DE102011109487A1

DE102011109487A1 - Verfahren zum Schätzen und Steuern eines akustischen Geräuschs während der Verbrennung

Info

Publication number: DE102011109487A1
Application number: DE102011109487A
Authority: DE
Inventors: Ibrahim Haskara; Yue-Yun Wang; Chol-bum M. Kweon; Frederic Anton Matekunas
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2031-08-05
Also published as: CN102374060A; DE102011109487B4; US20120046847A1; CN102374060B; US8494757B2

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der in einem mageren Verbrennungsmodus betreibbar ist, umfasst, dass ein Zylinderinnendruck überwacht wird, dass ein zeitbasiertes Filter verwendet wird, um ein tatsächliches Verbrennungsgeräusch basierend auf dem überwachten Zylinderinnendruck zu berechnen, dass Verbrennungssteuerparameter überwacht werden, die durch den Motor verwendet werden, dass ein erwartetes Verbrennungsgeräusch basierend auf den überwachten Verbrennungssteuerparametern ermittelt wird, dass das tatsächliche Verbrennungsgeräusch mit dem erwarteten Verbrennungsgeräusch verglichen wird und dass die Verbrennungssteuerparameter basierend auf dem Vergleich eingestellt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft eine fortgeschrittene Dieselverbrennung.
HINTERGRUND
Die Angaben in diesem Abschnitt liefern nur auf die vorliegende Offenbarung bezogene Hintergrundinformation und stellen möglicherweise keinen Stand der Technik dar.
Fortgeschrittene Diesel-Verbrennungsmodi, die hohe Abgasrückführungsraten (AGR-Raten) und fortgeschrittene Einspritzungsstrategien verwenden, können zum Erfüllen von Emissionsvorschriften eingesetzt werden. Die fortgeschrittenen Einspritzungsstrategien können eine Kompressionszündung mit vorgemischter Ladung (PCCI) und eine homogene Kompressionszündung (HCCI) umfassen. Die fortgeschrittenen Diesel-Verbrennungsmodi können ferner eine Verbrennung mit begrenzter Temperatur (LTC) umfassen. Es versteht sich, dass ein Geräusch bei vorgemischter Verbrennung bei dem Vorhandensein hoher AGR-Raten und einer Ungenauigkeit der Einspritzung nicht akzeptierbare Pegel erreichen kann.
Es ist beispielsweise bekannt, Grenzen für die Luft und/oder den Kraftstoff während einer Basis-Motorkalibrierung einzuführen, um das Motorgeräusch zu steuern. Diese Grenzen sind jedoch inhärent konservativ und gehen zu Lasten der Effizienz. Es ist ferner bekannt, analoge Verbrennungsgeräuschmesser und/oder fest zugeordnete Verbrennungsanalysewerkzeuge während der Verbrennungskalibrierung zu verwenden, um Messwerte für das akustische Verbrennungsgeräusch basierend auf einer Analyse des Frequenzspektrums von Messwerten des Zylinderinnendrucks zu berechnen. Obwohl die Verbrennungsgeräuschmesser und die Analysewerkzeuge während der Motorkalibrierung nützlich sein können, sind sie jedoch beispielsweise aufgrund von Hardwarekosten oder computertechnischen Durchsatzanforderungen in der Praxis nicht direkt für Anwendungen mit Echtzeitregelung an Bord eines Fahrzeugs verwendbar.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der in einem mageren Verbrennungsmodus betreibbar ist, umfasst, dass ein Zylinderinnendruck überwacht wird, dass ein zeitbasiertes Filter verwendet wird, um ein tatsächliches Verbrennungsgeräusch basierend auf dem überwachten Zylinderinnendruck zu berechnen, dass Verbrennungssteuerparameter überwacht werden, die durch den Motor verwendet werden, dass ein erwartetes Verbrennungsgeräusch basierend auf den überwachten Verbrennungssteuerparametern ermittelt wird, dass das tatsächliche Verbrennungsgeräusch mit dem erwarteten Verbrennungsgeräusch verglichen wird und dass die Verbrennungssteuerparameter basierend auf dem Vergleich eingestellt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
1 eine Schnittansicht eines Verbrennungsmotors ist, der gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgebildet ist;
2 eine schematische Zeichnung eines Verbrennungsgeräuschsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, das eine fahrzeugeigene Schätzung des Verbrennungsgeräuschs basierend auf Messwerten einer Zylinderinnendruckkurve zur Verbrennungssteuerung und -diagnose in Echtzeit liefert;
3 eine detaillierte Ansicht von Schritt 54 des Verbrennungsgeräuschssystems von 2 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
4 eine Graphik gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, die eine gewünschte Filter-Frequenzantwort zwischen einem Zylinderinnendruckniveau und einem abgestrahlten Schallpegel darstellt;
5 eine Graphik gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, die berechnete Koeffizienten für ein Filter mit begrenzter Impulsantwort darstellt, die den Frequenzantworten entsprechen, die bei der Berechnung des gefilterten Zylinderinnendrucks verwendet werden; und
6 eine Graphik gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, die eine Validierung der berechneten Verbrennungsgeräuschpegel von Schritt 54, der in 2 gezeigt ist, im Vergleich zu den abgestrahlten Schallpegeln darstellt, die durch einen Verbrennungsgeräuschmesser während der Motorkalibrierung gemessen werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei das Gezeigte nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, ist 1 ein schematisches Diagramm, das einen beispielhaften Verbrennungsmotor 10, ein beispielhaftes Steuermodul 5 und ein beispielhaftes Abgas-Nachbehandlungssystem 15 darstellt, die gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung konstruiert sind. Der beispielhafte Motor umfasst einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung, der Hubkolben 22 aufweist, die an einer Kurbelwelle 24 befestigt und in Zylindern 20 bewegbar sind, die Verbrennungskammern 34 mit variablem Volumen definieren. Die Kurbelwelle 24 ist mit einem Fahrzeuggetriebe und einem Endantrieb funktional verbunden, um in Ansprechen auf eine Drehmomentanforderung eines Betreibers (TO_REQ) ein Traktionsdrehmoment an diesen zu liefern. Der Motor verwendet vorzugsweise einen Viertaktbetrieb, bei dem jeder Motor-Verbrennungszyklus 720 Grad der Winkeldrehung der Kurbelwelle 24 umfasst, welche in vier Stufen von 180 Grad aufgeteilt werden (Einlass-Kompression-Expansion-Auslass), welche die Hubbewegung des Kolbens 22 in dem Motorzylinder 20 beschreiben. Ein Zielrad 26 mit mehreren Zähnen ist an der Kurbelwelle befestigt und dreht sich mit dieser. Der Motor umfasst Detektionseinrichtungen, um den Motorbetrieb zu überwachen, und Aktuatoren, die den Motorbetrieb steuern. Die Detektionseinrichtungen und die Aktuatoren sind mit dem Steuermodul 5 signaltechnisch oder funktional verbunden.
