CN102691587A - 直接喷射式发动机中降低发动机噪声的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种降低多缸直接喷射式内燃发动机中发动机噪声的方法。内燃发动机包括高压燃料泵，其具有流通连接到燃料源的进给阀和典型地连接到增压燃料轨的出口阀。为了降低发动机噪声，特别是在低发动机转速下降低噪声，改变所述燃料泵进给阀或燃料泵出口阀中任一个的开启定时以使其与燃料喷射器的开启一致。

Description

直接喷射式发动机中降低发动机噪声的方法和装置

技术领域

本发明一般地涉及直接喷射式内燃发动机，更具体地，涉及特别是在低发动机转速下降低发动机噪声的方法和装置。

背景技术

应用于机动车的直接喷射式内燃发动机大部分地由于它们的燃料经济性而广受欢迎。在直接喷射式发动机中，燃料喷射器装配在发动机组中，并且它的燃料喷射出口端直接朝内燃室开口。结果，随着燃料喷射器的激活或开启，燃料被直接注入到内燃发动机中，而不是像先前已知的多点燃料喷射器一样从燃料进给阀向上流。

为了在足够高的压力下提供燃料以克服燃烧室的高压力，这些先前已知的直接喷射式发动机包括高压燃料泵，其具有连接到例如燃料箱的燃料源的进给口以及向燃料轨开口的出口。燃料轨流通地(fluidly)连接到发动机燃料喷射器。

先前已知的在直接喷射式发动机中使用的高压燃料泵典型地包括由多叶片凸轮往返驱动的活塞。进给阀流通地串联设置在燃料泵进给口和燃料源之间，出口阀流通地的串联连接在燃料泵和燃料轨之间。由于活塞的往返运动，当活塞在第一方向运动时，活塞引导燃料穿过燃料进给阀，相反地，当活塞在相反方向运动时，燃料泵使燃料穿过出口阀泵出到燃料轨。

但是，已知的直接喷射式发动机的一个缺陷是这种发动的噪音较大，特别是在例如低于1,000rpm的低发动机转速下。此外，发动机噪声主要归因于三个独立的事件。

更具体地说，由于高压燃料喷射，燃料喷射器在激活或开启时自身会产生噪声。高压燃料喷射经常会伴生有导致多个发动机零件的振动的噪声。

在高压燃料泵作用下的燃料进给阀的开启也会产生噪声。类似地，连接到高压燃料泵的出口阀的开启也会产生发动机噪声。

在已知的直接喷射式发动机中，燃料进给阀向燃料泵的开启、燃料泵中燃料出口阀的开启，以及燃料喷射器的开启都会在发动机曲柄轴的不同的曲柄角下发生。例如，如图1所示，曲线10例示了六缸直接喷射式发动机的燃料喷射器的开启所产生的噪声。曲线12例示了高压燃料泵的出口阀所产生的噪声，曲线14例示了高压燃料泵的进给阀产生的噪声。

曲线10-14显示为发动机曲柄轴的曲柄角16以及用于驱动燃料泵活塞的多叶片或三角凸轮的凸轮角18的函数。曲线19例示了燃料泵活塞的角度或位置。

曲线20例示了由直接喷射式发动机产生的总噪声。从曲线20可以看到，总噪声包括与燃料喷射器开启，泵出口阀开启以及泵进给阀开启对应的独立的噪声峰值。进而，这种噪声对于低发动机转速，例如低于1,000rmp的机动车使用者来说尤其明显。

发明内容

本发明提供了用于降低直接喷射式发动机的发动机噪声，尤其是在低发动机转速下的噪声的方法和装置。

简单地说，本发明包括处理器，其以任何常规方式接收发动机转速信号，例如从发动机转速传感器接收发动机转速信号或通过发动机ECU计算发动机转速。当发动机转速大于预定阈值，例如1,000rmp时，处理器不采取措施降低发动机噪声。但是，每当发动机转速低于预定阈值时，处理器输出信号以更新高压燃料泵凸轮的凸轮相位，使得燃料进给阀或燃料出口阀的开启与发动机燃料喷射器的定时一致。

例如，在优选实施例中，处理器首先获取高压燃料进给阀开启或燃料出口阀开启的曲柄角。然后，处理器计算逆角频率，然后计算将燃料进给阀开启或燃料出口阀开启与燃料喷射定时重叠所必须的掩蔽阈值(masking threshold)。然后，处理器生成更新燃料泵多叶片凸轮的凸轮相位的输出信号，以将燃料进给阀开启或燃料出口阀开启与燃料喷射器开启重叠。

