CN111005817A - 通过预测发动机噪声用于燃料喷射的控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了通过预测发动机噪声用于燃料喷射的控制系统和方法。一种通过预测发动机噪声用于燃料喷射的控制系统，可以包括：发动机噪声预测装置，被配置为根据当前测量的发动机燃烧压力值通过预先存储的预测的发动机噪声系数实时推导出预测的发动机噪声值；以及燃烧控制器，被配置为确定由发动机噪声预测装置推导出的实时预测发动机噪声值和发动机的当前运行条件的目标发动机噪声值之间的差值，并且当发动机噪声被确定为由于异常燃烧而降级时，被配置为改变目标发动机噪声值，以根据改变的目标发动机噪声值，控制燃料喷射。

Description

通过预测发动机噪声用于燃料喷射的控制系统和方法
交叉引用相关申请
本申请要求2018年10月8日提交的韩国专利申请第10-2018-0119945号的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及用于燃料喷射的控制系统和控制方法。更具体地，本发明涉及通过预测发动机噪声用于燃料喷射的控制系统和控制方法。
背景技术
车辆的发动机是一种用于将燃烧燃料生成的能量转换成允许车辆移动的机械能的装置。考虑到燃料量效率,废气,噪声、振动和粗糙度(NVH)、负荷等来控制到发动机中的燃料喷射的量和间隔。
因此，由符合上述要求的映射参考控制燃料喷射。即使燃料喷射按照预定的基准控制，也不能主动响应于由于耐久性和环境变化而改变的燃烧特性造成的NVH性能的降低。
即，由于在相关技术中发动机的燃料喷射参数是基于校准的开环控制，所以通过学习和校正引燃喷射的燃料喷射，对于喷射器的耐久性退化，仅可能对燃料量进行部分校正控制。
在本发明的背景部分中公开的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不能被认为是对该信息构成本领域技术人员已知的现有技术的确认或任何形式的暗示。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供用于通过预测发动机噪声用于燃料喷射的控制系统和控制方法，被配置为通过实时自适应地控制到发动机的燃烧室中的燃料喷射来改善噪声、振动和粗糙度(NVH)性能和燃料效率并优化排气。
本发明的其他目的和优点可以通过以下描述来理解，并且参考本发明的示例性实施例变得显而易见。同样，对于本发明所属领域的技术人员来说显而易见的是，本发明的目的和优点可以通过所要求保护的手段及其组合来实现。
根据本发明的各种示例性实施例，一种通过预测发动机噪声用于燃料喷射的控制系统，所述噪声控制系统包括：发动机噪声预测装置，被配置为通过预测的发动机噪声系数实时推导出预测的发动机噪声值，其中，根据当前测量的发动机燃烧压力值预先存储所述预测的发动机噪声系数；以及燃烧控制器，被配置为确定由发动机噪声预测装置推导出的实时预测的发动机噪声值和发动机的当前运行条件的目标发动机噪声值之间的差值，并且当发动机噪声被确定为由于异常燃烧而降级时，被配置为改变目标发动机噪声值，以根据改变的目标发动机噪声值，控制燃料喷射。
燃烧控制器可以通过预先存储在电子控制单元(ECU)中的目标发动机噪声值的映射来获取发动机的当前运行条件的目标发动机噪声值。
当推导出的实时预测的发动机噪声值和发动机的当前运行条件的目标发动机噪声值之间的差值等于或大于预定阈值时，所述燃烧控制器可以被配置为确定发动机噪声由于异常燃烧而降级。
所述燃烧控制器可以根据改变的目标发动机噪声值改变包括主喷射时间和喷射压力的喷射参数，控制燃料喷射。
所述预测的发动机噪声系数可以包括通过根据发动机的燃烧压力映射预测的发动机噪声值所获得的数据。