Der Motor umfasst vorzugsweise einen Viertakt-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der eine Verbrennungskammer mit variablem Volumen aufweist, die durch die Hubbewegung des Kolbens in dem Zylinder zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt sowie durch einen Zylinderkopf definiert ist, der ein Einlassventil und ein Auslassventil umfasst. Der Kolben 22 führt in sich wiederholenden Zyklen eine Hubbewegung aus, wobei jeder Zyklus einen Einlasstakt, Kompressionstakt, Expansionstakt und Auslasstakt umfasst.
Der Motor weist vorzugsweise ein Luft/Kraftstoff-Betriebsregime auf, das hauptsächlich überstöchiometrisch ist. Ein Fachmann versteht, dass Aspekte der Offenbarung auf andere Motorausbildungen anwendbar sind, die hauptsächlich überstöchiometrisch arbeiten, z. B. mager verbrennende Motoren mit Funkenzündung. Während des normalen Betriebs des Motors mit Kompressionszündung tritt ein Verbrennungsereignis während jedes Motorzyklus auf, wenn eine Kraftstoffladung in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, um mit der Einlassluft die Zylinderladung zu bilden. Die Ladung wird anschließend durch die Wirkung von deren Kompression während des Kompressionstakts verbrannt.
Der Motor ist ausgebildet, um über einen weiten Bereich von Temperaturen, Zylinderladungen (Luft, Kraftstoff und Restgas) und Einspritzungsereignissen zu arbeiten. Die hierin beschriebenen Verfahren sind speziell für den Betrieb bei Motoren mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung geeignet, die überstöchiometrisch arbeiten, um während des laufenden Betriebs Parameter zu ermitteln, die mit der Wärmefreigabe in jeder der Verbrennungskammern korrelieren. Die Verfahren sind ferner auf andere Motorausbildungen anwendbar, die Motoren mit Funkenzündung einschließlich solcher umfassen, die zur Verwendung von Strategien mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Strategien) ausgebildet sind.
Die Verfahren sind auf Systeme anwendbar, die mehrere Kraftstoffeinspritzungsereignisse pro Zylinder pro Motorzyklus verwenden, z. B. ein System, das eine Voreinspritzung zur Kraftstoffreformierung, ein Haupteinspritzungsereignis für die Motorleistung und, wo dies anwendbar ist, ein Nachverbrennungs-Kraftstoffeinspritzungsereignis für ein Nachbehandlungsmanagement verwendet, von denen jedes den Zylinderdruck beeinflusst.
Detektionseinrichtungen sind an dem Motor oder in dessen Nähe installiert, um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen, die mit Motor- und Umgebungsparametern korrelierbar sind. Die Detektionseinrichtungen umfassen einen Kurbelwellen-Drehsensor, der einen Kurbelsensor 44 zum Überwachen der Kurbelwellendrehzahl umfasst, indem Kanten an den Zähnen des Zielrades 26 mit mehreren Zähnen detektiert werden. Der Kurbelsensor ist bekannt und kann beispielsweise einen Halleffektsensor, einen induktiven Sensor oder einen magnetoresistiven Sensor umfassen. Die Signalausgabe von dem Kurbelsensor 44 (RPM) wird in das Steuermodul 5 eingegeben. Es gibt einen Verbrennungsdrucksensor 30, der eine Druckdetektionseinrichtung umfasst, die ausgebildet ist, um einen Druck in dem Zylinder zu überwachen (COMB_PR). Der Verbrennungsdrucksensor 30 umfasst vorzugsweise eine nicht eingreifende Einrichtung, die einen Kraftaufnehmer mit einem ringförmigen Querschnitt aufweist, der ausgebildet ist, um an einer Öffnung für eine Glühkerze 28 in dem Zylinderkopf installiert zu werden. Der Verbrennungsdrucksensor 30 ist in Verbindung mit der Glühkerze 28 installiert, wobei der Verbrennungsdruck mechanisch durch die Glühkerze zu dem Drucksensor 30 übertragen wird. Das Ausgangssignal COMB_PR des Detektionselements des Sensors 30 ist dem Zylinderdruck proportional. Das Detektionselement des Drucksensors 30 umfasst eine piezokeramische oder eine andere Einrichtung, die als solche ausbildbar ist. Andere Detektionseinrichtungen umfassen vorzugsweise einen Krümmerdrucksensor zum Überwachen des Krümmerdrucks (MAP) und des barometrischen Umgebungsdrucks (BARO), einen Luftmassenströmungssensor zum Überwachen einer Einlass-Luftmassenströmung (Einlass-MAF) und einer Einlasslufttemperatur (T_IN) sowie einen Kühlmittelsensor 35 (KÜHLMITTEL). Das System kann einen Abgassensor umfassen, um Zustände eines oder mehrerer Abgasparameter zu überwachen, z. B. der Temperatur, des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und der Bestandteile. Ein Fachmann versteht, dass es andere Detektionseinrichtungen und Verfahren zu Zwecken der Steuerung und Diagnose geben kann. Die Betreibereingabe, in der Form der Drehmomentanforderung TO_REQ des Betreibers, wird typischerweise durch ein Gaspedal und ein Bremspedal erhalten, neben anderen Einrichtungen. Der Motor ist vorzugsweise mit anderen Sensoren zum Überwachen des Motorbetriebs und zu Zwecken der Systemsteuerung ausgestattet. Jede der Detektionseinrichtungen ist mit dem Steuermodul 5 signaltechnisch verbunden, um eine Signalinformation zu liefern, die durch das Steuermodul in eine Information umgewandelt wird, welche die entsprechenden überwachten Parameters repräsentiert. Es versteht sich, dass diese Ausbildung darstellend und nicht einschränkend ist und umfasst, dass verschiedene Detektionseinrichtungen durch funktional äquivalente Einrichtungen und Algorithmen ersetzbar sind.
