压力的压力上升梯度。
为此，与燃烧鲁棒性控制方法相比，用于控制燃烧噪声的引燃喷射方法在减小燃烧压力的压力上升梯度方面具有相对低的贡献，在燃烧鲁棒性控制方法中，针对(against)干扰(环境、燃料方面的差异、发动机衰老等)稳定地执行燃烧控制以使用压力传感器直接控制噪声振动激振力。
因此，需要一种直接控制噪声振动激振力的燃烧鲁棒性控制方法也能够控制燃烧噪声的技术。具体地，考虑到由于规定在燃烧室的气缸中需要燃烧压力传感器的环境的变化，就使用高价的燃烧压力传感器而言可以匹配燃烧鲁棒性控制方法。
发明内容
本发明的实施方式旨在一种用于控制发动机燃烧噪声反馈的方法，该方法以燃烧压力波形通过快速傅里叶变换(FFT)进行信号处理从而数字化为燃烧噪声指数的方式预测发动机噪声；并且通过喷射可变量(主喷射计时和引燃燃料的量)控制燃烧噪声，燃烧压力波形由在燃烧室的气缸中安装的燃烧压力传感器测量，柴油机燃烧噪声指数应用于喷射可变量。
可通过下面的描述来理解本发明的其他目的和优点，并且通过参考本发明构思的实施方式，本公开的其他目的和优点将变得显而易见。并且，对于本发明所属领域中的技术人员显而易见的是，本发明构思的目的和优点可以通过要求保护的方法及其组合来实现。
根据本发明构思的实施方式，一种用于控制发动机燃烧噪声反馈的方法包括：通过控制器计算发动机燃烧噪声目标值；在根据基于所计算的发动机燃烧噪声目标值的主喷射计时和引燃燃料的量进行发动机的燃料燃烧之后测量气缸压力；通过将所测量的气缸压力转换为气缸压力级计算燃烧噪声指数(CNI)；以及控制反馈引燃喷射，其中，控制主喷射计时和引燃燃料的量的同时将CNI应用于喷射可变量控制。
可以考虑燃料的量、发动机每分钟转数(RPM)、挡位、进气温度以及冷却水温度，计算发动机燃烧噪声目标值。气缸压力级可以通过FFT信号处理所测量的气缸压力表示为噪声(dB)-频率(Hz)表，并且可以在气缸压力级表中从1/3倍频程频带过滤水平的频带中计算CNI。
可以执行反馈引燃喷射控制以通过FFT信号处理所测量的气缸压力将气缸压力级表示为噪声(dB)-频率(Hz)表，以使用气缸压力级的噪声(dB)-频率(Hz)表计算CNI，并且将制动平均有效压力(BMEP)的参考值应用于反馈引燃喷射控制，以使得在参考值以下，CNI被计算为非校正的发动机燃烧噪声预测值而不使用校正的CNI，并且然后应用于喷射可变量控制，并且在参考值以上，CNI通过其校正而被计算为校正的发动机燃烧噪声预测值，并且然后应用于喷射可变量控制。
在(B)中，CNI噪声水平(dB)可以从1/3倍频程频带过滤水平的频带中计算，并且CNI(dB)可以表示为CNI(dB)＝10LOG(10(1000Hz水 平/10)+101250Hz水平/10)+10(1600Hz水平/10)+10(2000Hz水平/10)+10(2500Hz水平/10)+10(3150Hz水平/10))(等式1)。
BMEP的参考值可以处于发动机噪声随着燃烧压力增加而增加的范围。
可以从y＝0.0479x2-15.982x+1403.3中计算非校正的发动机燃烧噪声预测值，其中，y是发动机噪声并且x是燃烧噪声指数。
可以通过将y＝0.0822x2+2.6984x+13.654转换为CNI校正值-BMEP表，而计算校正的发动机燃烧噪声预测值，使得针对BMEP的每个部分计算燃烧噪声指数校正值。
附图说明
图1A和图1B是示出了根据本发明构思的实施方式的用于控制发动机燃烧噪声反馈的方法的流程框图，其中，在方法中的发动机燃烧噪声反馈控制被分为正常引燃喷射控制和反馈引燃喷射控制。
图2A和图2B示出了根据本发明构思的实施方式的基于反馈引燃喷射控制计算燃烧噪声指数的实施例的示图。
图3示出了计算非校正的发动机燃烧噪声预测值的实施例的示图，当执行根据本发明构思的实施方式的反馈引燃喷射控制时，燃烧噪声指数的校正不应用于非校正的发动机燃烧噪声预测值。
图4和图5示出了计算校正的发动机燃烧噪声预测值的实施例的示图，当执行根据本发明构思的实施方式的反馈引燃喷射控制时，将燃烧噪声指数的校正应用于校正的发动机燃烧噪声预测值。
