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Verweis auf bezogene Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2011-0133722 , eingereicht am 13. Dezember 2011, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors, und insbesondere ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors (Dieselverbrennungsmotors), in welchem ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt nicht durch direktes Messen eines Verbrennungsdrucks gesteuert wird, sondern durch Schätzen eines maximalen Drucks eines Brennraums (Brennkammer) anhand von Vibrationen.
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Beschreibung der bezogenen Technik
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In der bezogenen Technik wurde der Druck in einem Zylinder eines Dieselmotors zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors direkt gemessen, so dass der gemessene Druck des Zylinders für das Steuern der Verbrennung des Dieselmotors verwendet wurde.
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Zum Beispiel, gemäß einem Verbrennungssteuerverfahren gemäß der bezogenen Technik, ist ein Drucksensor direkt in einem Zylinder angebracht, und ein Verbrennungsmotordrehzahlsensor, ein Verbrennungsmotorlastsensor und ein Kurbelwinkelsensor sind an dem Verbrennungsmotor angebracht, und ein Verbrennungsmotor wird gesteuert unter Verwendung eines Zylinderdrucks, einer Verbrennungsmotordrehzahl, einer Last des Verbrennungsmotors und eines Kurbelwinkels, welche durch die Sensoren gemessen werden, wie in 1 gezeigt.
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Das bedeutet, wie in 2 gezeigt, wenn der Betrieb eines Verbrennungsmotors gestartet ist (S210), dann wird ein Verbrennungsdruck eines Brennraum abhängig von einem Kurbelwinkel gemessen (S220), ein Kurbelwinkel, welcher einem Verbrennungsschwerpunkt (Massenumsatz/Massenverbrennungsanteil von 50%, kurz MFB 50) zugeordnet ist, wird unter Verwendung des gemessenen Drucks des Zylinders gemessen (S230), ein Punkt, welcher dem MFB 50 zugeordnet ist, wird gemessen, wenn der Verbrennungsmotor betrieben wird, ein Korrekturwert wird durch Vergleichen eines Ziel-MFB 50 und dem berechneten MFB 50 berechnet (S240), und ein Haupteinspritzzeitpunkt wird korrigiert und gesteuert unter Verwendung des berechneten Korrekturwerts (S250).
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Jedoch, gemäß dem Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors in der bezogenen Technik, ist es zum Steuern erforderlich einen Drucksensor direkt in einem Zylinder anzubringen, und der Drucksensor ist teuer, und ein Faktor, welcher zum Steuern notwendig ist, soll durch Messen eines Drucks basierend auf einem Kurbelwinkel erhalten werden.
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Ferner, da teure Drucksensoren zum Messen eines Verbrennungsdrucks, welche in Zylindern installiert sind, und Kabel zum Verbinden der Drucksensoren benötigt werden, erhöhen sich die Herstellungskosten eines Fahrzeugs.
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Die Informationen, welche in dem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung” offenbart sind, dienen lediglich zum besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrundes der Erfindung und sollten nicht als Bestätigung oder in irgendeiner Weise als Andeutung angesehen werden, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann (schon) bekannt ist, gehören.
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Erläuterung der Erfindung
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Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors bereit, in welchem ein Verbrennungszeitpunkt gesteuert werden kann, auch ohne einen Drucksensor in einem Zylinder zu installieren, durch Installieren eines Sensors, welcher in der Lage ist, Vibrationen in einem Motorblock zu messen, und durch Schätzen eines Maximaldruckentstehungszeitpunkts und eines Entzündungsstartzeitpunkts basierend auf einem durch den Vibrationssensor (Schwingungssensor) erlangten Signal.
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors aufweisen: einen Vibrationsmessschritt zum Messen von Vibrationen, welche in dem Verbrennungsmotors entstehen, einen Messbereicheinstellschritt zum Einstellen eines Bereichs, in dem ein LPP (Position eines Spitzendrucks bzw. Maximaldrucks) anhand von/aus Vibrationsdaten, welche in dem Vibrationsmessschritt gemessen wurden, vorhergesagt wird, einen Frequenzumwandelschritt zum Umwandeln eines Vibrationssignals, welches in dem Messbereicheinstellschritt eingestellt wurde, in eine Frequenzantwortfunktion, einen Frequenzintegrationsschritt zum Integrieren der Frequenzantwortfunktion, welche in dem Frequenzumwandelschritt umgewandelt wurde, einen LPP-Detekionsschritt zum Auswählen einer Position eines Spitzenwerts des Drucks aus der Frequenzantwortfunktion, welche in dem Frequenzintegrationsschritt integriert wurde, einen Schätzwertermittlungsschritt zum Auswählen eines LPP-Versatzes (bzw. LPP-Offsets) und eines SOC(Verbrennungsbeginn-)-Versatzes (bzw. SOC-Offsets) durch Verwenden des LPP, welcher in dem LPP-Detekionsschritt detektiert wurde, einen Fehlerermittlungsschritt zum Ermitteln eines LPP-Wert-Fehlers und eines SOC-Wert-Fehlers durch Vergleichen des geschätzten LPP-Wertes und des geschätzten SOC-Wertes, welche in dem Schätzwertermittlungsschritt ermittelt wurden, (jeweilig) mit einem Ziel-LPP-Wert und einem Ziel-SOC-Wert, und einen Verbrennungskorrekturschritt zum Korrigieren und Steuern der Verbrennung durch Verwenden der Fehler, welche in dem Fehlerermittlungsschritt ermittelt wurden.