Die Aktuatoren sind an dem Motor installiert und werden durch das Steuermodul 5 in Ansprechen auf Betreibereingaben gesteuert, um verschiedene Leistungsziele zu erreichen. Die Aktuatoren umfassen eine elektronisch gesteuerte Drosseleinrichtung, die eine Drosselöffnung gemäß einer befohlenen Eingabe (ETC) steuert, und mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in jede der Verbrennungskammern in Ansprechen auf ein angewiesene Eingabe (INJ_PW), von denen alle in Ansprechen auf die Drehmomentanforderung TO_REQ des Betreibers gesteuert werden. Es gibt ein Abgasrückführungsventil 32 und einen Abgasrückführungskühler, welche die Strömung des außen zurückgeführten Abgases in den Motoreinlass in Ansprechen auf ein Steuersignal (AGR) von dem Steuermodul steuern. Die Glühkerze 28 umfasst eine bekannte Einrichtung, und sie ist in jeder der Verbrennungskammern installiert und zur Verwendung mit dem Verbrennungsdrucksensor 30 ausgebildet.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 12 ist ein Element eines Kraftstoffeinspritzungssystems, das mehrere Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtungen umfasst, die jeweils zum direkten Einspritzen der Kraftstoffladung, die eine Kraftstoffmasse umfasst, in eine der Verbrennungskammern in Ansprechen auf das Befehlssignal INJ_PW von dem Steuermodul ausgebildet sind. Jede der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12 wird durch ein Kraftstoffverteilsystem mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt und weist Betriebseigenschaften auf, die eine minimale Pulsweite und eine zugeordnete minimale steuerbare Kraftstoffströmungsrate sowie eine maximale Kraftstoffströmungsrate umfassen.
Der Motor ist mit einem steuerbaren Ventiltrieb ausgestattet, der zum Einstellen des Öffnens und Schließens der Einlass- und Auslassventile jedes der Zylinder betreibbar ist, wobei die Steuerparameter ein beliebiges oder mehrere von der Ventilzeiteinstellung, der Ventilphaseneinstellung (d. h. der Zeiteinstellung relativ zu dem Kurbelwinkel und der Kolbenposition) und der Größe des Hubs der Ventilöffnungen umfassen. Ein beispielhaftes System umfasst eine variable Nockenphaseneinstellung, die bei Motoren mit Kompressionszündung, Motoren mit Funkenzündung und Motoren mit homogener Kompressionszündung anwendbar ist.
Steuermodul, Modul, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Ausdrücke bedeuten eine geeignete oder verschiedene Kombinationen eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, eines elektronischen Schaltkreises oder mehrerer elektronischer Schaltkreise, einer zentrale Verarbeitungseinheit oder mehrerer zentraler Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und eines zugeordneten Speichers und einer zugeordneten Archivierung (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eines Schaltkreises der Schaltungslogik oder mehrerer Schaltkreise der Schaltungslogik, einer oder mehrerer Eingabe/Ausgabe-Schaltung(en) und -Einrichtungen, geeigneter Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen sowie anderer geeigneter Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Das Steuermodul 5 weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Software-Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in dem Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen zu schaffen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Die Algorithmen werden beispielsweise von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Detektionseinrichtungen und anderen Steuermodulen im Netzwerk zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Schleifenzyklen können während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise jede 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden. Alternativ können die Algorithmen in Ansprechen auf ein Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Im Betrieb überwacht das Steuermodul 5 Eingaben von den zuvor erwähnten Sensoren, um Zustande von Motorparametern zu ermitteln. Das Steuermodul 5 ist ausgebildet, um Eingabesignale von einem Betreiber zu ernpfangen (z. B. mittels eines Gaspedals und eines Bremspedals), um eine Drehmomentanforderung TO_REQ des Betreibers zu ermitteln. Zusätzlich überwacht das Steuermodul 5 die Sensoren, welche die Motordrehzahl und die Einlasslufttemperatur sowie die Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen angeben.
