DE102009000088B4

DE102009000088B4 - Anordnung und Verfahren zur Verminderung von Schwingungen eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102009000088B4
Application number: DE200910000088
Authority: DE
Inventors: Bert 53913 Pingen; Harald 50733 Stoffels
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: CN101799057A; CN101799057B; DE102009000088A1

Abstract

Anordnung zur Verminderung von Schwingungen eines Verbrennungsmotors (4) mit mindestens einem aktiven Schwingungstilger (6), der mittels Steuersignalen (28) so angesteuert wird, dass Schwingungen des Verbrennungsmotors vermindert oder ausgelöscht werden, wobei die Steuersignale auf Basis von mit den Schwingungen des Verbrennungsmotors verknüpften Meßdaten mindestens eines Sensors (8) gewonnen werden, der Meßdaten liefert, die einen in einem Zylinder des Verbrennungsmotors (4) herrschenden Zustand der Verbrennung verzögerungsfrei wiedergeben, und wobei zusätzlich mindestens ein weiterer Sensor (10; 12, 14) vorgesehen ist, welcher Schwingungen des Verbrennungsmotors oder eines seiner Bauteile detektiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßdaten des in einem Zylinder (1, 2, 3, ..., i) des Verbrennungsmotors (4) herrschenden Zustands der Verbrennung und die Meßdaten des mindestens einen weiteren Sensors (10; 12, 14) bzw. daraus gewonnene Vorhersagewerte zur Berechnung eines Pegels der halben Motorordnung verwendet werden, dass der Pegel der halben Motorordnung mit einem Sollwert verglichen wird und dass, wenn der Pegel der halben Motorordnung...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Verminderung von Schwingungen eines Verbrennungsmotors gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 13.
Eine derartige Anordnung und ein derartiges Verfahren sind jeweils aus der DE 100 63 457 A1 und der DE 690 24 075 T2 bekannt, worin als Schwingungstilger jeweils ein vorhandener Starter-Generator verwendet wird.
Aus der DE 10 2004 062 471 B3 ist ein dedizierter Schwingungstilger für Verbrennungsmotoren bekannt, dessen Steuersignale auf Basis eines Kurbelwellendrehzahlsignals und eines Synchronisationssignals für die Kurbelwellenphase gewonnen werden.
Aus der DE 198 42 729 C1 ist ein dedizierter Schwingungstilger für Verbrennungsmotoren bekannt, dessen Steuersignale auf Basis eines Sensors für den oberen Totpunkt gewonnen werden.
Eine Schwingungsminderung bei Verbrennungsmotoren bzw. deren Kraftübertragungselementen wie z. B. Antriebssträngen wird zur Verminderung von unangenehmen Geräuschen im Kraftfahrzeug und anderen Phänomenen, die man allgemein als NVH (Noise, Vibration and Harshness) bezeichnet, eingesetzt.
Als aktiver Schwingungstilger dient ein elektromotorischer, elektromagnetischer oder hydraulischer Aktuator, der über einen offenen oder geschlossenen Regelkreis so angesteuert wird, dass dieser den Verbrennungsmotor oder das Kraftübertragungselement gegenphasig erregt, um dessen Schwingungen zu vermindern oder aufzuheben. Als Schwingungstilger kann ebenfalls ein Aktuator dienen, der nach dem Piezoeffekt arbeitet.
Ziel eines guten NVH sollte es sein, mechanische Schwingungen der halben Motorordnung zu minimieren, wobei man unter einer Motorordnung die Grundschwingung des Verbrennungsmotors versteht, die wiederum seiner Drehzahl entspricht. Man spricht in diesem Zusammenhang auch vom Gleichlauf der Verbrennungskraftmaschine. Die halbe Motorordnung entsteht durch ungleiche Verbrennungscharakteristik der einzelnen Zylinder untereinander, und sollte im Zuge der Optimierung des Gleichlaufes der Zylinder zueinander ein Minimum annehmen. Die ungleiche Verbrennung der einzelnen Zylinder untereinander kann aus fertigungsbedingten Streuungen der Bauteile und Aktuatoren herrühren.
