DE112016004758T5 - Method and device for determining the internal cylinder pressure of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Es werden Verfahren und Vorrichtungen zum Verarbeiten eines von einem Sensor (7) erzeugten Signals beschrieben, der dazu eingerichtet ist, in einem Zylinder (61-66) eines Verbrennungsmotors (1) erzeugte Druckschwankungen zu detektieren. Der Sensor ist außerhalb des Zylinders an dem Verbrennungsmotor angebracht. Das Sensorsignal wird tiefpassgefiltert (201), wobei zumindest ein Teil einer Zylinderinnendruck-Kurve gebildet wird, und die Zylinderinnendruck-Kurve wird unter Verwendung eines Modells der Verdichtung in dem Zylinder skaliert, wobei eine skalierte Druckkurve des zumindest einen Teils der Zylinderinnendruck-Kurve gebildet wird.The invention relates to methods and devices for processing a signal generated by a sensor (7), which is set up to detect pressure fluctuations generated in a cylinder (61-66) of an internal combustion engine (1). The sensor is mounted outside the cylinder on the engine. The sensor signal is low pass filtered (201) forming at least a portion of an in-cylinder pressure curve, and the in-cylinder pressure curve is scaled using a model of compression in the cylinder, forming a scaled pressure curve of the at least a portion of the in-cylinder pressure curve ,
Description
Feld der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Zylinderinnendrucks eines Verbrennungsmotors.The present invention relates to a method and apparatus for determining the in-cylinder pressure of an internal combustion engine.
Hintergrundbackground
Es besteht ein dauerhaftes Streben danach, ein Steuern eines Verbrennungsmotors in solcher Weise zu erzielen, dass darin verbrannter Kraftstoff in den Zylindern des Motors verbrannt wird, wobei eine maximale Menge an Ausgangsleistung von dem Motor und eine minimale Menge an Emissionen umweltschädlicher Verunreinigungen erzeugt werden. Bei einem solchen Streben ist es von Wichtigkeit, kontinuierlich Kenntnis der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors zu haben. Eine wichtige Informationsquelle ist der Druck in dem Zylinder/den Zylindern des Verbrennungsmotors.There is a continuing drive to achieve control of an internal combustion engine such that burned fuel therein is burned in the cylinders of the engine, producing a maximum amount of output from the engine and a minimum amount of emissions of environmentally harmful contaminants. In such a quest, it is important to have continuous knowledge of the operating conditions of the internal combustion engine. An important source of information is the pressure in the cylinder (s) of the internal combustion engine.
Ferner beschreibt
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, welche die obigen Probleme zumindest teilweise lösen und welche zumindest in mancher Beziehung in Bezug auf Verfahren und Vorrichtungen des Stands der Technik verbessert sind.It is an object of the present invention to provide methods and apparatus which at least partially solve the above problems and which are improved, at least in some respects, with respect to prior art methods and apparatus.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gelöst, wie sie in den beigefügten Ansprüchen festgelegt sind.This object is achieved with the method and the device as defined in the appended claims.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Verarbeiten eines von einem Sensor erzeugten Signals bereitgestellt, der dazu eingerichtet ist, in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors erzeugte Druckschwankungen zu detektieren. Das Verfahren umfasst ein Tiefpass-Filtern des Signals des Sensors, wobei zumindest ein Teil einer Zylinderinnendruck-Kurve gebildet wird. Die Zylinderinnendruck-Kurve wird dann unter Verwendung eines Modells der Verdichtung in dem Zylinder skaliert, wobei eine skalierte Druckkurve des zumindest einen Teils der Zylinderinnendruck-Kurve gebildet wird. Dadurch, dass zuerst eine Zylinderinnendruck-Kurve erzeugt und dann die derart erhaltene Kurve skaliert wird, ist es möglich, eine Zylinderinnendruck-Kurve zu erzeugen, die bei einem geringen Verarbeitungsumfang die Zylinderinnendruck-Kurve sowohl in Bezug auf ihre Form als auch in Bezug auf die absoluten Druckwerte repräsentiert.According to one embodiment, there is provided a method of processing a signal generated by a sensor configured to detect pressure variations generated in a cylinder of an internal combustion engine. The method includes low-pass filtering the signal of the sensor, wherein at least a portion of a cylinder internal pressure curve is formed. The in-cylinder pressure curve is then scaled using a model of compression in the cylinder, forming a scaled pressure curve of the at least part of the in-cylinder pressure curve. By first generating an in-cylinder pressure curve and then scaling the curve thus obtained, it is possible to generate an in-cylinder pressure curve which, with a small amount of processing, will produce the in-cylinder pressure curve both in shape and in terms of shape represents absolute pressure values.