Das Steuermodul 5 führt einen darin gespeicherten algorithmischen Code aus, um die zuvor erwähnten Aktuatoren zum Steuern des Motorbetriebs zu steuern, was die Drosselposition, die Masse und die Zeiteinstellung der Kraftstoffeinspritzung, die AGR-Ventilposition zum Steuern der Strömung der zurückgeführten Abgase, den Glühkerzenbetrieb und die Steuerung der Zeiteinstellung, der Phaseneinstellung und des Hubs von Einlass- und/oder Auslassventilen bei Systemen umfasst, die derart ausgestattet sind. Das Steuermodul ist ausgebildet, um Eingabesignale von dem Betreiber (z. B. eine Gaspedalposition und eine Bremspedalposition) zum Ermitteln der Drehmomentanforderung TO_REQ des Betreibers und Eingabesignale von den Sensoren zu empfangen, welche die Motordrehzahl (RPM) und die Einlasslufttemperatur (Tin) sowie die Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen angeben.
Der Betrieb des Motors 10 kann viele Formen annehmen, wie vorstehend beschrieben ist, mit unterschiedlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen, Einspritzungszeitpunkten, Ventilzeitpunkten und -einstellungen, AGR-Prozentanteilen und anderen Verbrennungssteuerparametern, welche die resultierende Verbrennung beeinflussen. Es ist jedoch einzusehen, dass die Verbrennung ein komplexer Prozess ist und dass eine Anzahl von Faktoren die tatsächliche Ausgabe des Motors beeinflussen kann, die aus der Verbrennung resultiert. Infolgedessen kann der Betrieb gemäß Verbrennungsschemata, die eine Feinsteuerung des resultierenden Verbrennungsprozesses erfordern, nicht immer geeignet gesteuert werden, indem nur die gesteuerten Eingaben für den Verbrennungsprozess überwacht werden. Wie vorstehend beschrieben ist, kann sich der Verbrennungsgeräuschpegel basierend auf einer Anzahl von Faktoren verändern, die unerwartete Änderungen des AGR-Prozentanteils und einen Fehler des Einspritzungszeitpunkts umfassen. Es kann ein Satz von Verbrennungsparametern durch das Steuermodul 5 angewiesen werden, der zu einem vorgesehenen Verbrennungsgeräuschpegel führt, Faktoren, die den Verbrennungsgeräuschpegel beeinflussen und nicht durch die angewiesenen Verbrennungsparameter erfasst sind, können jedoch eine unerwünschte Zunahme in dem Verbrennungsgeräuschpegel verursachen. Messwerte des Zylinderinnendrucks können jedoch die tatsächlichen Ergebnisse des Verbrennungsprozesses überwachen, einschließlich der Faktoren, die den Verbrennungsgeräuschpegel beeinflussen. Indem die Druckmesswerte überwacht werden und ein Geräuschpegel basierend auf den Druckmesswerten berechnet oder geschätzt wird, kann man die berechneten Geräuschpegel mit erwarteten oder Schwellenwert-Geräuschpegeln vergleichen und den Motor basierend auf dem Vergleich steuern.
Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein Verbrennungsgeräuschsystem 48 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Es wird offensichtlich werden, dass das Verbrennungsgeräuschsystem 48 eine fahrzeugeigene Schätzung des Verbrennungsgeräuschs basierend auf Messwerten einer Zylinderinnendruckkurve für eine Verbrennungssteuerung und -diagnose in Echtzeit liefert. Speziell können Geräuschindikatoren anhand einer Zylinderinnendruckkurve abgeleitet werden. Geräuschindikatoren können eine maximale Druckanstiegsrate und eine Klingelintensität umfassen. Die Klingelintensität weist eine vernünftige Korrelation mit dem abgestrahlten Schallpegel auf, der durch die Verbrennung in speziellen Bereichen erzeugt wird. Das Verbrennungsgeräuschsystem 48 umfasst ein Kompensationsmodul 105, unmodifizierte Verbrennungssteuerparameter 50, ein Verbrennungsmodul 59, den Motor 10, den Verbrennungssensor 30, einen Schätzprozess 54 für den Verbrennungsgeräuschpegel (CNL), eine Differenzeinheit 55, eine Verbrennungssteuerparametereinheit 56 und eine Verbrennungskorrektur-Rückkopplungseinheit 58. Es ist einzusehen, dass die unmodifizierten Verbrennungssteuerparameter 50 auf dem gewünschten Motorbetrieb basieren, beispielsweise auf der Drehmomentanforderung TO_REQ des Betreibers, wobei TO_REQ Betreibereingaben für Aktuatoren umfassen kann, einschließlich eines Gaspedals und eines Bremspedals, wie vorstehend erwähnt wurde. Es ist ferner einzusehen, dass das Kompensationsmodul 105 dem Steuermodul 5 zugeordnet ist.