Die aus den beiden zuletzt genannten Druckschriften bekannten Systeme gewinnen die Steuersignale für den aktiven Schwingungstilger aus der Kurbelwellendrehzahl und der Kurbelwellenphase bzw. dem oberen Totpunkt, weshalb nur die Frequenz der Motorordnung selbst mehr oder weniger wirksam kompensiert werden kann, während die Frequenz der halben Motorordnung unkompensiert bleibt bzw. nur annähernd kompensiert werden kann.
Weitere Unzulänglichkeiten bei den beiden vorgenannten Systemen liegen darin, dass ein Sensor für den oberen Totpunkt eben nur den oberen Totpunkt, aber kein Maß liefert, das die tatsächlich stattfindenden Schwingungen wiedergibt, und dass man z. B. aus der Kurbelwellendrehzahl und der Kurbelwellenphase irgendwelche Steuersignale für den aktiven Schwingungstilger nur mit einer unvermeidlichen Verzögerung gewinnen kann. Daher ist es nicht möglich, schnelle Änderungen des Schwingungszustands des Verbrennungsmotors zu erfassen, wie sie z. B. im Leerlauf von einer Umdrehung zur anderen oder sogar zwischen unmittelbar aufeinander folgenden Zündungen individueller Zylinder auftreten können, geschweige denn diese zu kompensieren.
Diese Unzulänglichkeiten können mit den beiden gattungsgemäßen Systemen teilweise überwunden werden, indem der mindestens eine Sensor Meßdaten liefert, die einen in einem Zylinder des Verbrennungsmotors herrschenden Zustand der Verbrennung verzögerungsfrei wiedergeben.
Mit Meßdaten, die sowohl den Zeitpunkt als auch die Intensität eines Maximums des Verbrennungszustands in dem Zylinder in Echtzeit angeben, ist auch eine Gewinnung von passenden Steuersignalen für den aktiven Schwingungstilger in Echtzeit möglich. Dies wiederum ermöglicht ein schnelleres Ansprechen der Steuerung des aktiven Schwingungstilgers und damit eine bessere Schwingungsminderung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur Verminderung von Schwingungen eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, bei denen insbesondere die oft dominanten Schwingungen der halben Motorordnung vermindert oder ausgelöscht werden können.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung und einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 13 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Gewinnung der Steuersignale für den aktiven Schwingungstilger können insbesondere Leerlaufschwingungen und zylinderindividuelle Verbrennungsgeräusche wesentlich vermindert werden. Derartige Schwingungen und Geräusche entstehen besonders leicht bei Verbrennungsmotoren mit Kompressionszündung wie z. B. Dieselmotoren mit ihren hohen maximalen Zylinderinnendrücken.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der mindestens eine Sensor einen Zylinderdrucksensor bzw. ist der hierdurch detektierte Zustand der Zylinderinnendruck, wie aus den genannten gattungsbildenden Druckschriften bekannt. Zylinderdrucksensoren sind in heutigen Verbrennungsmotoren meist ohnehin vorhanden, so dass die Erfindung mit wenig zusätzlichem Aufwand realisiert werden kann. Grundsätzlich geeignet sind aber auch andere im Zylinder messende Sensoren, welche einen Verbrennungszustand verzögerungsfrei detektieren können, beispielsweise optische Sensoren, welche die Lichtintensität und/oder das Lichtspektrum im Zylinder registrieren, womit man ein Maß für die Temperatur erhält, welche mit dem Druck im Zusammenhang steht.
Indem zusätzlich zu den Steuersignalen für den aktiven Schwingungstilger weitere Steuersignale, mit denen die Verbrennung in einem oder mehreren Zylindern geregelt wird, auf Basis der Meßdaten des in einem Zylinder des Verbrennungsmotors herrschenden Zustands der Verbrennung gewonnen werden, wie aus der DE 100 63 457 A1 an sich bekannt, kann die Erfindung in vorteilhafter Weise um eine automatische Verbrennungsregelung ergänzt bzw. damit kombiniert werden.