通过在低发动机转速下将燃料泵进给阀或燃料泵出口阀定时与燃料喷射器的激活或开启重叠，可以有效减少来自发动机的噪声峰值的数量。

附图说明

参照下述详细说明并结合阅读附图可以更好的理解本发明，所有视图中相同的附图标记指代相同的零部件，在附图中：

图1是示出直接喷射式发动机产生噪声的现有技术视图；

图2是高压燃料泵的示意图；

图3是示例性说明本发明整个系统的框图；

图4是示例性说明本发明操作的流程图；

图5是类似于图4的视图，但用来显示图4的一个变型；以及

图6是类似于图1的视图，用来例示本发明方法的效果。

具体实施方式

参照图2，显示了直接喷射式内燃发动机22(仅示意性显示)的燃料系统21的一部分。发动机22是机动车中所使用的类型，从而包括可旋转地驱动曲柄轴23(示意性显示)的多个汽缸。

燃料系统21包括燃料泵24，其具有定义内泵室28的壳体26。进给阀30流通地串联连接在泵室28和燃料源32(例如燃料箱)之间。类似地，燃料轨34通过燃料泵出口阀36流通地串联连接到泵室28。

燃料喷射器38(仅示例性显示一个)通过常规方式与直接喷射式发动机22中的每个汽缸关联。发动机控制单元(ECU)也以常规方式控制燃料喷射器38的激活或开启。

仍然参照图2，泵活塞40可往返地装配在泵壳体26中的孔42内，该孔42朝向泵室28开口。多叶片凸轮44由直接喷射式发动机可旋转地驱动，并且紧靠泵活塞40。结果，与发动机曲柄轴同步的凸轮44的旋转驱动活塞40在它的孔42内往返运动。

每当活塞40离开泵室28时，泵活塞40在其孔42内的往返运动通过常规方式将燃料导入到燃料室28中。在这段时间中，燃料从燃料箱32，经过进给阀30导入到泵室28中。相反地，泵活塞40的往返运动的相反方向，即朝向泵室28的方向，将燃料经过出口阀36泵到燃料轨34并最终泵入到燃料喷射器38。

现在参照图3，是示例性说明本发明的整个降噪系统的框图。所述系统包括处理器50，该处理器从检测发动机曲柄轴转速的转速传感器52接收输入信号。处理器50还从曲柄角传感器54接收指示泵进给阀30或泵出口阀36的开启定时的信号。

处理器编程为使得每当发动机转速低于预定阈值T_rpm，处理器50就产生输出信号给燃料泵控制器56。然后，燃料泵控制器改变燃料泵凸轮44的角度以使得燃料进给阀30或燃料出口阀36的开启与燃料喷射器38的激活或开启一致。

现在参照图4，显示了示例性说明本发明操作的流程图。处理器50在步骤60启动后，步骤60进行到步骤62，在该步骤中处理器从转速传感器52获取发动机曲柄轴的转速rpm。然后，步骤62进行到步骤64。

在步骤64处，处理器50将实际的发动机转速与低速阈值T_rpm进行比较。如果发动机转速大于阈值T_rpm，步骤64进行到步骤66并终止流程。

相反地，每当发动机转速低于阈值T_rpm时，步骤64改为前进到步骤66，在该步骤中处理器50输入弧度单位的曲柄角ω，以及输入泵进给阀30开启角或定时ω_i。步骤66还确定燃料喷射角或定时ω_f。然后，步骤66进行到步骤68。

在步骤68处，处理器根据下述公式计算逆角频率(秒/弧度)：

1/ω＝60/(2πrpm)

然后，步骤68进行到步骤70。

在步骤70处，将燃料喷射定时ω_f与进给阀开启ω_i之间的差值乘以逆角频率，并与掩蔽阈值T_mask进行比较，如下：

1/ω|ω_i-ω_f|＜T_mask

如果低于掩蔽阈值，即ω_i和ω_f之间的差值小，并且进给阀开启实质上与燃料喷射定时一致，则步骤70进行到步骤66并退出流程。否则，步骤70前进到步骤72，在这里，由处理器50更新燃料泵凸轮44的相位角，以通过向燃料泵控制器56发送合适的信号将燃料泵进给阀开启与燃料喷射定时重叠(图3)。然后，步骤72返回到步骤62，在这里重复上面的处理。

现在参照图5，示例性显示了本发明操作的流程图，其中，将燃料泵出口阀36(而不是进给阀30)的开启与燃料喷射定时重叠。此外，图5的流程在许多方面与图4所示的流程类似。例如，图5中的步骤60-64与图4中的对应步骤60-64相同，因此不再重复描述。

每当发动机转速rpm低于阈值T_rpm时，步骤64进行到步骤80，在这里，通过处理器50获取出口阀开启时(而不是图4中进给阀开启时)的曲柄角ω_o，以及获取燃料喷射定时ω_f。然后，步骤80进行到步骤82。

步骤82与前面的步骤68相同，并计算发动机的逆角频率ω。然后，步骤82进行到步骤84。在步骤84处，根据下述公式将燃料泵出口阀开启定时与燃料喷射定时之间的差值乘以逆角频率并与掩蔽阈值T_mask进行比较：