Auf 1 und 2 Bezug nehmend, werden die unmodifizierten Verbrennungssteuerparameter 50 in das Kompensationsmodul 105 eingegeben und überwacht, wobei die unmodifizierten Verbrennungssteuerparameter 50 eine Information übertragen, die mit einem geeigneten Verbrennungsmodus in Beziehung steht, in dem der Motor 10 arbeiten soll. Wie vorstehend diskutiert wurde, können die Verbrennungsmodi des Motors eine Diesel- und eine fortgeschrittene Dieselverbrennung umfassen. Die unmodifizierten Verbrennungssteuerparameter 50 und Anpassungen 61 für die Verbrennungssteuerparameter werden in das Verbrennungsmodul 59 eingegeben, wobei das Kompensationsmodul 105 die zuvor erwähnten Aktuatoren steuert, um kompensierte Verbrennungssteuerparameter 63 für den Motor 10 zu bilden. Die kompensierten Verbrennungssteuerparameter 63 können den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, den Leistendruck, die Ventilzeiteinstellungssteuerung und die AGR-Massenströmungsrate umfassen, die für den geeigneten Verbrennungsmodus des Motors 10 betreibbar sind, während Ziel-Verbrennungsgeräuschpegel für die Verbrennung in Echtzeit aufrecht erhalten werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird der überwachte Verbrennungsdruck in dem Zylinder (P(θ)_MON) 52 durch den Verbrennungssensor 30 gemessen. Es ist einzusehen, dass θ dem Kurbelwinkel des Verbrennungszyklus entspricht. Anschließend wird P(θ)_MON 52 in das Kompensationsmodul 105 eingegeben und durch dieses überwacht, wobei P(θ)_MON 52 mit einem zeitbasierten Filter des CNL-Schätzprozesses 54 verwendet wird, um eine tatsächliche akustische CNL-Ausgabe 57 zu schätzen. Es wird offensichtlich werden, dass die Verwendung des zeitbasierten Filters zum Verarbeiten von P(θ)_MON 52 und dadurch zum Schätzen der tatsächlichen CNL-Ausgabe 57 für eine fahrzeugeigene Verbrennungssteuerung in Echtzeit dient.
Es ist bekannt, dass Motoren, die in einem mageren Verbrennungsmodus arbeiten, basierend auf der Motordrehzahl und der Motorlast eine Zeitplanung erhalten, wobei die unmodifizierten Verbrennungssteuerparameter 50 und die kompensierten Verbrennungssteuerparameter 63 gemäß der Motordrehzahl und der Motorlast variieren, bei denen der Motor betrieben wird. Daher wird der Verbrennungsdruck in dem Zylinder gemäß der Motordrehzahl und der Motorlast variieren. Die Verwendung des CNL-Schätzalgorithmus 54 zum Schätzen der tatsächlichen CNL-Ausgabe 57 ermöglicht eine fahrzeugeigene Verbrennungsgeräuschschätzung in Echtzeit für jeden Verbrennungszyklus basierend auf den gemessenen Zylinderinnendruckkurven für jeden Motorzyklus, um basierend auf der Motordrehzahl und der Motorlast zu identifizieren, welche Verbrennungssteuerparameter 50 ein nicht akzeptierbares Verbrennungsgeräusch bewirken.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt 3 den CNL-Schätzprozess 54 in weiterem Detail dar. Der CNL-Schätzprozess 54 verwendet das zeitbasierte Filter bei Schritt 60 und eine CNL-Gleichung bei Schritt 62, um die tatsächliche CNL-Ausgabe 57 basierend auf P(θ)_MON 52 zu schätzen.
Auf Schritt 60 Bezug nehmend, wird das zeitbasierte Filter verwendet, um P(θ)_MON 52 zu verarbeiten, wobei ein Signal für einen gefilterten Verbrennungsdruck in dem Zylinder P(θ)_FILT 65 ermittelt wird. Das zeitbasierte Filter umfasst Berechnungen, um eine Motorstrukturdämpfung und auditive Hörantworten auf die Eingabe P(θ)_MON 52 anzuwenden, sodass das Signal P(θ)_FILT 65 ein wahrscheinliches Ansprechen des Motors auf die Druckbedingungen in dem Zylinder repräsentiert, die durch die Eingabe P(θ)_MON 52 repräsentiert werden. Somit vereinfacht das zeitbasierte Filter, das die Motorstrukturdämpfung und die auditiven Hörantworten verwendet, eine Beziehung zwischen dem Zylinderinnendruckniveau und dem abgestrahlten Schallpegel. Daher wird der Zylinderinnendruck dem Geräusch zugeordnet, das mit einem Verbrennungsereignis verbunden ist, und der abgestrahlte Schallpegel ist das, was tatsächlich gehört wird, in der Einheit Dezibel (dB). Das zeitbasierte Filter von Schritt 60 ist einer zeitdiskreten Übertragungsfunktion (H(q)) zugeordnet, wobei q einen Einheitsverzögerungsoperator repräsentiert. H(q) wird verwendet, um Frequenzantworten zwischen dem Zylinderinnendruck und einem abgestrahlten Schallpegel zu erfassen, der einem Testmotor zugeordnet ist. Auf ähnliche Weise kann H(q) die Frequenzantworten zwischen einem Bereich von Zylinderinnendruckkurven und abgestrahlten Schallpegeln erfassen, der dem Testmotor zugeordnet ist. Die Frequenzantworten zwischen den Bereich der Zylinderinnendruckkurven und den abgestrahlten Schallpegeln, die dem Testmotor zugeordnet sind, können durch einen Verbrennungsgeräuschmesser erhalten werden, wobei die Frequenzantworten der Motorstrukturdämpfung und dem auditiven Hören entsprechen und diesen zugeordnet sind. Zeitbasierte Filterkoeffizienten, die dem zeitbasierten Filter zugeordnet sind und nachstehend im weiteren Detail diskutiert werden, werden verwendet, um das zeitbasierte Filter derart zu betreiben, dass die Motorstrukturdämpfung und die auditiven Hörantworten auf P(θ)_MON 52 angewendet werden, um dadurch P(θ)_FILT 65 zu ermitteln. H(q) wird verwendet, um die Frequenzantworten nachzubilden, die mit der Strukturdämpfung und dem auditiven Hören anhand des Testmotors verbunden sind, damit diese zu den Frequenzantworten passen, die durch P(θ)_MON 52 geliefert werden, um dadurch P(θ)_FILT 65 zu ermitteln. Die Berechnungen, einschließlich der Verwendung von H(q) bei Schritt 60, können durch Nachschlagetabellen, den Zugriff auf funktionale Beziehungen in einer Speichereinrichtung oder durch andere Verfahren ausgeführt werden, die in der Technik bekannt sind.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist das zeitbasierte Filter ein Filter mit begrenzter Impulsantwort (FIR-Filter), wobei P(θ_k)_FILT durch die nachfolgende Faltungsgleichung in Echtzeit berechnet werden kann:
wobei P die Druckkurve aus einem Zyklus ist,

θ: der Kurbelwinkel ist und
k-i: der Index für den Kurbelwinkel ist.