Das Maximum eines Sensorsignals – wie z. B. des Drucks oder der Temperatur im Zylinder – repräsentiert die Hauptursache von Motorschwingungen, nämlich den maximalen Zylinderinnendruck bzw. die im Wesentlichen dazu proportionale Temperatur, zwar verzögerungsfrei und passender weise mit der Frequenz der oft dominanten halben Motorordnung, doch sind die tatsächlich auftretenden Schwingungen eines bestimmten Bauteils oder Kraftübertragungselements des Verbrennungsmotors möglicherweise nicht proportional hierzu.
Daher wird bei der Erfindung zusätzlich zu dem Sensor, der einen in einem Zylinder des Verbrennungsmotors herrschenden Zustand der Verbrennung verzögerungsfrei detektiert, mindestens ein weiterer Sensor vorgesehen, welcher Schwingungen des Verbrennungsmotors oder eines seiner Bauteile detektiert. Dieser weitere Sensor ist beispielsweise als Körperschallsensor, wie z. B. als Klopfsensor wie in der DE 100 63 457 A1 , und/oder als hochauflösender Sensor zur Erfassung von Änderungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle wie in der DE 690 24 075 T2 ausgebildet, mit dem Torsionsschwingungen der Kurbelwelle erfaßt werden können.
Durch gemeinsame Auswertung der Meßdaten zum Verbrennungszustand und der mittels des weiteren Sensors detektierten Schwingungen des Verbrennungsmotors oder eines seiner Bauteile können Steuersignale für den aktiven Schwingungstilger gewonnen werden, mit denen die Schwingungen des Verbrennungsmotors bzw. seines Bauteils optimal vermindert werden können.
Steuersignale, mit denen die Verbrennung in einem oder mehreren Zylindern geregelt wird, werden vorzugsweise ebenfalls durch gemeinsame Auswertung der Meßdaten des Verbrennungszustands und der mittels des weiteren Sensors detektierten Schwingungen gewonnen.
Sowohl die Steuersignale für den aktiven Schwingungstilger als auch die Steuersignale für die Verbrennungsregelung werden bevorzugt dadurch gewonnen, dass die Meßdaten des in einem Zylinder des Verbrennungsmotors herrschenden Zustands der Verbrennung mit den Meßdaten des mindestens einen weiteren Sensors korreliert werden. Eine Kombination und vorzugsweise Korrelation der verzögerungsfrei vorliegenden Meßdaten des Verbrennungszustands mit den realen, aber verzögerten Schwingungsmeßdaten erlaubt eine zuverlässige Berechnung von Vorhersagewerten, anhand derer Folgeschwingungen wirksam entgegengewirkt werden kann, indem der aktive Schwingungstilger entsprechend angesteuert wird, und erlaubt zusätzlich eine gegenüber konventionellen Verbrennungsreglungen verbesserte Verbrennungsreglung.
Wenn der Verbrennungsmotor ein Mehrzylindermotor ist, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für jeden Zylinder ein Sensor – z. B. ein Zylinderdrucksensor – vorgesehen, der Meßdaten liefert, die einen in einem Zylinder des Verbrennungsmotors herrschenden Zustand der Verbrennung verzögerungsfrei wiedergeben. Auf diese Weise kann man den von jedem einzelnen Zylinder verursachten Schwingungen wirkungsvoll entgegenwirken. Dies ist besonders bei schnellen Zustandsänderungen des Motors nützlich, beispielsweise während Übergängen von einem Antriebszustand in einen Leerlaufzustand und umgekehrt, welche mit konventioneller gegenphasiger Schwingungstilgung mangels geeigneter Meßdaten nicht richtig in den Griff zu bekommen sind.