具体实施方式
在下文中将参考附图更详细地描述本发明构思的示例性实施方式。然而，本公开可体现为不同的形式并且不应被解释为局限于本文中所阐述的实施方式。而是，提供这些实施方式以使得本公开详尽且完整，并且将本发明的范围全部传达给本领域的技术人员。遍及本公开，遍及各个图和本发明构思的实施方式，相似的参考标号指代相似的部件。
图1A和图1B是示出了根据本发明构思的实施方式的用于控制发动机燃烧噪声反馈的方法的流程框图。因为通过专用控制器或发动机控制单元或电子控制单元(ECU)控制发动机燃烧噪声反馈，所以将省略专用控制器或ECU的操作。
如图所示，发动机燃烧噪声反馈被作为正常引燃喷射控制来控制，在正常引燃喷射控制中，在计算发动机运行时的发动机燃烧噪声目标值之后，根据发动机燃烧噪声目标值喷射燃料。然后，将发动机燃烧噪声反馈作为引燃喷射反馈控制来控制，在引燃喷射反馈控制中，通过燃烧噪声指数(在下文中，称为“CNI”)控制喷射变量，其中燃烧噪声指数使用借助于正常引燃喷射控制进行燃料燃烧之后的气缸压力。
参考图1A，在步骤S10至步骤S30处实现正常引燃喷射控制。首先，在步骤S10处计算发动机燃烧噪声目标值。发动机燃烧噪声可以包括直接燃烧噪声，通过气缸中的燃烧激振力生成；间接燃烧噪声，当燃烧激振力施加于其间具有间隙的移动部件时生成；并且可以包括发动机噪声。为此，在步骤S10处考虑燃料的量、发动机转速(RPM)、挡位(gearshift level，换挡水平)、进气温度、冷却水温度等。然后，在步骤S20处控制关于燃料喷射器的燃料喷射的喷射可变量，使得符合发动机燃烧噪声目标值。通过发动机燃烧噪声目标值控制引燃燃料的主喷射计时(timing)和引燃燃料的量，这是引燃喷射的燃料喷射控制。在步骤S30处执行发动机燃烧。
在步骤S40至步骤S80处实现引燃喷射反馈控制。具体地，因为CNI仅反应直接燃烧噪声，而发动机燃烧噪声在引燃喷射反馈控制中包括直接燃烧噪声、间接燃烧噪声等，所以假设当制动平均有效压力(BMEP)等于或大于7巴时，发动机噪声也随着燃烧压力增加而增加。
具体地，在步骤S40处通过发动机燃烧计算CNI，并且在步骤S50处，通过根据BMEP考虑燃料的量来确定是否校正CNI。例如，根据BMEP是小于等于6巴还是大于等于6巴，来改变应用于用于预测发动机燃烧噪声的二次方程式的CNI和发动机燃烧噪声之间的相互关系。因此，在具有6巴以下的BMEP处的燃料的量中，在步骤S60-1通过将CNI应用于二次方程式来预测发动机燃烧噪声，如图3所示，在具有6巴以下的BMEP处，CNI和发动机燃烧噪声之间的相互关系是高，并且因此，获得非校正的发动机燃烧噪声预测值。另一方面，在具有6巴以上的BMEP处的燃料的量中，在如图4和图5所示的步骤S60-2a和步骤S60-2b处，通过使用CNI校正值的二次方程式来预测发动机燃烧噪声，从而增加CNI和发动机燃烧噪声之间的相互关系，其中，在具有6巴以上的BMEP处，CNI和发动机燃烧噪声之间的相互关系是低，并且因此，获得校正的发动机燃烧噪声预测值。随后，在步骤S70处将非校正的发动机燃烧噪声预测值或校正的发动机燃烧噪声预测值与发动机燃烧噪声目标值进行比较，并且在步骤S80处使用比较结果反馈喷射可变量控制值。在此，虽然喷射可变量控制值指主喷射计时和引燃燃料的量，但是根据需要，喷射可变量控制值可以包括与发动机燃烧噪声降低有关的其他喷射可变量控制值。
因此，在发动机燃烧噪声反馈控制中反映发动机被驱动时一直更新的CNI。
图2A、图2B至图5示出了CNI、BMEP和CNI校正的具体处理。
参考图2A和图2B，通过步骤S41至步骤S44计算CNI。在步骤S41处，通过安装至发动机的燃烧压力传感器随着发动机燃烧测量发动机的气缸压力。在这种情况下，当测量气缸压力时，考虑燃料的量、发动机转速(RPM)、挡位、进气温度、冷却水温度、喷射压力等。在步骤S42处通过快速傅里叶变换(FFT)对气缸压力的检测值进行信号处理，并且在步骤S43处，使用FFT信号处理将气缸压力级(CPL)转换为噪声水平(dB)-频率(Hz)表。然后，在步骤S44处使用CPL计算CNI，通过以下等式1表示CNI。