Es ist einzusehen, dass P(θ)_FILT 65 ebenso eine Kurve derselben Größenordnung über dem Kurbelwinkel ist. W(i) repräsentiert einen variablen zeitbasierten Filterkoeffizienten, der in der fahrzeugeigenen Ermittlung von P(θ)_FILT 65 verwendet wird und den Betrieb des Filters für die gemessene auditive Hörantwort des Motors an den speziellen Zustand des Testmotors angleicht. Werte von W(i) werden erhalten, indem die begrenzte Impulsantwort des Filters berechnet wird, die in einer gewünschten Frequenzantwort zwischen dem Zylinderinnendruckniveau und dem abgestrahlten Schallpegel spezifiziert wird, der dem Testmotor zugeordnet ist, und die nachstehend in 4 gezeigt ist. Somit unterstützt das Ermitteln der Werte von W(i) das Nachbilden der gemessenen Frequenzantworten des Testmotors, um dadurch P(θ)_FILT 65 zu ermitteln. Auf ähnliche Weise entspricht n der Anzahl der Werte von W(i). Es ist einzusehen, dass der Wert von n ein Ausgestaltungsparameter zum Einstellen der Genauigkeit des FIR-Filters ist, damit P(θ_k)_FILT zu einer gewünschten Frequenzantwort passt.
Sobald P(θ)_FILT 65, welches das wahrscheinliche Ansprechen des Motors auf P(θ)_MON 52 repräsentiert, ermittelt worden ist, kann ein CNL basierend auf P(θ)_FILT 65 geschätzt werden. Es ist einzusehen, dass P(θ)_FILT 65 eine durch einen Bandpass gefilterte Kurve von P(θ)_MON 52 ist. Schritt 62 ermittelt eine tatsächliche CNL-Ausgabe 57 basierend auf P(θ)_FILT 65. Bei einem beispielhaften Betrieb von Schritt 62 wird eine Leistung (P_filt, RMS) von P(θ)_FILT 65 relativ zu einer Hörgrenze (P_a) in Einheiten von dB skaliert. P_a kann durch eine Kalibrierung, eine Modellierung oder ein beliebiges anderes Verfahren auf ausreichende Weise ermittelt werden, um den Betrieb des Motors und den resultierenden CNL zu schätzen, und es kann eine Vielzahl von Betriebsweisen oder funktionalen Beziehungen zum Schätzen des CNL für unterschiedliche Motorbetriebsbedingungen ermittelt und verwendet werden. Mit anderen Worten wirkt P_a als ein Schwellenwert für einen dB-Pegel, bei dem der abgestrahlte Schallpegel tatsächlich gehört werden kann. Eine beispielhafte tatsächliche CNL-Ausgabe 57 kann durch die nachfolgende Gleichung berechnet werden:
Gleichung 2 ermittelt die tatsächliche CNL-Ausgabe 57, wobei einzusehen ist, dass die tatsächliche CNL-Ausgabe 57 das geschätzte Verbrennungsgeräusch ist, das auf P(θ)_MON 52 basiert, das zum Ermitteln von P(θ)_FILT 65 verwendet wird. Obgleich die CNL-Ausgabe 57 auf einem Strukturdämpfungsansatz basiert, der Frequenzantworten und das zeitbasierte Filter verwendet, z. B. das FIR-Filter, ermöglicht sie eine Schätzung des Verbrennungsgeräuschs in Echtzeit, und sie kann dadurch an Bord eines Fahrzeugs implementiert werden.
4 zeigt gemäß der vorliegenden Offenbarung eine graphische Darstellung einer gewünschten Filter-Frequenzantwort zwischen einem Zylinderinnendruckniveau und einem abgestrahlten Schallpegel, welche den beispielhaften Ergebnissen zugeordnet ist, die gemäß Schritt 60 von 3 unter Verwendung des funktional abgestimmten H(q) gezeigt sind. Es ist einzusehen, dass die gewünschte Filter-Frequenzantwort als eine durchgezogene Linie dargestellt ist und den ursprünglichen Filtereigenschaften entspricht. Das zeitbasierte Filter ist auf eine solche Weise ausgestaltet, dass die Frequenzantwort, die durch das zeitbasierte Filter gemessen wird, der gewünschten Frequenzantwort des Testmotors im Wesentlichen äquivalent ist, die beispielsweise durch einen analogen Verbrennungsgeräuschmesser gemessen wird. Es ist einzusehen, dass die gewünschte Filter-Frequenzantwort die Filtereigenschaften identifiziert, bei denen Standard-Frequenzantwortkurven für eine generische Strukturdämpfung verwendet werden können. Auf ähnliche Weise können spezielle Frequenzantwortkurven mit einer Strukturdämpfung, die von dem Motortyp abhängt, verwendet werden. Diese graphische Darstellung kann für eine Validierung des zeitbasierten Filters verwendet werden. Die Abszissenachse repräsentiert die Frequenz (kHz), und die Ordinatenachse repräsentiert die Filterverstärkung. Es ist einzusehen, dass die Frequenzantworten des Testmotors an einem äquivalenten Motorbetriebspunkt zu dem Punkt gemessen werden, an dem P(θ)_MON 52 von dem Verbrennungssensor 30 erhalten wird. Der Vergleich der Kurven zeigt, dass die Frequenzantwort des beispielhaften zeitbasierten Filters die gewünschte Frequenzantwort des zeitbasierten Filters genau repräsentiert, wie sie durch die in 4 gezeigte durchgezogene Linie dargestellt ist. Es ist einzusehen, dass das zeitbasierte Filter, da die CNL-Ausgabe 57 des Motors 10 die skalierte Leistung von P(θ_k)_FILT ist, das tatsächliche Verbrennungsgeräusch schätzen kann.