Sämtliche Sensoren, Aktuatoren und die mittels Software steuerbare Elektronik, die man zur Realisierung der Erfindung bzw. ihrer in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Weiterbildungen benötigt, sind bei heutigen Kraftfahrzeugen häufig ohnehin vorhanden, so dass sämtliche Ausführungsformen der Erfindung mit sehr geringem Aufwand realisiert werden können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Anordnung zur Verminderung von Schwingungen eines Verbrennungsmotors; und
2 ein Blockdiagramm zur näheren Erläuterung eines Teils von 1.
In 1 weist ein schematisch im Querschnitt durch einen Zylinderblock dargestellter Verbrennungsmotor 4 mehrere Zylinder 1, 2, 3, ..., i und einen aktiven Schwingungstilger 6 auf, der hier als elektromotorisch, elektromagnetisch oder hydraulisch arbeitende aktive Aufhängung für den Verbrennungsmotor 4 ausgebildet ist. Ein aktiver Schwingungstilger kann aber auch anders als in Form einer Motoraufhängung realisiert werden. Beispielsweise kann dieser als Gegengewicht ausgebildet sein, das mit einer Motoraufhängung verbunden ist und das relativ dazu bewegt werden kann.
Zumindest der erste Zylinder 1 weist einen Drucksensor 8 auf, welcher den momentanen Zylinderinnendruck p detektiert. Die übrigen Zylinder können ebenfalls Drucksensoren aufweisen, wie schemenhaft dargestellt.
Am oder im Zylinderblock ist ein Klopfsensor 10 befestigt, welcher die Gesamtschwingung des Zylinderblocks einschließlich aller im Verbrennungsmotor 4 entstehenden Schwingungen und Geräusche als Gemisch von einander überlagerten mechanischen Schwingungen detektiert, nämlich als ein Beschleunigungssignal a.
Ein Ende einer nicht gezeigten Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 4 ist ein Schwungrad 12 befestigt, welches eine Vielzahl von Marken trägt, die in der Praxis wesentlich enger benachbart sind als schematisch dargestellt, so dass man mit einem optischen oder magnetischen Sensor 14, der diese Marken abtastet, die momentane Winkelstellung und Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle mit hoher Präzision bestimmen kann. Für das hier beschriebene System von Bedeutung ist insbesondere die Änderung der Winkelgeschwindigkeit dΨ/dt als ein Maß für irgendwelche Torsionsschwingungen der Kurbelwelle.
Obwohl im Ausführungsbeispiel sowohl die Signale eines Klopfsensors 10 und eine hochauflösenden Winkelsensors 14 herangezogen werden, kann auch nur das Signal eines dieser Sensoren herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Sensorsignale, aus den Schwingungsinformationen abgeleitet werden können, detektiert werden.
Eine Änderung der Winkelgeschwindigkeit kann nur mit einer gewissen Verzögerung gemessen werden, da der Sensor 14 etliche Marken abtasten muß, ehe aus den Meßdaten eine Winkelgeschwindigkeit bzw. deren Änderung bestimmt werden kann. Eine derartige Verzögerung tritt auch bei der Bestimmung von Schwingungen aus dem Beschleunigungssignal des Klopfsensors 10 auf, da hierfür mehrere Schwingungsperioden ausgewertet werden müssen.
Die Winkelgeschwindigkeit dΨ/dt und das Beschleunigungssignal a, welche von der Zeit und/oder dem Kurbelwellenwinkel Ψ abhängen, werden einer Signalverarbeitungseinheit 16 zugeführt, welche einen Prädiktor enthält, eine Vorhersageeinrichtung zur Vorhersage von zu erwartenden Beschleunigungen A unter Berücksichtigung der sensorbedingten Reaktionszeiten oder Totzeiten ti für die einzelnen Zylinder. Der Prädiktor liefert eine Vorhersage über den zukünftig zu erwartenden Regelgrößenverlauf.