所述预测发动机噪声系数可以包括通过根据包括发动机转数(the number ofrevolutions of the engine)和发动机负荷的发动机运行条件映射预测发动机噪声值所获得的数据。
所述噪声控制系统可进一步包括发动机测量装置，被配置为通过对根据所述预测的发动机噪声值测量的燃料效率值、NOx值和颗粒物(PM)值进行建模来生成燃料效率和排放的最佳模型。
所述燃烧控制器可以被配置为根据燃料效率和排放的最佳模型来确定对应于改变的喷射参数的燃料效率、NOx和PM的预测值，并且当燃料效率、NOx和PM的预测值满足预定阈值时，所述燃烧控制器可以被配置为根据改变的喷射参数控制燃料喷射。
根据本发明的各种示例性实施例，一种通过预测发动机噪声用于燃料喷射的控制方法，所述控制方法包括：测量发动机的当前燃烧压力；由预先存储的预测发动机噪声系数根据发动机的当前燃烧压力，推导出实时预测的发动机噪声值；推导出发动机的当前运行条件的目标发动机噪声值；确定实时预测的发动机噪声值和发动机的当前运行条件的目标发动机噪声值之间的差值；并且确定发动机噪声是否由于异常燃烧而降级。
当实时预测的发动机噪声值和发动机的当前运行条件的目标发动机噪声值之间的差值等于或大于预定阈值时，确定发动机噪声是否由于异常燃烧而降级，可包括确定发动机噪声处于降级状态。
所述控制方法可以进一步包括：当发动机噪声被确定为处于降级状态时，改变目标发动机噪声值并根据改变的目标发动机噪声值，改变包括主喷射时间和喷射压力的喷射参数。
推导出发动机的当前运行条件的目标发动机噪声值可以包括通过预先存储在电子控制单元(ECU)中的目标发动机噪声值的映射，推导出目标发动机噪声值。
所述预测发动机噪声系数可以包括通过根据发动机的燃烧压力映射所述预测发动机噪声值所获得的数据。
所述预测发动机噪声系数可以包括通过根据包括发动机转数及其负荷的发动机运行条件映射所述预测发动机噪声值所获得的数据。
所述控制方法可以进一步包括：确定燃料效率值、NOx值和颗粒物(PM)值，这些值对应于在根据燃料效率和排放的最佳模型改变喷射参数时获得的改变的喷射参数，其中，通过对根据所述预测的发动机噪声值测量的燃料效率、NOx和PM的值进行建模所获得所述燃料效率和排放的最佳模型。
所述控制方法可以进一步包括：确定在确定燃料效率、NOx和PM的预测值时确定的燃料效率、NOx和PM的预测值是否满足设定阈值；并且当燃料效率、NOx和PM的预测值满足设定阈值时，根据改变的喷射参数，控制燃料喷射。
本发明的方法和设备具有其他特征和优点，这些特征和优点将从结合于此的附图和以下具体实施方式中变得显而易见或更详细地阐述，这些附图和具体实施方式一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1是示出通过本发明的发动机噪声预测的燃料喷射控制系统的示图。
图2A、图2B、图3A和图3B是示出预测发动机噪声值和测量值之间的比较的曲线图。
图4是示出由本发明推导出的最佳实验设计(DoE)模型的示例的示图。
图5是部分地示出本发明的通过发动机噪声预测的燃料喷射控制系统的示图。
图6是示出应用本发明的燃料喷射控制系统和燃料喷射控制方法之前和之后的比较的示图。
图7、图8、图9A和图9B是示出通过本发明的发动机噪声预测的燃料喷射控制方法的示图。
应当理解，附图不一定是按比例绘制的，呈现了说明本发明基本原理的各种特征的稍微简化的表示。在本文中包括的本发明的特定设计特征将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定，包括例如特定的尺寸、方向、位置和形状。
在附图中，附图标记表示在这几幅图中的本发明的相同或等同部分。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施例，在附图中示出并在下面描述其示例。虽然将结合本发明的示例性实施例来描述本发明，但是应当理解，本描述并不旨在将本发明限于这些示例性实施例。另一方面，本发明旨在不仅覆盖本发明的示例性实施例，而且覆盖各种替换、修改、等同物和其他实施例，这些都可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。