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Der Verbrennungskorrekturschritt kann aufweisen: einen Kraftstoffeinspritzzeitpunktkorrekturschritt zum Korrigieren eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und zum Steuern des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts durch Anwenden der Fehler, welche in dem Fehlerermittlungsschritt ermittelt wurden, und einen Kraftstoffeinspritzmengenkorrekturschritt zum Korrigieren einer Menge an eingespritzten Kraftstoff.
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In dem Vibrationsmessschritt werden Vibrationen gemessen, welche von einem Vibrationssensor eingelesen werden, welcher an dem Verbrennungsmotor angebracht ist.
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In dem Frequenzumwandelschritt wird ein Frequenzbereich mit Bezug auf ein Band zwischen 2 kHz bis 2.5 kHz umgewandelt.
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In dem Frequenzumwandelschritt wird das Vibrationssignal in das Frequenzsignal durch eine Wavelet-Transformation umgewandelt.
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Der LPP-Versatz und der SOC-Versatz, welche in dem Schätzwertermittlungsschritt ermittelt werden, werden in einem Kennfeld ausgedrückt, um in einer ECU (Motorsteuereinheit) gespeichert zu werden.
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Gemäß dem Verfahren zum Steuern des Verbrennungszeitpunkts eines Dieselmotors gemäß der vorliegenden Erfindung, welches die obenstehende Konfiguration aufweist, kann die Verbrennung des Dieselmotors gesteuert werden durch Schätzen des LPP und des SOC durch Installieren lediglich eines (einzigen) Vibrationssensors, welcher in der Lage ist, Vibrationen in einem Motorblock zu messen und Vibrationen des Verbrennungsmotors zu messen, ohne dass ein teurer Drucksensor jeweilig in Zylindern installiert wird/werden muss.
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Da ferner der Vibrationssensor vom Typ her im Vergleich zu dem Drucksensor, welcher in individuellen Zylindern installiert wurde, ein kontaktloser Sensor ist, kann der Vibrationssensor permanent verwendet werden.
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Da außerdem ein Prozess des Installierens des Drucksensors in jeweiligen Zylindern und des Verkabelns des Drucksensors weggelassen wird, erhöht sich die Produktivität.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Eigenschaften und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlich werden oder detaillierter ausgeführt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Blockdiagramm, welches ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors gemäß der bezogenen Technik zeigt.
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2 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors gemäß der bezogenen Technik zeigt.
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3 ist ein Blockdiagramm, welches ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5A und 5B sind Graphen, welche Einspritzzeitpunkte und gemessene Vibrationen in dem Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
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6 ist ein Graph, welcher eine vorhergesagte LPP-Entstehungsposition in dem Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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7A und 7B sind Graphen, welche einen Wavelet-Transformations-Prozess in dem Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
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8 ist ein Graph, welcher einen Frequenzintegrationsprozess in dem Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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9 ist ein Blockdiagramm, welches ein Steuerprinzip in dem Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt
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Es sollte klar sein, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellungsweise von verschiedenen Eigenschaften darstellen, um die Grundprinzipien der Erfindung aufzuzeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, unter anderem z. B. konkrete Abmessungen, Richtungen, Positionen und Formen, wie sie hierin offenbart sind, werden teilweise von der jeweiligen geplanten Anwendung und Nutzungsumgebung vorgegeben.
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In allen Zeichnungen beziehen sich die gleichen Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Bauteile der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüchen definiert, enthalten sein können.