Die derart gebildete Zylinderinnendruck-Kurve kann die gesamte Zylinderinnendruck-Kurve eines vollständigen Arbeitszyklus eines Zylinders repräsentieren oder in einigen Anwendungen lediglich einen Teil davon. Der Arbeitszyklus kann ein Arbeitszyklus für einen Viertaktmotor oder für einen Zweitaktmotor sein.The in-cylinder pressure curve thus formed may represent the entire in-cylinder pressure curve of a complete duty cycle of a cylinder or, in some applications, only a portion thereof. The duty cycle may be a duty cycle for a four-stroke engine or for a two-stroke engine.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist die gebildete Zylinderinnendruck-Kurve phasenrichtig.According to some embodiments, the in-cylinder pressure curve formed is in-phase.
Gemäß einigen Ausführungsformen wird/werden ein Teil oder Teile der gebildeten Zylinderinnendruck-Kurve durch Druckwerte ersetzt, die aus einem Modell bestimmt sind. Der ersetzte Teil oder die ersetzten Teile kann/können Teilen der Zylinderinnenkurve entsprechen, von denen bestimmt wurde, dass sie Rauschen oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts umfassen.According to some embodiments, a part or parts of the formed in-cylinder pressure curve is replaced by pressure values determined from a model. The replaced part or parts may correspond to parts of the cylinder inner curve that have been determined to include noise above a predetermined threshold.
Gemäß einigen Ausführungsformen wird die gebildete Zylinderinnenkurve geglättet, um eine Kurve zu erzeugen, die an jedem Punkt der Zylinderinnenkurve abgeleitet werden kann.According to some embodiments, the formed in-cylinder curve is smoothed to produce a curve that can be derived at each point of the in-cylinder curve.
Gemäß einigen Ausführungsformen detektiert der Sensor Signale auf der langen Seite des Motors. Der Sensor kann Signale auf der langen Seite des Motors mit der im Vergleich zu der anderen langen Seite des Motors niedrigeren Temperatur detektieren. Gemäß anderen Ausführungsformen ist der Sensor auf der warmen Seite des Motors angeordnet. Die Signale können typischerweise ein Vibrationssignals oder ein Auslenkungssignal sein.In some embodiments, the sensor detects signals on the long side of the engine. The sensor can detect signals on the long side of the engine at the lower temperature compared to the other long side of the engine. According to other embodiments, the sensor is disposed on the warm side of the engine. The signals may typically be a vibration signal or a displacement signal.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist das Verdichtungsmodell ein adiabatisches Verdichtungsmodell.According to some embodiments, the compaction model is an adiabatic compaction model.
Gemäß einigen Ausführungsformen detektiert der Sensor eine Vibration oder eine Auslenkung in dem Motor.According to some embodiments, the sensor detects a vibration or deflection in the engine.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens und ein Kraftfahrzeug, das eine solche Vorrichtung umfasst.The invention also relates to an apparatus for carrying out the method described above and to a motor vehicle comprising such a device.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt, eine elektronische Steuervorrichtung und ein Kraftfahrzeug.The invention also relates to a computer program, a computer program product, an electronic control device and a motor vehicle.
Die Erfindung ist nicht auf eine spezielle Art von Verbrennungsmotor beschränkt, sondern beinhaltet funkengezündete Motoren ebenso wie druckgezündete Motoren, und ist auch nicht auf einen bestimmten Kraftstoff beschränkt. Nicht erschöpfende Beispiele umfassen Kraftstoff in Form von Benzin, Ethanol, Diesel und Gas.The invention is not limited to any particular type of internal combustion engine, but includes spark-ignited engines as well as pressure-ignited engines, and is not limited to any particular fuel. Not exhaustive Examples include fuel in the form of gasoline, ethanol, diesel and gas.
Ebenso umfasst die Erfindung Verbrennungsmotoren, die für jede Art von Verwendung vorgesehen sind, wie beispielsweise in Industrieanwendungen, in Zerkleinerungsmaschinen und in verschiedenen Arten von Kraftfahrzeugen, Radkraftfahrzeug sowie Lastwagen und Bussen sowie Booten und Raupen oder ähnlichen Fahrzeugen.Likewise, the invention includes internal combustion engines intended for any type of use, such as in industrial applications, crushing machines and various types of motor vehicles, wheeled vehicles, and trucks and buses, and boats and caterpillars or similar vehicles.
Andere vorteilhafte Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der untenstehenden Beschreibung erläutert.Other advantageous features and advantages of the invention will be explained in the description below.