应该参考说明本发明的示例性实施例的附图以及附图中的描述，以充分理解本发明和本发明的操作优点以及通过实践本发明所获得的目的。
在本发明的各种示例性实施例中，可以减少或省略已知技术或详细描述，以避免本领域普通技术人员模糊理解本公开。
图1是示出通过本发明的发动机噪声预测的燃料喷射控制系统的示图。在下文中，将参考图1描述根据本发明的示例性实施例的通过发动机噪声预测的燃料喷射控制系统。
根据本发明的示例性实施例的通过发动机噪声预测的燃料喷射控制系统包括发动机噪声预测装置11、排气分析仪12、燃料效率分析仪13、发动机测量装置20、电子控制单元(ECU)和燃烧控制器30。燃料喷射控制系统根据发动机的燃烧压力推导出预测的发动机噪声系数，确定预测的发动机噪声系数是否与目标发动机噪声值一致，并且当预测的发动机噪声系数被确定为与目标发动机噪声值不一致时，燃料喷射控制系统通过校正目标发动机噪声值来控制燃料喷射。此外，考虑到燃料效率和废气，燃料喷射控制系统优化经校正的目标发动机噪声值，以与实验设计(DoE)模型相一致。
发动机噪声预测装置11实时测量发动机的燃烧压力，并通过先前映射的预测发动机噪声系数根据测量的燃烧压力，推导出当前的预测发动机噪声值。
预测发动机噪声系数的推导出是通过发动机消声室测试推导出的。
即，通过测量发动机消声室内的发动机扭矩、燃烧压力和发动机辐射噪声，推导出预测的发动机噪声系数。
通过输入燃烧压力数据和通过使用麦克风在四个方向或各种测试条件下测量发动机辐射噪声所获得的值，并通过根据操作区域执行，以允许整体部分是可预测的，来优化根据燃烧压力的发动机辐射噪声。通过根据发动机运行条件(低速部分、中间负荷加速部分、满负荷部分等)形成各种噪声预测系数，来优化发动机辐射噪声。
因此，以1/3倍频程生成分析和预测系数。
从概念上讲，SP发动机＝SP负荷无关噪声+SP燃烧+SP负荷相关噪声，发动机辐射噪声如下。
SP＝SPmech.+H·CP+G·L,并且
SP＝声压功率，CP＝气缸压力功率，H＝传递系数b/w气缸压力和燃烧噪声声功率，G＝传递系数b/w扭矩和负荷相关噪声，L＝发动机扭矩2。
即，发动机辐射噪声的声功率等于直接燃烧声、间接燃烧声和机械噪声的声功率之和。通过将气缸压力功率CP乘以直接燃烧噪声系数H而形成直接燃烧声音，并且直接燃烧声音由发动机扭矩和直接燃烧声音系数G的平方的乘积构成。
图2A至3B是显示预测发动机噪声值和测量值之间的比较的曲线图。图2A和图2B是示出在整个工作区中总发动机噪声的测量值和预测值之间的比较的曲线图。图3A和图3B是示出1/3倍频程的比较和分析结果的曲线图。
如结果所示，通过发动机消声室测试获得的预测发动机噪声值与实际测量值一致，使得推导出根据通过发动机消声室测试的燃烧压力的预测发动机噪声值，作为预测发动机噪声系数，并且预测发动机噪声系数存储在发动机噪声预测装置11中。
返回参考图1，发动机测量装置20通过由发动机噪声预测装置11、排气分析仪12和燃料效率分析仪13(发动机校准系统)推导出的多条数据生成燃料效率和最佳排气模型(DoE模型)。
即，作为图4的示例，生成根据现有发动机测试室中发动机控制参数(主喷射时间、喷射压力、引燃喷射量等)的变化的最佳DoE模型，作为可应用于嵌入式系统的模型。
发动机测量装置20通过发动机噪声预测装置11获得关于预测的发动机噪声系数的信息，通过现有发动机测试室中的测试根据排气分析仪12测量的燃烧压力获得关于颗粒物(PM)和NOx的信息，并且通过现有发动机测试室根据燃料效率分析仪13测量的燃烧压力获得关于燃料效率的信息。发动机测量装置20基于上述信息根据预测的发动机噪声值推导出燃料效率值、NOx值和PM值，以生成燃料效率和排放的最佳模型(DoE模型)。