Der vom Drucksensor 8 detektiere momentane Zylinderinnendruck p und das Ausgangssignal A der Signalverarbeitungseinheit 16, welche jeweils von der Zeit und/oder dem Kurbelwellenwinkel Ψ abhängen, werden einem Block 18 zugeführt, wo sie entweder aus dem Zeit- in den Frequenzbereich transformiert werden, beispielweise mittels einer FFT (Fast Fourier Transformation) oder DFT (Discrete Fourier Transformation) oder auch mittels einer Wavelet- oder Wigner-Ville-Analyse, und dann einer Spektralzerlegung und -analyse unterzogen werden, oder sie werden in der Zeitdomäne einer Spitzen- und Derivativ-Signalanalyse unterzogen.
Die im Block 18 erhaltenen Informationen werden einer selbstlernenden Vorrichtung 20 zugeführt, welche Kalibrierungsfaktoren für Kenngrößen einzelner Zylinder bestimmt, um den Pegel der niedrigsten halben Motorordnung bzw. deren Pegel zu erhalten. Dazu wird der Vorhersagewert mit dem realen Wert verglichen und wird in der Regelung weiterverwendet. Dies kann z. B. mit einem sog. Smith-Prädiktor (vgl. VanDoren, Vance J. ”The Smith Predictor: A Process Engineer's Crystal Ball,” Control Engineering, Mai 1996) vollzogen werden. Andere Möglichkeiten sind z. B. ein selbstlernender Fuzzy-Regler (”self-learning fuzyy controller”) wie beschrieben in (a) Tan, W. W.; Dexter, A. L.: ”A self-learning fuzzy controller for embedded application”, Automatica 36 (2000), 1189–1198, oder (b) Grancharova, A. et al.: ”Explicit stochastic predictive control of combustion plants based an Gaussian Process models”, Automatica 44 (2008), 1621–1631. Die Berechnungen im Block 20 werden auch unter Berücksichtigung der aktuellen Drehmomentanforderung ΔMt durchgeführt, die im Block 21 anhand einer Änderung der Fahrpedalstellung des Fahrzeugs ermittelt wird.
Indem das Signal des verzögerungsfrei vorliegenden Zylinderinnendrucks mit einer oder beiden der verzögert vorliegenden Meßgrößen Winkelbeschleunigung der Kurbelwelle und/oder Beschleunigungssignal von einem Klopfsensor korreliert wird, kann eine noch bessere Vorhersage in der Signalverarbeitungseinheit 16 erzielt werden.
Wie am und im Verbrennungsmotor 4 gestrichelt eingezeichnet, kann dieser zusätzliche Drucksensoren und Klopfsensoren aufweisen. Solche zusätzlichen Drucksensoren und/oder Klopfsensoren vorzusehen, vorzugsweise einen pro Zylinder, ermöglicht auch eine zylinderindividuelle NVH-Reduktion.
Der in der Vorrichtung 20 erhaltene Pegel der halben Motorordnung wird in einem Entscheidungsblock 22 mit einem Sollwert verglichen. Liegt er unter dem Sollwert, ist kein Eingreifen erforderlich. Liegt der Pegel der halben Motorordnung über dem Sollwert, wird er als Regelgröße zi einem Modifizierer 24 zugeführt, wo er in Übereinstimmung mit später erläuterten Größen modifiziert wird.
Die im Modifizierer 24 modifizierte Regelgröße yi wird einer Verzweigung 26 zugeführt, wo sie in drei Regelgrößen verzweigt wird. Eine erste Regelgröße steuert über einen Zweig 28 den aktiven Schwingungstilger 6 an. Eine zweite Regelgröße steuert über einen Zweig 30 ein Motorsteuergerät 32 an, um Zylinderkenngrößen zu regeln und einen Phasenabgleich durchzuführen. Zu diesem Zweck können die Zweige 28 und 30 Interpretatoren zur Signalaufbereitung der Regelgrößen für den aktiven Schwingungstilger 6 und die Verbrennungssteuerung enthalten.