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Nachstehend wird ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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3 ist ein Blockdiagramm, welches ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Das Verfahren zum Steuern der Verbrennung eines Dieselmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Vibrationsmessschritt S120 zum Messen von Vibrationen, welche in dem Verbrennungsmotors entstehen, einen Messbereicheinstellschritt S130 zum Einstellen eines Bereichs, in dem ein LPP (Position eines Spitzendrucks bzw. Maximaldrucks) anhand von Vibrationsdaten, welche in dem Vibrationsmessschritt S120 gemessen wurden, vorhergesagt wird, einen Frequenzumwandelschritt S140 zum Umwandeln eines Vibrationssignals, welches in dem Messbereicheinstellschritt S130 eingestellt wurde, in eine Frequenzantwortfunktion, einen Frequenzintegrationsschritt S150 zum Integrieren der Frequenzantwortfunktion, welche in dem Frequenzumwandelschritt S140 umgewandelt wurde, einen LPP-Detekionsschritt S160 zum Auswählens einer Position eines Spitzendrucks aus der Frequenzantwortfunktion, welche in dem Frequenzintegrationsschritt S150 integriert wurde, einen Schätzwertberechnungsschritt (Schätzwertermittlungsschritt) S170 zum Auswählen eines LPP-Versatzes (bzw. LPP-Offsets) und eines SOC(Verbrennungsbeginn-)-Versatzes (bzw. SOC-Offsets) durch Verwenden des LPP, welcher in dem LPP-Detekionsschritt S160 detektiert wurde, einen Fehlerberechnungsschritt (Fehlerermittlungsschritt) S180 zum Berechnen (Ermitteln) eines LPP-Wert-Fehlers und eines SOC-Wert-Fehlers durch Vergleichen des geschätzten LPP-Wertes und des geschätzten SOC-Wertes, welche in dem Schätzwertberechnungsschritt (Schätzwertermittlungsschritt) S170 berechnet (ermittelt) wurden, mit einem Ziel-LPP-Wert und einem Ziel-SOC-Wert, und einen Verbrennungskorrekturschritt S190 zum Korrigieren und Steuern der Verbrennung durch Verwenden der Werte, welche in dem Fehlerberechnungsschritt (Fehlerermittlungsschritt) S180 berechnet (ermittelt) wurde.
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Der Vibrationsmessschritt S120 ist ein Prozess zum Messen von Vibrationen, welche in dem Verbrennungsmotor erzeugt werden, mittels eines Vibrationssensors (Schwingungssensor), welcher in einem Motorblock installiert ist, nach dem Schritt S110, in welchem der Motor betrieben wird. Die vorliegende Erfindung misst einen Druck eines Brennraums nicht direkt, sondern misst eine Vibration, welche aufgrund der Verbrennung des Verbrennungsmotors erzeugt wird, mit dem Vibrationssensor und wandelt das gemessene Vibrationssignal in eine Frequenz um, um die Verbrennung des Verbrennungsmotors zu steuern. Wie in 5A gezeigt, wenn Kraftstoff in einem vorbestimmten Zyklus eingespritzt und verbrannt wird, dann können Vibrationen des Motorblocks, wie in 5B gezeigt, mittels eines Vibrationssensors des Motorblocks mit einer Verzögerung aufgrund der Übertragung einer Vibrationskraft gemessen werden, nachdem der Kraftstoff im Zylinder verbrannt ist. Während kontinuierlichen Verbrennungen/Verbrennungsvorgängen in dem Verbrennungsmotor setzt der Vibrationssensor das Messen der Vibrationen des Verbrennungsmotors fort, um die Vibrationen an die ECU zu übertragen/übermitteln.
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In dem Messbereicheinstellschritt S130 wird ein Messbereich zum Vorhersagen eines Bereichs, in welchem ein LPP (eine Position eines Spitzendrucks bzw. Maximaldrucks) erwartet wird, abhängig von Betriebszuständen, wie zum Beispiel einer Drehzahl des Verbrennungsmotors RPM, einem Drehmoment, etc., von einem Haupteinspritzzeitpunkt durch einen vorläufigen Test eingestellt.
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Das bedeutet, wie in 6 gezeigt, da ein LPP nach Verfehlen eines vorbestimmten (Versatz-)Fensters auftaucht, welches von einer Haupteinspritzung versetzt ist/abweicht, entspricht ein Messbereich einem bestimmten Bereich zwischen vor und nach dem vorbestimmten (Versatz-)Fenster, welches von einer Haupteinspritzung versetzt ist/abweicht.
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Der Messbereich, in dem das Auftreten eines LPP nach der Haupteinspritzung erwartet wird, kann zwischen 3 Grad vor und nach der vorhergesagten LPP-Entstehungsposition mit Bezug auf den Kurbelwinkel sein.
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Der Frequenzumwandelschritt S140 ist ein Prozess des Umwandelns eines gemessenen Vibrationssignals in eine Frequenzantwortfunktion. Da das durch den Vibrationssensor erlangte Vibrationssignal nicht zum Steuern der Verbrennung des Verbrennungsmotors verwendet werden kann, wird das gemessene Vibrationssignal, welches eine Art von Beschleunigungssignal ist, in eine Frequenzantwortfunktion umgewandelt.