CNI(dB)＝10*LOG(10(1000Hz水平/10)+10(1250Hz水平/10)+10(1600Hz水平/10)+10(2000Hz水平/10)+10(2500Hz水平/10)+10(3150Hz水平/10))-----等式1
通过以1000Hz至3150Hz(1/3倍频程)频带过滤CPL并且计算所过滤的CPL而获得等式1。
参考图3，参考标号S60-1指这样的处理，即，在具有6巴以下的BMEP的条件下，不使用CNI的校正计算发动机燃烧噪声预测值。通过以下等式2表示在步骤S60-1处的非校正的发动机燃烧噪声预测值。在此，y指发动机噪声，并且x指CNI。
y＝0.0479x2-15.982x+1403.3,R2＝0.9889----等式2
在等式2中，通过将CNI应用于x获得y，并且所获得的y被用作非校正的发动机燃烧噪声预测值。
参考图4，参考标号S60-2a指这样的处理，即，在具有6巴以上的BMEP的条件下，获得CNI校正值。如附图所示，在步骤S60-2a处将等式3和CNI校正值-BMEP表一起使用，以计算CNI校正值。在此，y指发动机噪声，x指CNI，并且BMEP指巴。
y＝0.0822x2+2.6984x+13.654,R2＝0.988----等式3
通过CNI校正值-BMEP表表示等式3，并且根据BMEP的大小从CNI校正值-BMEP表中选择CNI校正值。例如，在BMEP为7巴处，CNI校正值是1.5dB，在BMEP为17巴处，CNI校正值是8.7dB等。具体地，针对每个发动机RPM确定CNI校正值，并且将确定的值建立为CNI校正值。
参考图5，在步骤S60-2b处，在具有6巴以上的BMEP的条件下，通过CNI校正值计算校正的发动机燃烧噪声预测值。如附图所示，通过以下等式4表示在步骤S60-2b处的校正的发动机燃烧噪声预测值。在此，y指发动机噪声，并且x指CNI。
y＝0.0504x2-17.283x+1555.2,R2＝0.9889----等式4
在等式4中，通过将CNI校正值应用于x而获得y，并且所获得的y被用作校正的发动机燃烧噪声预测值。
因此，发动机运行时始终更新的CNI被反映在发动机燃烧噪声反馈控制中。具体地，因为根据BMEP的大小将CNI转换为CNI校正值，所以使用非校正的发动机燃烧噪声预测值或校正的发动机燃烧噪声预测值执行发动机燃烧噪声控制。
如上所述，根据本发明构思的实施方式用于控制发动机燃烧噪声反馈的方法包括：通过控制器计算发动机燃烧噪声目标值以及检测发动机的运行。在根据基于所计算的发动机燃烧噪声目标值的主喷射计时和引燃燃料的量进行发动机燃烧之后，测量气缸压力。通过将所测量的气缸压力转换为气缸压力级计算CNI。控制引燃喷射反馈，其中，在控制引燃燃料的量和主喷射计时期间将CNI应用于喷射可变量控制。因此，通过发动机被驱动时一直被更新的CNI来预测发动机燃烧噪声，并且通过对引燃燃料的量和主喷射计时进行控制来降低发动机噪声。
根据本发明构思的示例性实施方式，与引燃喷射方法相比，通过以借助于燃烧压力传感器直接控制噪声振动激振力的方式控制燃烧噪声，可以显著地改善燃烧噪声，这种方式与直接控制噪声振动激振力的燃烧鲁棒性控制方法类似。
此外，因为基于通过燃烧压力传感器测量的燃烧压力波形将燃烧噪声指数数字化，所以可以容易地将燃烧噪声指数建立为燃烧噪声映射，并且通过燃烧噪声指数的标准化而具体地用作标准燃烧噪声映射，其中燃烧噪声指数被用于调整喷射可变量(主喷射计时和引燃燃料的量)并且用于控制燃烧噪声。
此外，本公开通过将由燃烧噪声指数建立的燃烧映射安装至ECU，可以容易地应用于根据规定需要燃烧压力传感器的所有发动机，而不需要发动机的设计改变。