Figurenlistelist of figures
Untenstehend finden sich Beschreibungen von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
-
1 eine schematische Ansicht ist, die einen Teil eines Verbrennungsmotors zeigt, -
2 ein Ablaufdiagramm ist, das einige Schritte darstellt, die durchgeführt werden, wenn ein Sensorsignal verarbeitet wird, -
3 ein Diagramm einer elektronischen Steuervorrichtung ist, -
4 eine mögliche Anordnung eines Sensorelements zeigt, -
5 ein Sensorsignal, einen Zylinderdruck und einen Wärmeausstoß für einen Arbeitszyklus darstellt, -
6 ähnlich zu5 ist mit gemittelten und gefilterten Signaldaten, -
7 ein Betragsspektrum eines gemessenen Drucks und eines detektierten Signals darstellt, -
8 und9 eine typische adiabatische Verdichtungskurve darstellen, -
10 ein gefiltertes und skaliertes Sensorsignal darstellt, -
11 ein Signal darstellt, das unter Verwendung eines Vorverdichtungsmodells modelliert wurde, -
12 eine geglättete Kurve darstellt, -
13 ein Hinzufügen einer Phasenkompensation zu dem Signal darstellt, -
14 die Verwendung eines Post-Power-Modells in der Signalverarbeitung darstellt, und -
15 das endgültige Ergebnis unter Verwendung eines fortgeschrittenen Modells darstellt.
-
1 is a schematic view showing a part of an internal combustion engine, -
2 FIG. 3 is a flowchart illustrating some steps performed when a sensor signal is processed; FIG. -
3 is a diagram of an electronic control device, -
4 shows a possible arrangement of a sensor element, -
5 represents a sensor signal, a cylinder pressure and a heat output for a work cycle, -
6 similar to5 is with averaged and filtered signal data, -
7 represents an amount spectrum of a measured pressure and a detected signal, -
8th and9 represent a typical adiabatic compression curve, -
10 represents a filtered and scaled sensor signal, -
11 represents a signal modeled using a precompression model -
12 represents a smoothed curve, -
13 represents an addition of a phase compensation to the signal, -
14 represents the use of a post-power model in signal processing, and -
15 represents the final result using an advanced model.
Ausführliche Beschreibung von AusführungsformenDetailed description of embodiments
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Wie erkannt wurde, können Druckschwankungen in der Zylinderkammer
Ein Computerprogrammcode zur Umsetzung eines Verfahrens gemäß der Erfindung ist zweckmäßiger Weise in einem Computerprogramm enthalten, das in einen internen Speicher eines Computers geladen werden kann, wie beispielsweise in einen internen Speicher einer elektronischen Steuervorrichtung eines Verbrennungsmotors. Ein solches Computerprogramm wird zweckmäßiger Weise über ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das ein nichtflüchtiges Datenspeichermedium umfasst, welches von einer elektronischen Steuervorrichtung lesbar ist, wobei das elektronische Datenspeichermedium das Computerprogramm auf sich gespeichert trägt. Das Datenspeichermedium ist beispielsweise ein optisches Datenspeichermedium in Gestalt einer CD-ROM, einer DVD, etc., ein magnetisches Datenspeichermedium in Gestalt einer Festplatte, einer Diskette, einer Kassette, etc., oder ein Flash-Speicher oder ein Speicher vom ROM-, PROM-, EPROM- oder EEPROM-Typ.A computer program code for implementing a method according to the invention is expediently contained in a computer program which can be loaded into an internal memory of a computer, such as an internal memory of an electronic control device of an internal combustion engine. Such a computer program is conveniently provided via a computer program product comprising a non-volatile data storage medium readable by an electronic control device, the electronic data storage medium carrying the computer program stored thereon. The data storage medium is, for example, an optical data storage medium in the form of a CD-ROM, a DVD, etc., a magnetic data storage medium in the form of a hard disk, a floppy disk, a cartridge, etc., or a flash memory or a ROM, PROM memory , EPROM or EEPROM type.
In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann das Sensorelement
Das von dem Sensorelement
Untenstehend sind einige solcher Modellierungsschritte und Verfeinerungsschritte durch ausführliche Ausführungsbeispiele beschrieben. Der Erfindung ist in keiner Weise auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern zahlreiche möglicher Abwandlungen davon sind denkbar. Insbesondere können Schritte weggelassen oder Schritte von unterschiedlichen Ausführungsformen kombiniert oder in anderer Reihenfolge durchgeführt werden, als die beschriebenen.Below, some of such modeling steps and refinement steps are described by detailed embodiments. Of the The invention is in no way limited to the embodiments described, but numerous possible modifications thereof are conceivable. In particular, steps may be omitted or steps of different embodiments combined or performed in a different order than those described.