Eine dritte Regelgröße ist eine Rückführgröße, die über einen Zweig 34 einem Subtrahierer 36 zugeführt wird, wo sie von einem frequenz- oder zeitabhängigen Sollwertspektrum subtrahiert wird. Dieses Sollwertspektrum wird von einem Block 38 bereitgestellt und enthält z. B. Faktoren für einen Ausgleich von Motorordnungen einschließlich geraden/ungeraden und halben Ordnungen oder ein Soll-Zeitsignal.
Die im Subtrahierer 36 modifizierte Rückführgröße ei wird einem Block 40 zugeführt, in dem Stellgrößen berechnet werden, nämlich erstens für eine gegenphasige Steuerung des aktiven Schwingungstilgers zum Unterdrücken oder Vermindern von mit der halben Motorordnung verknüpften Erregungen sowie der Hauptmotorordnung und Harmonischen und zweitens für eine Verbrennungssteuerung individueller Zylinder, wie Maximaldruck, Ort des Maximaldrucks, Änderung des Maximaldrucks und deren Ort, Start der Verbrennung usw., um perfekt ausgeglichene Verbrennungen und Wiederholbarkeit zu erzielen. Speziell kann die Berechnung im Block 40 durchgeführt werden wie beschrieben in Tao, Frampton, J. Dyn Sys. Meas. & Ctrl., Vol. 130, 061006-1–061006-8.
Die so berechneten Stellgrößen werden einem Block 42 zugeführt, in dem Aktuatoren zur Herstellung von Einstellungen entsprechend Sollwerten wie z. B. Zündung, Luft, Abgasrückführung usw. angesteuert werden. Indem die vom Block 42 erzeugten Stellgrößen über den Modifizierer 24 in die Regelung rückgeführt werden, wird die Einhaltung der im Block 40 berechneten Stellgrößen ui im Rahmen von sinnvoller und realisierbarer Verbrennung, Emissionsgesetzgebung, Verbrauch usw. kontrolliert, indem die dafür nötigen Betätigungen und die beispielhaft aufgeführten Stellgrößen initiiert werden.
2 zeigt eine ähnliche Signalaufbereitung und -analyse der Sensorsignale von Druck, Körperschall und Drehzahl wie in den Blöcken 16 bis 21 von 1, wobei ähnliche Blöcke in den Figuren mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
In den drei Blöcken des Abschnitts 16' werden die Druck-, Körperschall- und Drehzahlsignale jeweils für sich aufbereitet, z. B. gefiltert, und die Körperschall- und Drehzahlsignale werden außerdem in einem Prädiktor vorhergesagt, z. B. einem LQG-Controller z. B. nach Grimble, Hearns, Automatica, Vol. 34, Nr. 10, S. 1169–1184.
Die im Abschnitt 16' aufbereiteten Druck-, Körperschall- und Drehzahlsignale werden in einem Block 18' frequenzanalysiert, z. B. einer FFT-Wavelet- oder Wigner-Ville-Analyse unterzogen. Im Block 18' eingezeichnet sind die Soll- und Ist-Spektren des Geräuschpegels über die Frequenz der dritten Oktave.
Anhand der im Block 18 erhaltenen Regelgröße, zu der noch die im Block 21' ermittelte Drehmomentanforderung ΔMt addiert wird, wird im Block 20' ein selbstlernender Algorithmus z. B. nach den weiter oben genannten Quellen durchgeführt. Dies geschieht im Vergleich mit einem Ziel-Kennfeld (Soll-Ist-Abgleich).
Danach fährt das Verfahren mit dem Block 22 von 1 fort.
Inhalt von Blöcken in den Figuren:
Bezugszeichenliste

16: Signalverarbeitungseinheit einschließlich Prädiktor auf Grund von Reaktionszeiten ti
18: Spektralzerlegung und -analyse von Signalen oder Spitzen- und Derivativ-Signalanalyse in der Zeitdomäne
20: Selbstlernende Vorrichtung: z. B. Kalibrierungsfaktoren für Kenngrößen einzelner Zylinder, um den Pegel der niedrigsten halben Motorordnung zu erhalten
21: Drehmomentanforderung ΔMt, z. B. durch bestimmte Änderung der Fahrpedalstellung
22: Pegel der halben Motorordnung unter Sollwert? NVH-Sollwerte erfüllt?