5 stellt gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Graphik dar, die berechnete Werte von W(i) für ein FIR-Filter (d. h. das zeitbasierte Filter in Schritt 60 von 3) zeigt, die den Frequenzantworten entsprechen, die bei der Berechnung von P(θ)_FILT 65 durch Gleichung 1 verwendet werden. Speziell erfordert das Berechnen der begrenzten Impulsantwort des zeitbasierten Filters zum Erhalten der Werte von W(i), dass eine inverse Fourier-Transformation der gewünschten Frequenzantwort berechnet wird (d. h. der ursprünglichen Filtereigenschaften, die vorstehend in 4 dargestellt sind). Die Abszissenachse repräsentiert einen Abtastwertindex, und die Ordinatenachse repräsentiert die Werte von W(i). Die Ausgestaltung des FIR-Filters sollte eine ausreichende Anzahl von W(i)-Werten für die Genauigkeit verwenden, während der computertechnische Durchsatz berücksichtigt wird. Wie es in der Besetzungsgraphik gezeigt ist, sind ein Abtastwertindex von 150 W(i)-Werten und ein Abtastwertindex von 30 dominanten W(i)-Werten für den FIR-Filter dargestellt. Die 30 dominanten W(i)-Werte können in der genauen Berechnung von P(θ)_FILT 65 durch Gleichung 1 verwendet werden, während ein geringer computertechnischer Durchsatz erreicht wird.
Auf 6 Bezug nehmend, ist ein beispielhafte Validierung der tatsächlichen CNL-Ausgabe 57 des CNL-Schätzprozesses 54 und der Verbrennungsgeräuschpegel aufgetragen, die durch den Verbrennungsgeräuschmesser gemessen werden. Die Abszissenachse repräsentiert die berechneten Verbrennungsgeräuschpegel (d. h. die tatsächliche CNL-Ausgabe 57 von 2 und 3) bei variierten Motorbetriebspunkten. Die Ordinatenachse repräsentiert entsprechende Geräuschpegel, die durch den Verbrennungsgeräuschmesser gemessen werden. Der Vergleich der Kurven zeigt, dass die tatsächliche CNL-Ausgabe 57 den Geräuschpegel, der durch den Verbrennungsgeräuschmesser gemessen wird, genau darstellt.
Wieder auf das Verbrennungsgeräuschsystem 48 von 2 Bezug nehmend, wird die tatsächliche CNL-Ausgabe 57, die auf P(θ)_MON 52 basiert und durch den CNL-Schätzalgorithmus 54 ermittelt wird, in die Differenzeinheit 55 eingegeben und mit einem erwarteten CNL 70 verglichen, der durch die Verbrennungs-Steuerparametereinheit 56 erzeugt wird. Die Verbrennungs-Steuerparametereinheit 56 ermittelt vom Betriebspunkt abhängige Geräuschzielwerte für die Verbrennung, die auf den unmodifizierten Verbrennungssteuerparametern 50 basieren, wobei der erzeugte erwartete CNL 70 als ein Schwellenwert verwendet wird, um ein übermäßiges Verbrennungsgeräusch zu beurteilen. Basierend auf dem Vergleich zwischen dem erwarteten CNL 70 und der tatsächlichen CNL-Ausgabe 57 wird ein Vergleichs-CNL 53 in die Verbrennungskorrektur-Rückkopplungseinheit 58 eingegeben. Die Verbrennungskorrektur-Rückkopplungseinheit 58 analysiert den Vergleichs-CNL 53, um dadurch Anpassungen 61 für die Verbrennungssteuerparameter zu erzeugen. Die Anpassungen 61 für die Verbrennungssteuerparameter werden in das Verbrennungsmodul 59 eingegeben. Die Anpassungen 61 für die Verbrennungssteuerparameter werden in Verbindung mit den unmodifizierten Verbrennungssteuerparametern 50 zur Erzeugung der kompensierten Verbrennungssteuerparameter 63 verwendet, die in den Motor 10 für die Verbrennung des nachfolgenden Motor-Verbrennungszyklus eingegeben werden. Es ist einzusehen, dass die Anpassungen für die Steuerparameter 61 als eine Rückkopplungssteuerung für die unmodifizierten Verbrennungssteuerparameter 50 für jeden Verbrennungszyklus des Motors 10 verwendet werden. Daher wird P(θ)_MON 52 während jedes Verbrennungszyklus kontinuierlich erhalten und unter Verwendung eines zeitbasierten Filters gefiltert, wobei die tatsächliche CNL-Ausgabe 57 geschätzt wird. Die tatsächliche CNL-Ausgabe 57 wird mit dem erwarteten CNL 70 verglichen und in die Korrektur-Rückkopplungseinheit 58 eingegeben, um dadurch die Anpassungen 61 für die Verbrennungssteuerparameter zu erzeugen, die als eine Rückkopplungssteuerung für die nachfolgenden Verbrennungszyklen des Motors 10 in das Verbrennungsmodul 59 eingegeben werden sollen.