Signalinhalt-IdentifizierungSignal content identification
Ein beispielhaftes, wiederkehrendes Erscheinungsbild ist in
Das Sensorsignal kann für verschiedene Betriebspunkte verglichen werden, um zu überprüfen, ob dasselbe Erscheinungsbild in allen Modi zu erkennen ist.The sensor signal can be compared for different operating points to verify that the same appearance is evident in all modes.
Modellentwicklungmodel development
Der Vorgang eines Erhaltens eines geschätzten Druckmodells kann zumindest einen der Schritte umfassen: Herausfiltern von hochfrequentem Rauschen, Anpassen von Phasenverschiebungen, Skalieren und Ersetzen verrauschter Teile des Signals mit bekannten physikalischen Modellen und Annahmen. Das Modell kann auf einem hochaufgelösten Kurbelwinkel-Signal (Crank Angle Degree CAD) basieren, beispielsweise von 0,1 Grad. Auch andere Auflösungen können verwendet werden, wie beispielsweise eine 6-Grad-Auflösung. Zwischen den aufgenommenen Probedaten liegende Werte können modelliert werden. Die modellierten Werte können zum Beispiel von einem virtuellen Sensor erzeugt werden.The act of obtaining an estimated pressure model may include at least one of filtering out high frequency noise, adjusting phase shifts, scaling, and replacing noisy parts of the signal with known physical models and assumptions. The model may be based on a Crank Angle Degree CAD (Crank Angle Degree) signal, for example, 0.1 degrees. Other resolutions can be used, such as a 6 degree resolution. Values lying between the recorded sample data can be modeled. The modeled values can be generated, for example, by a virtual sensor.
Um Robustheit zu adressieren, können unterschiedliche Modelle verwendet werden. Die Modelle können kombiniert werden. Hier werden zwei Modelle beschrieben. Ein erstes Modell mit leichter Signalverarbeitung, um die Modellabhängigkeiten zu minimieren und den Schwerpunkt auf das Erzielen einer geringen durchschnittlichen Abweichung der maximalen Druckamplitude von den Messdaten zu setzen. Ein zweites, weiter fortgeschrittenes Modell wird umfangreichere Datenverarbeitung beinhalten, die eine Phasenausrichtung, ein Modellieren von Arbeitstakten, Abhängigkeiten von hoher Motorlast und einen stärkeren Schwerpunkt auf das Erzielen vollständiger Drucksignal-Korrelation umfasst.To address robustness, different models can be used. The models can be combined. Here are two models described. A first model with light signal processing to minimize model dependencies and focus on achieving a small average deviation of the maximum pressure amplitude from the measurement data. A second, more advanced model will involve more extensive data processing, including phase alignment, power stroke modeling, high engine load dependencies, and a stronger emphasis on achieving complete pressure signal correlation.
Verdichtungsmodellcompaction model
Ein Verdichtungsmodell kann zu Skalierungszwecken verwendet werden. Gemäß einigen Ausführungsformen basiert das Verdichtungsmodell auf den idealen adiabatischen Gleichungen für die Verdichtung eines Gases, um Motor/Last-Veränderungen ebenso wie einen möglicherweise nichtlinearen Wärmeübertragverlust auszugleichen. Zum Beispiel kann ein Wärmeübertragmodell verwendet werden, das auf dem Woschni/Hohenberger-Modell basiert. Das Wärmeübertragmodell kann beispielsweise mit einem Koeffizienten im Bereich
Gemäß einer Ausführungsform wird jeder Schritt des Vorgangs iterativ auf der Grundlage des ersten Gesetzes der Thermodynamik berechnet, wobei zuerst die Anzahl an Mol unter Verwendung des Einlassventildrucks und der Einlassventiltemperatur als Startwerte für das Modell sowie der Zylindervolumen-Berechnung bei CAD-180 Grad berechnet wird, d. h. unterer mittlerer Totpunkt (Bottom Dead Center BDC) vor oberem mittleren Totpunkt (Top Dead Center) für die Verbrennung. Eine erste Schätzung des Index, insbesondere eines adiabatischen Index, wird dann unter Verwendung einer Indexfunktion berechnet. In dem Fall, dass das Modell adiabatisch ist, wird der Index ein adiabatischer Index sein. Die Hauptabhängigkeit dieser Funktion können die aktuelle Temperatur und Lambda sein. Der Wärmeverlust des Wärmeübertrags wird berechnet, welcher dann die Information bereitstellt, die benötigt wird, um die Ableitung des Drucks zu berechnen, wobei der Wärmeübertrag in erster Linie dazu verwendet wird, den Wärmeverlust/den Wärmezugewinn aufgrund der Temperatur in den Zylinderwand auszugleichen. Die Temperatur, der (adiabatische) Index und der Zylinderdruck können bis zu CAD
Untenstehend werden zwei Modelle (Einfach und Fortgeschritten) für eine typische Testumsetzung ausführlich beschrieben.Below, two models (simple and advanced) for a typical test implementation are described in detail.