38: Sollwertspektrum (z. B. Faktoren für Ausgleich von Motorordnungen einschließlich geraden/ungeraden und halben Ordnungen oder Soll-Zeitsignal)
40: 1. Gegenphasige Steuerung des aktiven Schwingungstilgers zum Unterdrücken oder Vermindern von – mit der halben Motorordnung verknüpften Erregungen – Hauptmotorordnung und Harmonischen 2. Verbrennungssteuerung individueller Zylinder: – Maximaldruck und Ort des Maximaldrucks – weitere Stellgrößen um perfekt ausgeglichene individuelle Verbrennungen und Wiederholbarkeit zu erzielen
42: Aktuatoren zur Herstellung von Einstellungen entsprechend Sollwerten, z. B. Zündung, Luft, Abgasrückführung
16' Oben:: Signalaufbereitung (Filterung etc.)
16' Mitte:: Signalaufbereitung (Filterung etc.) und Prädiktor, z. B. LQG-Controller, z. B. nach Grimble, Hearns, Automatica, Vol. 34, Nr. 10, S. 1169–1184.
16' Unten:: Signalaufbereitung (Filterung etc.) und Prädiktor, z. B. LQG-Controller, z. B. nach Grimble, Hearns, Automatica, Vol. 34, Nr. 10, S. 1169–1184.
18': Frequenzanalyse, z. B. FFT, Wavelet oder Wigner-Ville
20': Selbstlernender Algorithmus, z. B. nach den genannten Quellen. Dies geschieht im Vergleich mit einem Ziel-Kennfeld (Soll-Ist-Abgleich)

Claims

Anordnung zur Verminderung von Schwingungen eines Verbrennungsmotors (4) mit mindestens einem aktiven Schwingungstilger (6), der mittels Steuersignalen (28) so angesteuert wird, dass Schwingungen des Verbrennungsmotors vermindert oder ausgelöscht werden, wobei die Steuersignale auf Basis von mit den Schwingungen des Verbrennungsmotors verknüpften Meßdaten mindestens eines Sensors (8) gewonnen werden, der Meßdaten liefert, die einen in einem Zylinder des Verbrennungsmotors (4) herrschenden Zustand der Verbrennung verzögerungsfrei wiedergeben, und wobei zusätzlich mindestens ein weiterer Sensor (10; 12, 14) vorgesehen ist, welcher Schwingungen des Verbrennungsmotors oder eines seiner Bauteile detektiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßdaten des in einem Zylinder (1, 2, 3, ..., i) des Verbrennungsmotors (4) herrschenden Zustands der Verbrennung und die Meßdaten des mindestens einen weiteren Sensors (10; 12, 14) bzw. daraus gewonnene Vorhersagewerte zur Berechnung eines Pegels der halben Motorordnung verwendet werden, dass der Pegel der halben Motorordnung mit einem Sollwert verglichen wird und dass, wenn der Pegel der halben Motorordnung über dem Sollwert liegt, die Steuersignale für den aktiven Schwingungstilger (6) verändert werden, bis der Pegel der halben Motorordnung unter dem Sollwert liegt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor einen Zylinderdrucksensor (8) umfaßt bzw. der dadurch detektierte Zustand ein Zylinderinnendruck ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Steuersignalen (28) für den aktiven Schwingungstilger (6) weitere Steuersignale (30), mit denen die Verbrennung in einem oder mehreren Zylindern geregelt wird, auf Basis der Meßdaten des in einem Zylinder (1, 2, 3, ..., i) des Verbrennungsmotors (4) herrschenden Zustands der Verbrennung gewonnen werden.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine weitere Sensor ein Klopfsensor (10) und/oder ein Sensor (12, 14) zur Erfassung von Änderungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale (28) für den aktiven Schwingungstilger (6) auf Basis sowohl der Meßdaten des in einem Zylinder (1, 2, 3, ..., i) des Verbrennungsmotors (4) herrschenden Zustands der Verbrennung als auch der mittels des weiteren Sensors (10; 12, 14) detektierten Schwingungen des Verbrennungsmotors oder eines seiner Bauteile gewonnen werden.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale (30), mit denen die Verbrennung in einem oder mehreren Zylindern (1, 2, 3, ..., i) geregelt wird, auf Basis sowohl der Meßdaten des in einem Zylinder des Verbrennungsmotors (4) herrschenden Zustands der Verbrennung als auch der mittels des weiteren Sensors (10; 12, 14) detektierten Schwingungen des Verbrennungsmotors oder eines seiner Bauteile gewonnen werden.
Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßdaten des in einem Zylinder (1, 2, 3, ..., i) des Verbrennungsmotors (4) herrschenden Zustands der Verbrennung mit den Meßdaten des mindestens einen weiteren Sensors (10; 12, 14) korreliert werden, um Vorhersagewerte zu gewinnen.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßdaten des in einem Zylinder (1, 2, 3, ..., i) des Verbrennungsmotors (4) herrschenden Zustands der Verbrennung, die Meßdaten des mindestens einen weiteren Sensors (10; 12, 14) und die daraus gewonnenen Vorhersagewerte zur Berechnung der Steuersignale (28) verwendet werden, mit denen der mindestens eine aktive Schwingungstilger (6) angesteuert wird.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßdaten des in einem Zylinder (1, 2, 3, ..., i) des Verbrennungsmotors (4) herrschenden Zustands der Verbrennung, die Meßdaten des mindestens einen weiteren Sensors (10; 12, 14) und die daraus gewonnenen Vorhersagewerte zur Berechnung der Steuersignale (30) verwendet werden, mit denen die Verbrennung in einem oder mehreren Zylindern geregelt wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Schwingungstilger (6) mittels der Steuersignale (28) so angesteuert wird, dass insbesondere Schwingungen der halben Motorordnung vermindert oder ausgelöscht werden.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (4) als Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (4) ein Mehrzylindermotor ist und dass für jeden Zylinder (1, 2, 3, ..., i) des Verbrennungsmotors ein Sensor (8) vorgesehen ist, der Meßdaten liefert, die einen in einem Zylinder des Verbrennungsmotors herrschenden Zustand der Verbrennung verzögerungsfrei wiedergeben.
Verfahren zur Verminderung von Schwingungen eines Verbrennungsmotors (4) mit mindestens einem aktiven Schwingungstilger (6), der mittels Steuersignalen (28) so angesteuert wird, dass Schwingungen des Verbrennungsmotors vermindert oder ausgelöscht werden, wobei die Steuersignale auf Basis von mit den Schwingungen des Verbrennungsmotors verknüpften Meßdaten anhand mindestens eines Sensors (8) gewonnen werden, der einen in einem Zylinder des Verbrennungsmotors (4) herrschenden Zustand der Verbrennung verzögerungsfrei wiedergibt, und wobei zusätzlich mindestens ein weiterer Sensor (10; 12, 14) vorgesehen ist, welcher Schwingungen des Verbrennungsmotors oder eines seiner Bauteile detektiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßdaten des in einem Zylinder (1, 2, 3, ..., i) des Verbrennungsmotors (4) herrschenden Zustands der Verbrennung und die Meßdaten des mindestens einen weiteren Sensors (10; 12, 14) bzw. daraus gewonnene Vorhersagewerte zur Berechnung eines Pegels der halben Motorordnung verwendet werden, dass der Pegel der halben Motorordnung mit einem Sollwert verglichen wird und dass, wenn der Pegel der halben Motorordnung über dem Sollwert liegt, die Steuersignale für den aktiven Schwingungstilger (6) verändert werden, bis der Pegel der halben Motorordnung unter dem Sollwert liegt.