Darüber hinaus wird ein Fachmann einsehen, dass Motoren, die in einem mageren Verbrennungsmodus arbeiten, mit einem Zeitplan basierend auf der Motordrehzahl und -last versehen werden, wobei die kompensierten Verbrennungssteuerparameter 63 gemäß der Motordrehzahl und -last variieren, bei denen der Motor betrieben wird. Daher wird der Verbrennungsdruck in dem Zylinder gemäß der Motordrehzahl und -last variieren. Die Verwendung des CNL-Schätzalgorithmus 54 zum Schätzen der tatsächlichen CNL-Ausgabe 57 ermöglicht eine fahrzeugeigene Verbrennungsgeräuschschätzung in Echtzeit für jeden Verbrennungszyklus basierend auf gemessenen Zylinderinnendruckkurven von jedem Zyklus.
Die vorgesehenen Ausführungsformen umfassen, dass der Motor für gewünschte Verbrennungsgeräuschpegel für jeden Drehzahl- und Lastpunkt unter Verwendung einer Abbildung anhand der Motordrehzahl und -last kalibriert wird. Während des Fahrzeugbetriebs können Ziel-Verbrennungsgeräuschpegel anhand der Abbildung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und -last ermittelt werden, wobei das tatsächliche Verbrennungsgeräusch unter Verwendung der überwachten Zylinderinnendruckkurven mit dem hierin diskutierten CNL-Schätzalgorithmus 54 geschätzt werden kann. Weitere vorgesehene Ausführungsformen umfassen, dass Zylinderinnendruckkurven für jeden einzelnen Zylinder überwacht werden. Das Schätzen des Verbrennungsgeräuschs auf einer Basis von Zylinder zu Zylinder ermöglicht die Fähigkeit, einen Zylinder mit einem geräuschvollen Betrieb genau zu lokalisieren und die Verbrennungssteuerparameter dementsprechend einzustellen. Das Schätzen des Verbrennungsgeräuschs während einer Anwendung an Bord eines Fahrzeugs kann eine weniger konservative Kalibrierung ermöglichen.
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und deren Modifikationen beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können Anderen während des Lesens und Verstehens der Beschreibung auffallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die spezielle Ausführungsform bzw. die speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Weise offenbart wird bzw. werden, die für die Ausführung dieser Offenbarung in Erwägung gezogen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der in einem mageren Verbrennungsmodus betreibbar ist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Zylinderinnendruck überwacht wird; ein zeitbasiertes Filter zum Berechnen eines tatsächlichen Verbrennungsgeräuschs basierend auf dem überwachten Zylinderinnendruck verwendet wird; Verbrennungssteuerparameter überwacht werden, die durch den Motor verwendet werden; ein erwartetes Verbrennungsgeräusch basierend auf den überwachten Verbrennungssteuerparametern ermittelt wird; das tatsächliche Verbrennungsgeräusch mit dem erwarteten Verbrennungsgeräusch verglichen wird; und die Verbrennungssteuerparameter basierend auf dem Vergleich eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zeitbasierte Filter ein Filter mit begrenzter Impulsantwort umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zeitbasierte Filter eine zeitdiskrete Übertragungsfunktion umfasst, die zeitbasierte Filterkoeffizienten aufweist, die auf einer gewünschten Frequenzantwort des Motors basieren.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die gewünschte Frequenzantwort einer Frequenzantwort entspricht, die einer Motorstrukturdämpfung und einem auditiven Hören zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Frequenzantwort, die der Motorstrukturdämpfung und dem auditiven Hören zugeordnet ist, eine spezielle Frequenzantwort mit einer Strukturdämpfung und einem auditiven Hören umfasst, die von der Motorausbildung abhängen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Frequenzantwort, die der Motorstrukturdämpfung und dem auditiven Hören zugeordnet ist, eine Standard-Frequenzantwort mit einer generischen Strukturdämpfung und einem generischen auditiven Hören umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erwartete Verbrennungsgeräusch als ein Schwellenwert verwendet wird, um ein übermäßiges Verbrennungsgeräusch zu beurteilen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verwenden eines zeitbasierten Filters zum Berechnen des tatsächlichen Verbrennungsgeräuschs basierend auf dem überwachten Zylinderinnendruck umfasst, dass: eine durch einen Bandpass gefilterte Kurve des überwachten Zylinderinnendrucks ermittelt wird; und das tatsächliche Verbrennungsgeräusch basierend auf der durch den Bandpass gefilterten Kurve berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Verbrennungssteuerparameter basierend auf den Vergleich umfasst, dass ein Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt, eine Kraftstoffeinspritzungsqualität, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis und eine AGR-Massenströmungsrate eingestellt werden.
Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der in einem mageren Verbrennungsmodus betreibbar ist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Zylinderinnendruck überwacht wird; ein Filter mit einer begrenzten Impulsantwort verwendet wird, um ein tatsächliches Verbrennungsgeräusch basierend auf den überwachten Zylinderinnendrücken zu berechnen; Verbrennungssteuerparameter überwacht werden, die eine Drehmomentanforderung eines Betreibers umfassen; ein erwartetes Verbrennungsgeräusch basierend auf den überwachten Verbrennungssteuerparametern ermittelt wird; das tatsächliche Verbrennungsgeräusch mit dem erwarteten Verbrennungsgeräusch verglichen wird; und in einem nachfolgenden Motor-Verbrennungszyklus basierend auf dem Vergleich ein Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt, ein Kraftstoffleistendruck, eine eingespritzte Kraftstoffmenge, eine Ventilzeiteinstellung, ein Luft-Kraftstoffverhältnis und/oder eine AGR-Massenströmungsrate eingestellt werden.