Druckmodell - einfachPrint model - easy
FilternFilter
Der mit dem Druck im Zusammenhang stehende Signalinhalt des Signals von dem Vibrationssensor weist im Vergleich zu dem gesamten Frequenzspektrum einen relativ niedrigen Frequenzinhalt auf; das hochfrequente Rauschen wird reduziert, indem ein digitaler Tiefpassfilter auf das Signal angewandt wird. Das Betragsspektrum des relevanten Frequenzbereichs ist in
Verschiedene Echtzeitfilter wie Butterworth, Elliptic, Chebyl und Cheby2 können verwendet werden. Typischerweise wird es eine Austauschbeziehung (Trade-Off) zwischen einem Filtern von zu viel Information nahe des Beginns der Verbrennung und einem Erhalten eines vergleichsweise deutlichen Spitzenwerts geben (in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt). Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Minimieren von Abrolleffekten durch Echtzeitfilter mit einem FourierTransformation-Filter durchgeführt werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann ein Butterworth-Filter zehnter Ordnung mit einer normierten Cutoff-Frequenz von etwa 0,04 verwendet werden. Eine Phasenverschiebung kann in einigen Ausführungsformen vermieden werden, indem ein Nullphasenfilter (Vorwärts- und Rückwärtsfiltern) angewandt wird, sodass das Signal dann gefiltert ist, beispielsweise mit zwei aufeinanderfolgenden Butterworthfiltern zehnter Ordnung.Different realtime filters like Butterworth, Elliptic, Chebyl and Cheby2 can be used. Typically, there will be a trade-off between filtering too much information near the beginning of the combustion and obtaining a comparatively significant peak (depending on the operating point). According to some embodiments of the invention, minimizing roll-off effects may be performed by real-time filters with a Fourier transform filter. In some embodiments, a tenth order Butterworth filter with a normalized cutoff frequency of about 0.04 may be used. Phase shifting may be avoided in some embodiments by applying a zero phase filter (forward and backward filtering) so that the signal is then filtered, for example, with two successive 10th order butterworth filters.
Skalierenscaling
Das erhaltene Sensorsignal kann mit einer beliebigen Amplitude empfangen werden. Gemäß einigen Ausführungsformen können Daten der Größenordnung
Ein ordnungsgemäßes Skalieren kann gemäß einigen Ausführungsformen erzielt werden, indem der gemittelte Unterschied zwischen dem gefilterten Sensorsignal und dem Druckmodell minimiert wird. Die Minimierung kann zum Beispiel zwischen zwei CADs mit negativen Werten durchgeführt werden, beispielsweise -28 CAD und -3 CAD, d. h. während der Verdichtungsphase. Hierbei haben alle Betriebspunkte in etwa dasselbe Erscheinungsbild (aber nicht notwendigerweise dieselbe Amplitude, sodass individuelle Skalierungsfaktoren für jeden Betriebspunkt verwendet werden).Proper scaling may be achieved by minimizing the average difference between the filtered sensor signal and the pressure model, in accordance with some embodiments. For example, the minimization can be done between two CADs with negative values, for example -28 CAD and -3 CAD, that is, H. during the compression phase. Here, all operating points have approximately the same appearance (but not necessarily the same amplitude, so individual scaling factors are used for each operating point).
VorverdichtungsmodellVorverdichtungsmodell
Die frühe Phase des Verdichtungstakts ist von verschiedenem Rauschen überladen und verzerrt; um den Umfang benötigten Filterns zu verringern und da der Beginn des Verdichtungstakts als eine Verdichtung idealisiert werden kann, kann das Modell zwischen einigen negativen Werten ersetzt werden, wie beispielsweise einem Beginnen in dem Bereich von -150 bis -110 CAD und einem Enden im Bereich von -30 bis - 5 CAD. Zum Beispiel kann -130 CAD bis -15 CAD mit dem obigen Skalierungsmodell verwendet werden. Dies erfolgt unter der Annahme, dass der Zustand des Signals in dieser Region mit dem verwendeten Modell zusammenfällt.The early phase of the compression stroke is overloaded and distorted by various noise; To reduce the amount of filtering needed, and since the beginning of the compression stroke can be idealized as a compression, the model can be replaced by some negative values, such as starting in the range -150 to -110 CAD and ending in the range of -30 to -5 CAD. For example, -130 CAD to -15 CAD can be used with the above scaling model. This is done on the assumption that the state of the signal in this region coincides with the model used.