如果小于掩蔽阈值，则表示燃料泵出口阀开启与燃料喷射开启实质上彼此重叠，步骤84前进到步骤66并退出。

否则，步骤84前进到步骤86，在这里处理器50产生输出信号给燃料泵控制器56(图3)以更新凸轮44的相位，从而将燃料泵出口阀开启ω_o与燃料喷射器开启ω_f重叠。然后，步骤86返回到步骤62，在这里重复上面的处理。

现在参照图6，示意性显示了本发明的总效果。图6对应于图1的现有技术图表。此外，图6示出了根据图4的流程将燃料泵进给阀开启与燃料喷射器开启重叠的效果。

更具体地说，曲线90示出了来自燃料喷射器定时的噪声。曲线92示出了来自泵出口阀36的噪声，曲线94示出了来自燃料泵进给阀30的噪声。

但是，与现有技术装置不同的是，在曲线96处显示的燃料泵活塞角从虚线显示的位置移位到实线所显示的位置。这种移位进一步对应于曲线98所示的多叶片凸轮的相移。这种相移相对于曲线100所示的曲柄角也发生了移位，从虚线显示的位置移位到实线所显示的位置。

泵凸轮相移的净效应导致了活塞角的相移，并且将曲线94显示的由进给阀产生的噪声与曲线90显示的由燃料喷射器产生的噪声叠加。这种效应以此有效减少了总噪声上的峰值数量，如曲线102所示，对于六缸发动起来说每个发动机回转减少了三个噪声峰值。通过这样设置，可以降低机动车使用者在低发动机转速下的总噪声感觉。

流程图5的效果与图6所示的效果实质上相同，不同之处在于，曲线92所示来自出口阀的噪声峰值叠加到曲线90所示喷射器定时的噪声峰值上，而不是叠加到曲线94所示来自进给阀的噪声峰值上。因此，不需要进一步进行解释。

从前述描述可以看到，本发明提供了一种有效的用于直接喷射式发动机的降噪方法和装置，特别适用于在低发动机转速情况下。虽然已经描述本发明，但是，本领域的熟练技术人员应该明了本发明的许多变型，这些变型不会偏离本发明的精神并且属于所附权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种用于降低发动机噪声的方法，用于多缸直接喷射式内燃发动机中，所述多缸直接喷射式内燃发动机针对其每个汽缸具有至少一个燃料喷射器，所述至少一个燃料喷射器在开启时将燃料喷射到其关联的汽缸，并且所述多缸直接喷射式内燃发动机具有包括进给阀和出口阀的高压燃料泵，所述方法包括以下步骤：

将燃料泵进给阀和燃料泵出口阀中的一个的开启定时改变为实质上与燃料喷射器的开启一致。

2.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

确定发动机转速，

仅当所述发动机转速低于预定阈值时改变所述定时。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述泵包括驱动泵活塞的多叶片凸轮，所述改变的步骤包括改变所述凸轮的凸轮角度的步骤。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述改变的步骤包括以下步骤：

确定发动机曲柄轴的曲柄角，

计算曲柄角的逆角频率，

将燃料泵进给阀定时与燃料喷射器定时之间的差值与曲柄角的逆角频率的乘积与预定阈值进行比较，以及

仅当燃料泵进给阀定时与燃料喷射器定时之间的差值与曲柄角的逆角频率的乘积超过所述预定阈值时，将燃料泵进给阀定时改变为更接近地与所述燃料喷射器定时相对应。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述改变的步骤包括：

确定发动机曲柄轴的曲柄角，

计算曲柄角的逆角频率，

将燃料泵出口阀定时与燃料喷射器定时之间的差值与曲柄角的逆角频率的乘积与预定阈值进行比较，以及

仅当燃料泵出口阀定时与燃料喷射器定时之间的差值与曲柄角的逆角频率的乘积超过所述预定阈值时，将燃料泵出口阀定时改变为更接近地与所述燃料喷射器定时相对应。

6.一种直接喷射式内燃发动机，所述直接喷射式内燃发动机具有：多个汽缸；针对每个汽缸的在开启时将燃料喷射到该汽缸中的至少一个燃料喷射器；具有进给阀和出口阀的高压燃料泵；以及用于降低发动机噪声的装置，所述用于降低发动机噪声的装置包括：

改变装置，用于改变进给阀和出口阀中的一个的开启定时，

处理器，编程为控制所述改变装置以使得所述进给阀和出口阀中的一个的开启与燃料喷射器的开启实质上一致。

7.如权利要求6所述的发动机，其中所述处理器编程为确定发动机转速，并且仅当发动机转速低于预定阈值时改变所述进给阀和出口阀中的一个的定时。

8.如权利要求6所述的发动机，其中所述泵包括往返驱动活塞的多叶片凸轮，所述改变装置包括改变所述凸轮的角度的装置。

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