图5是部分示出本发明的通过发动机噪声预测的燃料喷射控制系统的示图。
燃烧控制器30基于来自ECU的发动机管理数据(EMS数据)，根据目标发动机噪声值的映射，来控制燃料喷射。
存储在ECU中的目标发动机噪声值的映射是预先映射的值，而不是有效值，而在本发明的示例性实施例中，燃烧控制器30确定发动机噪声预测装置11实时预测的发动机噪声值和相对于运行条件的目标发动机噪声值之间的差值。当差值等于或大于阈值时，燃烧控制器30校正目标发动机噪声值。此外，当目标发动机噪声值与根据由发动机测量装置20推导出的燃料效率和排放的最佳模型(DoE模型)的燃料效率值、NOx值和PM值一致时，燃烧控制器30根据校正的目标发动机噪声值控制燃料喷射。
发动机噪声预测装置11测量发动机的燃烧压力，以通过预测的发动机噪声系数根据燃烧压力推导出实时预测的发动机噪声值。当实时预测的发动机噪声值和目标发动机噪声值之间的差值等于或大于阈值时，燃烧控制器30将该差值确定为导致NVH降级的异常燃烧，从而控制燃料喷射。
实时发动机噪声预测测量一个循环的燃烧压力，然后通过快速傅立叶变换(FFT)推导出气缸功率。实时发动机噪声预测通过测量曲轴位置传感器(CKPS)来确定曲轴角度，推导出指示平均有效压力(IMEP)，然后确定制动平均有效压力(BMEP)。
因此，使用对应于发动机运行条件的预测的发动机噪声系数来确定预测发动机噪声值，并且每一个循环实时确定预测的发动机噪声值。
同时，通过上述实时发动机噪声预测的燃料喷射控制系统被配置为基于用于发动机噪声预测、燃料效率和排气的集成控制逻辑来执行集成控制，而无需添加硬件。
图6是示出在应用本发明的燃料喷射控制系统之前和之后之间的比较的示图，并且可以确认NVH性能进一步提高。
接下来，将参考图7至9B描述根据本发明的示例性实施例的通过预测发动机噪声用于燃料喷射的控制方法，并且将省略在燃料喷射控制系统的描述中描述的具体细节的描述。
图7是示出通过发动机消声室测试推导出预测发动机噪声系数的过程的流程图。
首先，设定发动机运行条件(S11)，并且获得发动机根据发动机运行条件运行的条件(发动机转速、发动机负荷等)(S12)。
因此，测量相应条件下的发动机辐射噪声(S13)。
因此，获取发动机燃烧压力的数据(S14)。
通过使用测量的辐射噪声和发动机燃烧压力推导出声功率和汽缸功率，推导出根据发动机燃烧压力的预测发动机噪声值，作为预测发动机噪声系数(S15和S16)。
图8是示出通过现有发动机测试室的实验推导出燃料效率和排放的最佳模型(DoE模型)的过程的流程图。
首先，设定发动机运行条件(S21)，并且在发动机根据发动机运行条件运行的条件下测量预测的发动机噪声值(S22)。
预测发动机噪声值是在操作S15中通过发动机噪声预测装置11推导出的预测发动机噪声系数来测量的。
因此，由燃料效率分析仪13针对每个运行条件测量燃料效率(S23)，并且由排气分析仪12测量NOx和PM值(S24和S25)。
基于这些测试结果，发动机测量装置20对于喷射参数推导出燃料效率和排放的最佳模型(预测发动机噪声值、燃料效率、NOx和PM的模型)(S26和S27)。
此外，推导出燃料效率值、NOx值和PM值中的每一个的阈值(S28)。
最后，通过由图9A和9B所示的过程进行的噪声预测，来实时控制燃料喷射。
测量发动机噪声预测触发信号(S31)。当生成发动机噪声预测触发时(S32)，通过测量CKPS来推导出发动机燃烧压力(S33)，并且测量存储在ECU中的EMS数据(S34)。
对应于在操作S33中测量的发动机燃烧压力的实时预测的发动机噪声值由在操作S16中推导出的预测发动机噪声系数推导出(S35)，并且从在操作S34中测量的EMS数据中推导出在发动机的相应运行条件下的目标发动机噪声值(S36)。