Einlass-Ausstoß-ModellIntake emissions model
Die Öffnung des Einlassventils wird den Zylinderdruck ungefähr bei dem Hauptleitungsdruck einpegeln, sodass der Einlasstakt des Signals durch einen gemittelten Wert des Hauptleitungsdrucks für den bestimmten Betriebspunkt ersetzt werden kann, um ein Signalfiltern und ein Glätten zu minimieren; um die Anzahl benötigter Parameter zu reduzieren, muss der Ausstoßtakt auf dasselbe Niveau gesetzt werden. Zum Beispiel ist es auf der Grundlage von Messungen einer experimentellen Reihe wahr, dass der durchschnittliche Einlasshauptleitungsdruck und Ausstoßhauptleitungsdruck näherungsweise identisch sind, aber mit verfügbaren Sensoren kann diese Annahme durch den tatsächlichen Ausstoßhauptleitungsdruck ersetzt werden, falls dies nötig ist. Der ersetzte Einlassbereich liegt zwischen einigen negativen CAD-Werten, zum Beispiel kann -360 CAD bis -130 CAD verwendet werden, und der ersetzte Ausstoßbereich liegt zwischen einigen positiven CAD-Werten, zum Beispiel kann 190 CAD bis 360 CAD verwendet werden.The opening of the inlet valve will level the cylinder pressure at approximately the main line pressure so that the inlet stroke of the signal may be replaced by an average value of the main line pressure for the particular operating point to minimize signal filtering and smoothing; in order to reduce the number of required parameters, the exhaust stroke must be set to the same level. For example, based on measurements from an experimental series, it is true that the average inlet main line pressure and discharge main line pressure are approximately identical, but with available sensors this assumption can be replaced by the actual discharge main line pressure, if necessary. The replaced inlet area is between some negative CAD values, for example, -360 CAD to -130 CAD may be used, and the replaced ejection area is between some positive CAD values, for example, 190 CAD to 360 CAD may be used.
Glättungsmoothing
Der Sensor wird typischerweise konsistent etwas höhere Spitzenwerte erkennen als die gemessene Druckkurve. Um eine glattere Spitze zu erhalten und Unstetigkeiten zwischen dem ersetzten Vorverdichtungsmodell und dem Einlass/Ausstoß-Modell zu minimieren, kann das Modell geglättet werden. Dies kann gemäß einigen Ausführungsformen durchgeführt werden, indem ein Filter verwendet wird, zum Beispiel ein Savitzky-Golay-Glättungsfilter erster Ordnung (für alle Betriebspunkte). Ein Beibehalten des Inhalts, der den Verbrennungsbeginn (Start of Combustion, SOC) umgibt, ist entscheidend, sodass ein zweites Signal mit einer kleineren Rahmengröße geglättet werden kann. Ein glatter Übergang kann in einigen Ausführungsformen erhalten werden, indem die zwei geglätteten Signale iterativ verglichen werden und indem der niedrigere Wert derselben aus dem Bereich um 0 CAD gewählt wird, zum Beispiel zwischen -5 CAD und +5 CAD, oder aus einem anderen Bereich um 0 CAD.The sensor will typically consistently detect slightly higher peak values than the measured pressure curve. To obtain a smoother tip and to minimize discontinuities between the replaced precompression model and the inlet / ejection model, the model can be smoothed. This may be done in accordance with some embodiments by using a filter, for example a Savitzky-Golay first order smoothing filter (for all operating points). Maintaining the content surrounding Start of Combustion (SOC) is critical so that a second signal with a smaller frame size can be smoothed. A smooth transition can be obtained in some embodiments by iteratively comparing the two smoothed signals and choosing the lower value of them from the range around 0 CAD, for example between -5 CAD and +5 CAD, or from another area around 0 CAD.
Druckmodell - fortgeschrittenPrinted model - advanced
Phasenausrichtungphase alignment
Das tiefpassgefilterte Signal kann vor dem Skalieren phasenverschoben werden, um den Arbeitstakt des Signals auf das korrekte Niveau anzuheben. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das verwendete Phasenverschiebungsmodell ein Verzögerungsausgleicher sein, d. h. ein Verzögerungsausgleicher zweiter Ordnung. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Position des Pols p=1e-12 für alle Betriebspunkte und die Position der Null wird zwischen z=4,25e-04 und z=3e-04 variiert oder einige andere geeignete Werte mit zunehmender Drehzahl und verwendetem Zylinder. Der Wert kann optimiert werden, indem eine gemessene Druckkurve und das Phasenverschiebungsmodell verglichen werden.The low-pass filtered signal may be phase shifted prior to scaling to raise the clock rate of the signal to the correct level. According to some embodiments, the phase-shift model used may be a delay equalizer, i. H. a delay equalizer of second order. In an exemplary embodiment, the position of the pole is p = 1e-12 for all operating points and the position of zero is varied between z = 4.25e-04 and z = 3e-04 or some other suitable values with increasing speed and cylinder used. The value can be optimized by comparing a measured pressure curve and the phase shift model.