虽然已经参考具体实施方式描述了本公开，但是对本领域技术人员显而易见的是，在不背离如在所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下，可做出各种变化和修改。

Claims (11)

1.一种用于反馈地控制发动机燃烧噪声的方法，包括以下步骤：
通过控制器计算发动机燃烧噪声目标值；
在根据基于所计算的发动机燃烧噪声目标值的主喷射计时和引燃燃料的量进行燃料燃烧之后，测量气缸压力；
通过将所测量的气缸压力转换为气缸压力级计算燃烧噪声指数；以及
控制反馈引燃喷射，其中，控制所述引燃燃料的量和所述主喷射计时的同时将所述燃烧噪声指数应用于喷射可变量控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，考虑燃料的量、发动机每分钟转数、挡位、进气温度以及冷却水温度，来计算所述发动机燃烧噪声目标值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过快速傅里叶变换对所测量的气缸压力进行信号处理，来将所述气缸压力级表示为噪声(dB)-频率(Hz)表，并且在气缸压力级表中从1/3倍频程频带过滤水平的频带中计算所述燃烧噪声指数。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反馈引燃喷射被控制以通过利用快速傅里叶变换对所测量的气缸压力进行信号处理，而将所述气缸压力级表示为噪声(dB)-频率(Hz)表；所述反馈引燃喷射被控制以使用所述气缸压力级的所述噪声(dB)-频率(Hz)表计算所述燃烧噪声指数；以及所述反馈引燃喷射被控制以将制动平均有效压力的参考值应用于所述反馈引燃喷射的控制，其中，在所述参考值以下，所述燃烧噪声指数被计算为非校正的发动机燃烧噪声预测值而不使用所述燃烧噪声指数的校正，并且然后应用于所述喷射可变量控制，并且在所述参考值以上，所述燃烧噪声指数利用其校正被计算为校正的发动机燃烧噪声预测值，并且然后应用于所述喷射可变量控制。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述燃烧噪声指数的噪声水平(dB)计算自1/3倍频程频带过滤水平的频带，并且所述燃烧噪声指数(dB)被表示为燃烧噪声指数(dB)＝10LOG(10(1000Hz 水平/10)+101250Hz水平/10)+10(1600Hz水平/10)+10(2000Hz水平/10)+10(2500Hz水平/10)+10(3150Hz水平/10))。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述制动平均有效压力的所述参考值处于发动机噪声随着燃烧压力增加而增加的范围。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述参考值是6巴。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，从y＝0.0479x2-15.982x+1403.3计算所述非校正的发动机燃烧噪声预测值，其中，y是发动机噪声并且x是所述燃烧噪声指数。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，通过将y＝0.0822x2+2.6984x+13.654转换为燃烧噪声指数校正值-制动平均有效压力表，来计算所述校正的发动机燃烧噪声预测值，其中，y是发动机噪声并且x是所述燃烧噪声指数，从而针对所述制动平均有效压力的每个部分计算燃烧噪声指数校正值。
10.根据权利要求9的所述方法，其中，所述燃烧噪声指数校正值被确定为与发动机每分钟转数对应。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制器是发动机控制单元，并且通过在发动机气缸中安装的燃烧压力传感器测量所述气缸压力。
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