随后，燃烧控制器30确定实时预测的发动机噪声值和实时目标发动机噪声值之间的差值(S37)，并将所确定的差值与预设阈值进行比较，确定预测发动机噪声值是否超过大于阈值的目标发动机噪声值(S38)。
作为操作S38中的确定结果，当预测的发动机噪声值超过大于阈值的目标发动机噪声值时，校正目标发动机噪声值，并且根据校正的目标发动机噪声值设置喷射参数的改变值(S41)。
喷射参数可以包括主喷射时间、喷射压力、引燃喷射量等。
此外，当在操作S41中校正喷射参数时，确定根据相应的喷射参数的DoE模型值(燃料效率、NOx或PM的预测值)是否满足在操作S28中推导出的阈值(S43)。
当DoE模型值不满足在操作S28中推导出的阈值范围时，在操作S41中重置喷射参数的变化值(S41)。
作为操作S43中的确定结果，当DoE模型值满足阈值时，根据改变的喷射参数，控制燃料喷射应用于后续循环中的喷射(S44)。当发动机停止时，控制方法终止，否则，重复图9A和9B的过程，以通过闭环实时控制燃料喷射(S45)。
如上所述，根据本发明的各个方面，根据预测的发动机噪声值实时主动控制燃料喷射，从而可以改善NVH性能，并且控制燃料喷射，以与燃料效率和排放的最佳模型一致，从而可以实现改善燃料效率和优化废气。
根据本发明的噪声控制系统和通过预测发动机噪声用于燃料喷射的控制方法，尽可能精确地预测发动机噪声，并且考虑到发动机噪声、燃料效率和废气来控制燃料喷射，使得可以改善NVH性能和燃料效率并优化废气。
此外，实时控制燃料喷射，可以根据环境变化等主动控制燃料喷射。
此外，本发明的噪声控制系统和通过预测发动机噪声用于燃料喷射的控制方法可以与EMS集成，使得不需要额外的硬件配置。
为了便于解释和精确定义所附权利要求，术语“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“上”、“下”、“上部”、“下部”、“向上”、“向下”、“前面”、“背面”、“后面”、“里面”、“外面”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“内”、“外”、“向前”和“向后”用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施例的特征。
还应理解，术语“连接”或其派生词表示直接和间接连接。
出于说明和描述的目的，已经呈现了本发明的特定示例性实施例的前述描述。这些描述并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，显然，根据上述教导，许多修改和变化都是可能的。选择和描述示例性实施例，以解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域的其他技术人员能够制造和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替换和修改。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (16)

1.一种通过预测发动机噪声的与燃料效率和排放值相关的噪声控制系统，所述噪声控制系统包括：
发动机噪声预测装置，被配置为根据当前测量的发动机的燃烧压力值，通过预先存储的预测的发动机噪声系数推导出实时预测的发动机噪声值；以及
发动机控制单元(ECU)，被配置为确定由所述发动机噪声预测装置推导出的实时预测的发动机噪声值和针对所述发动机的当前运行条件的目标发动机噪声值之间的差值，并且当发动机噪声被确定为由于异常燃烧而降级时，所述发动机控制单元被配置为改变所述目标发动机噪声值，以根据所改变的目标发动机噪声值，控制燃料效率和排放值。
2.根据权利要求1所述的噪声控制系统，