Der Phasenverzögerungsausgleicher wird typischerweise lediglich einen bestimmten Umfang von Phasenindifferenzen zwischen dem Signal und dem Referenzdrucksignal minimieren. In einigen Beispielen kann ein Minimieren weiterer Phasenunterschiede durchgeführt werden, indem höhere Ordnungen von Modellen verwendet werden. Allerdings funktioniert typischerweise ein einfaches Modell zweiter Ordnung mit akzeptablen Ergebnissen für alle Betriebspunkte, ohne dass dessen Parameter zu sehr angepasst würden.The phase delay equalizer will typically only minimize a certain amount of phase differences between the signal and the reference pressure signal. In some examples, minimizing further phase differences may be performed using higher orders of models. However, a simple second-order model typically works with acceptable results for all operating points without overly adjusting its parameters.
Skalierenscaling
Das gefilterte Sensorsignal kann mit demselben adiabatischen Verdichtungsmodell skaliert werden, das für das obige einfache Modell verwendet wurde.The filtered sensor signal can be scaled with the same adiabatic compression model used for the above simple model.
Post-Power-ModellPost-Power model
Die Phasenausrichtung korrigiert typischerweise nicht alle Irregularitäten im Arbeitstakt, sodass eine Region während des Öffnens des Ventils mit einem ähnlichen Modell ersetzt werden kann, das verwendet wurde, um das Signal zu skalieren. Der Bereich kann um 80 CAD herum liegen, wie beispielsweise zwischen CAD
GlättenSmooth
Das Signal kann geglättet werden, um Skalierungsbelange anzupassen. Dies wird Unregelmäßigkeiten im Übergang zwischen Modellen und Annahmen entfernen. Zum Beispiel kann ein erster Savitzky-Golay-Glättungsfilter mit einer Rahmengröße von 111 verwendet werden.The signal can be smoothed to accommodate scaling issues. This will remove irregularities in the transition between models and assumptions. For example, a first Savitzky-Golay smoothing filter with a frame size of 111 may be used.
Kombiniertes ModellCombined model
Ein kombiniertes Modell kann entwickelt werden, um einen besseren Zusammenhang im Arbeitstakt und um den Druckspitzenwert herum zu erhalten. Zum Beispiel kann das entwickelte einfache Druckmodell als Grundlage verwendet werden, wobei das fortgeschrittene Druckmodell das einfache Druckmodell zwischen einigen positiven CAD-Werten ersetzt. Der Bereich kann bei etwa 0-5 CAD beginnen und bei etwa 180-200 CAD enden. Zum Beispiel von CAD 2,5 bis CAD
GlättenSmooth
Das Signal kann ein letztes Mal geglättet werden, um Unregelmäßigkeiten im Übergang zwischen den Modellen zu entfernen. Gemäß einer Ausführungsform kann auf der Grundlage von Messungen ein Savitzky-Golay-Glättungsfilter mit einer Rahmengröße von 35 für nicht-motorisierte Zyklen und mit einer Rahmengröße von 51 für motorisierte Zyklen verwendet werden. Die motorisierten Zyklen können von dem verfügbaren Sensor angezeigt werden, der eingespritzten Kraftstoff misst.The signal can be smoothed one last time to remove any irregularities in the transition between the models. In one embodiment, based on measurements, a Savitzky-Golay smoothing filter with a frame size of 35 for non-motorized cycles and a frame size of 51 for motorized cycles may be used. The motorized cycles can be displayed by the available sensor, which measures injected fuel.
Testergebnissetest results
Adiabatisches DruckmodellAdiabatic pressure model
Das Endergebnis einer typischen adiabatischen Druckkurve ist in
Das adiabatische Skalierungs-Modell kann vorteilhaft individuell für jeden Betriebspunkt vor dem Skalieren berechnet werden, um korrekte Druckniveaus von den aktuellen Sensormesswerten zu erhalten.Advantageously, the adiabatic scaling model can be calculated individually for each operating point prior to scaling to obtain correct pressure levels from the current sensor readings.