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Das durch den Vibrationssensor erlangte Vibrationssignal, gezeigt in
7A, wird in eine wie in
7B gezeigte Frequenzantwortfunktion umgewandelt durch eine Meyer-Wavelet-Transformation. Eine angewandte Gleichung ist dann wie folgt:
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Hierbei bezeichnet a einen Kompressionskoeffizienten, welcher einer Frequenzkomponente entspricht, b bezeichnet einen Zeitverzögerungskoeffizienten, welcher einer Zeitkomponente entspricht, und Wf bezeichnet einen Wavelet-Transformationswert.
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Eine Wavelet-Transformation ist eine mathematische Funktion, welche nützlich zur digitalen Signalverarbeitung und zur Bildkompression ist, wobei eine Korrelation (bzw. Übereinstimmung) durch Variieren der Größe und der Position einer Wellenform einer (einzelnen) Wellenlänge, welche als Basiswellenform dient, geklärt wird, und die Wavelet-Transformation ist vor allem in der Geräuschverarbeitung/Audiodatenverarbeitung weit verbreitet. Die vorliegende Erfindung wandelt ein Vibrationssignal in ein Frequenzsignal unter ausschließlicher Verwendung der Meyer-Wavelet-Transformation aus den Wavelet-Transformationen.
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Dann wird der Frequenzbereich mit Bezug auf ein Band von 2 kHz bis 2.5 kHz umgewandelt, für welches ermittelt wurde, dass es einen hohen Zusammenhang mit der Verbrennung hat.
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Im Frequenzintegrationsschritt S150 wird die umgewandelte Frequenzantwortfunktion integriert. Der integrierte Bereich wird unter Verwendung der folgenden Gleichung für den oben genannten Frequenzbereich von 2 kHz bis 2.5 kHz integriert.
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Da, wenn die Frequenzantwortfunktion integriert wird, wie in 8 gezeigt, ein Versatz, welcher zum Übertragen von Vibrationen von einem finalen LPP Zeitpunkt verwendet wird, auf einem Zeitpunkt angewendet wird, an dem der integrierte Wert maximal ist, kann der finale LPP einem vorgewählten Versatz vor dem Zeitpunkt, an dem der integrierte Wert maximal wird, detektiert werden S160.
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Im Schätzwertberechnungsschritt S170 werden ein LPP-Versatz (bzw. LPP-Offset) und ein SOC-Versatz (bzw. SOC-Offset) ausgewählt unter Verwendung des im LPP-Detektionsschritt S160 detektierten LPP. Das bedeutet, dass ein Versatz zwischen dem tatsächlich gemessenen LPP und SOC und die zuvor integrierten CWT (kontinuierliche Wellenform) ein Kennfeld realisieren. Der LPP-Versatz und der SOC-Versatz im Kennfeld werden in einer ECU gespeichert.
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Im Fehlerberechnungsschritt S180 werden der geschätzte LPP und der geschätzte SOC mit einem Ziel-LPP und einem Ziel-SOC verglichen, um Differenzen oder Fehler zu berechnen. Ein LPP-Fehler (ε_LPP) entspricht der Differenz 'LPP_Ziel – LPP_geschätzt', und ein SOC-Fehler (ε_SOC) entspricht der Differenz 'SOC_Ziel – SOC_geschätzt'. Hierbei werden die Zielwerte für LPP und SOC von einem Betriebszustand erlangt.
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Der Verbrennungskorrekturschritt S190 ist ein Schritt des Steuerns der Verbrennung durch Anwenden der Fehler, welche durch die oben genannte Folge von Prozessen berechnet wurden, und durch Korrigieren der Verbrennung des Verbrennungsmotors. Wie in 9 gezeigt, korrigiert ein PI-Regler einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt des Verbrennungsmotors einschließlich eines Haupteinspritzzeitpunkts und eines Voreinspritzzeitpunkt durch Anwenden des zuvor eingestellten LPP-Fehlers und SOC-Fehlers (S191), und korrigiert eine Menge an eingespritzten Kraftstoff (S192).
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Nach dem Verbrennungskorrekturschritt S190 kehrt der Schritt (bzw. das Verfahren) zum Vibrationsmessschritt 120 zurück, um erneut Vibrationen zu messen, und ein Prozess der Fehlerberechnung und des Steuerns eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und einer Menge an eingespritzten Kraftstoff des Verbrennungsmotors durch Verwenden der erneut korrigierten Werte wird durch eine Folge von Schritten (z. B. kontinuierlich) wiederholt.
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Die vorhergehende Beschreibung von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diente dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Änderungen und Abwandlungen vor dem Hintergrund der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und ihrer praktischen Anwendbarkeit zu beschreiben, um es dadurch dem Fachmann zu erlauben verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie verschiedene Alternativen und Abwandlungen davon, herzustellen und anzuwenden. Es ist gewünscht, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2011-0133722 [0001]