其中，燃烧控制器被配置为通过预先存储在电子控制单元中的目标发动机噪声值的映射，获得针对所述发动机的当前运行条件的所述目标发动机噪声值。
3.根据权利要求2所述的噪声控制系统，
其中，当推导出的所述实时预测的发动机噪声值和针对所述发动机的当前运行条件的所述目标发动机噪声值之间的差值等于或大于预定阈值时，所述燃烧控制器被配置为确定发动机噪声由于异常燃烧而降级。
4.根据权利要求3所述的噪声控制系统，
其中，所述燃烧控制器根据经改变的目标发动机噪声值改变喷射参数，控制燃料喷射，其中，所述喷射参数包括主喷射时间和喷射压力。
5.根据权利要求4所述的噪声控制系统，
其中，所述实时预测的发动机噪声系数包括通过根据所述发动机的燃烧压力映射所预测的发动机噪声值所获得的数据。
6.根据权利要求5所述的噪声控制系统，
其中，所述实时预测的发动机噪声系数包括通过根据所述发动机的运行条件映射所预测的发动机噪声值所获得的数据，其中，所述发动机的运行条件包括所述发动机的转速和所述发动机的负荷。
7.根据权利要求6所述的噪声控制系统，进一步包括：
发动机测量装置，被配置为通过对根据所述实时预测的发动机噪声值测量的燃料效率值、NOx值和颗粒物PM值进行建模来生成针对燃料效率和排放的模型。
8.根据权利要求7所述的噪声控制系统，
其中，所述燃烧控制器被配置为根据针对燃料效率和排放的所述模型来确定与经改变的喷射参数对应的燃料效率、NOx和PM的预测值，并且当所述燃料效率、NOx和PM的预测值满足预定阈值时，所述燃烧控制器被配置为根据经改变的喷射参数控制燃料喷射。
9.一种通过预测发动机噪声用于燃料喷射的控制方法，所述控制方法包括：
测量发动机的当前燃烧压力；
由预先存储的预测的发动机噪声系数根据所述发动机的当前燃烧压力，推导出实时预测的发动机噪声值；
推导出针对所述发动机的当前运行条件的目标发动机噪声值；
确定实时预测的发动机噪声值和针对所述当前运行条件的所述目标发动机噪声值之间的差值；并且
确定所述发动机噪声何时由于异常燃烧而降级。
10.根据权利要求9所述的控制方法，
其中，当实时预测的发动机噪声值和针对所述发动机的当前运行条件的所述目标发动机噪声值之间的差值等于或大于预定阈值时，确定发动机噪声何时由于异常燃烧而降级，包括确定所述发动机噪声处于降级状态。
11.根据权利要求10所述的控制方法，进一步包括：
当所述发动机噪声被确定为处于降级状态时，根据经改变的目标发动机噪声值，改变所述目标发动机噪声值并改变包括主喷射时间和喷射压力的喷射参数。
12.根据权利要求11所述的控制方法，
其中，推导出针对所述发动机的当前运行条件的目标发动机噪声值包括通过预先存储在电子控制单元(ECU)中的目标发动机噪声值的映射，推导出所述目标发动机噪声值。
13.根据权利要求11所述的控制方法，
其中，所述预先存储的预测发动机噪声系数包括通过根据所述发动机的当前燃烧压力映射所述实时预测的发动机噪声值所获得的数据。
14.根据权利要求13所述的控制方法，
其中，所述预先存储的预测发动机噪声系数包括通过根据包括所述发动机的转速和所述发动机的负荷的所述发动机的运行条件映射所述实时预测的发动机噪声值所获得的数据。
15.根据权利要求14所述的控制方法，进一步包括：
根据针对燃料效率和排放的模型来确定与改变所述喷射参数时获得的经改变的喷射参数对应的燃料效率值、NOx值和颗粒物PM值，其中，所述针对燃料效率和排放的模型是通过对根据所述实时预测的发动机噪声值测量的燃料效率、NOx和PM的值进行建模所获得的。
16.根据权利要求15所述的控制方法，进一步包括：
确定在确定燃料效率、NOx和PM的预测值时所确定的燃料效率、NOx和PM的预测值何时满足预定阈值；并且
当所述燃料效率、NOx和PM的预测值满足所述预定阈值时，根据经改变的所述喷射参数，控制燃料喷射。
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