FilternFilter
Das gefilterte Signal ist in
VorverdichtungsmodellVorverdichtungsmodell
Es ist deutlich zu erkennen, dass das Ergebnis des ersetzten Vorverdichtungsinhalts die Kurve während des Beginns der Verdichtung glättet, wie in Fig. 11 für das Druckmodell (Vorverdichtungsmodell) zu sehen ist.It can be clearly seen that the result of the replaced precompression content smoothes the curve during the beginning of compaction, as can be seen in Fig. 11 for the pressure model (precompression model).
Einlass-Ausstoß-ModellIntake emissions model
Die Kurve in
Glättungsmoothing
Die geglättete Kurve und das Endergebnis des einfachen Druckmodells sind in
Fortgeschrittenes DruckmodellAdvanced printing model
Phasenausrichtungphase alignment
Das Ergebnis dessen, dass eine Phasenausrichtung dem Signal hinzugefügt wird, ist in
Skalierenscaling
Das Modell wird in derselben Weise unter Verwendung desselben adiabatischen Skalierungsmodells skaliert wie das einfache Modell. Die Ergebnisse sind in
Post-Power-ModellPost-Power model
Die ersetzte Kurve ist weniger verrauscht und deutlich glatter. Der Druckspitzenwert kann gemäß einigen Ausführungsformen für die meisten Betriebspunkte angehoben werden. Das Glätten der Kurve mit einem größeren Rahmen führt dazu, dass der Zuwachs an Spitzenwert-Amplitude leicht abgesenkt wird, und führt zu einem besseren Zusammenhang mit der gemessenen Druckspur; das Ergebnis ist in
Fortgeschrittenes ModellAdvanced model
Ein letztes Glätten kann durchgeführt werden, um alle Unstetigkeiten in dem fortgeschrittenen Modell zu entfernen. Somit können motorisierte Zyklen geglättet werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann ein Savitzky-Golay-Glättungsfilter erster Ordnung mit einer Rahmengröße von 51 verwendet werden, und nicht-motorisierte Zyklen verwenden eine Rahmengröße von 25. Das Endergebnis ist in
Das Verarbeiten eines Vibrationssignals von einem Sensor außerhalb eines Zylinders eines Verbrennungsmotors, um eine Zylinderinnendruck-Kurve zu erzeugen, wird unter Verwendung eines Modells durchgeführt. Das Gesamtmodell kann mehrere Schritte umfassen, ist aber nichtsdestoweniger einfach. Das Filtern kann mit einfachen Butter-worth-Filtern durchgeführt werden, und es kann unter Verwendung lediglich einer einzelnen Cutoff-Frequenz für alle untersuchten Betriebspunkte, Kraftstoffe und Zylinder durchgeführt werden. Das Einlass-Ausstoß-Modell zeigt minimale Unterschiede zwischen dem gemessenen Druck bei dem Einlass-Hauptleitungsdruck für die hierin verglichenen Messungen. Gemäß einigen Ausführungsformen können individuelle Ausstoßsensor-Messwerte hinzugefügt werden. Die Glättungsschritte sind hauptsächlich dafür vorgesehen, Unstetigkeiten zwischen den unterschiedlichen Modellen zu minimieren, die mit vergleichsweise wenigen Rahmen angewandt und durchgeführt werden. Das Glätten, das mit dem größeren Rahmen durchgeführt wird, wird hauptsächlich durchgeführt, um die Spitzenwerte bestimmter Druckspitzen zu minimieren. Dies kann durchgeführt werden, um dem entgegenzuwirken, dass das Sensorsignal höhere Spitzenwerte als die mit dem Drucksensor gemessenen erkennt. Die Phasenausrichtung liefert eine Erhöhung im Druckzusammenhang für alle Betriebspunkte bei verschiedenen Graden.The processing of a vibration signal from a sensor outside a cylinder of an internal combustion engine to produce an in-cylinder pressure curve is performed using a model. The overall model may involve several steps, but is nonetheless simple. Filtering can be done with simple butter-worth filters and can be performed using only a single cutoff frequency for all the operating points, fuels and cylinders tested. The inlet-exhaust model shows minimal differences between the measured pressure at the inlet main line pressure for the measurements compared herein. According to some embodiments, individual ejection sensor readings may be added. The smoothing steps are primarily intended to minimize discontinuities between the different models that are applied and performed with comparatively few frames. The smoothing performed with the larger frame is mainly done to minimize the peaks of certain pressure spikes. This can be done to the counteract that the sensor signal detects higher peak values than those measured with the pressure sensor. The phase alignment provides an increase in pressure relationship for all operating points at various degrees.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 8396649 [0003]US 8396649 [0003]
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