CN103963699B - 以虚拟方式增加内燃机中的汽缸数目 - Google Patents

Abstract

本发明涉及以虚拟方式增加内燃机中的汽缸数目。产生发动机噪音的装置，以及在内燃机的两个直接连续点火事件之间的时间段下产生发动机噪音的方法，其中发动机噪音以虚拟方式增加了内燃机的汽缸的数目。

Description

以虚拟方式增加内燃机中的汽缸数目

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年2月5日提交的德国专利申请号102013201878.9的优先权，为了所有的目的其整个内容借此通过引用被并入。

技术领域

本申请涉及以虚拟方式增加内燃机中的汽缸数目。

背景技术

内燃机的降速和缩小尺寸目的在于以相对低的转动速度可获得相同的驱动力。而且，其可以产生更有效率的、更节约燃料的机动车辆。这减少摩擦损失并且可以降低燃料消耗。

降速和缩小尺寸的一种方法是通过减少汽缸的数目提供较小立方容量的内燃机。这引起以相同的驱动力以较高负荷运行发动机，其减少节流损失并且因此可以引起较低的燃料消耗。这也减少摩擦损失。内燃机还可以装备有涡轮增压器，以可获得高速所需的驱动力。

本发明人认识到用这种装备的一些问题来自具有减少数目的汽缸的内燃机的噪音。由于驾驶员根据他们所听到的进行调档，因此驾驶员趋向于在相对高的旋转速率(revrate)下调高档。具有减少数目的汽缸的机动车辆趋向于在旨在通过缩小尺寸和降速的有效参数范围之外运行，并且抵消了降低燃料消耗的目的。

发明内容

一种解决方案是用于产生发动机噪音的方法，其中确定在内燃机的两个直接连续点火事件之间的时间段，并且在两个直接连续点火事件之间的时间下产生叠加噪音。这具有形成虚拟发动机噪音的效果，从而虚拟地增加内燃机中的汽缸的数目。

另一种解决方案是用于产生发动机噪音的装置，其包括声波发生器和控制单元，其中控制单元连接至声波发生器。以这种方式可以产生虚拟的发动机噪音并且将其播放给机动车辆的驾驶员。

应当理解，提供以上的发明内容是为了以简化形式引入选择的概念，这种概念将在具体实施方式中进一步描述。这并不意味着视为要求权利的主题的关键或本质特征，要求权利的主题的范围由权利要求唯一地限定。而且，要求权利的主题不限于解决上面或本公开的任何部分中指出的任何缺点的执行方式。

附图说明

图1示出具有用于产生发动机噪音的装置的机动车辆；

图2示出方法的第一示例性实施方式的时间图；

图3示出方法的第二示例性实施方式的时间图；

图4示出叠加噪音频率；

图5示出产生虚拟发动机噪音的实例方法。

具体实施方式

下面描述了用于产生发动机噪音的方法、用于产生发动机噪音的装置和具有这种装置的机动车辆。

在机动车辆结构中，降速和缩小尺寸是当前的趋势，其目的在于产生更有效率的——也就是说更节约燃料的——机动车辆。在降速的情况下，进行各种努力以在内燃机的相对低的转动速度下可以得到相同的驱动力。结果，减少摩擦损失，这降低了燃料消耗。

缩小尺寸所基于的想法是用具有比以前通常更小的立方容量的发动机装备相当大小和重量的机动车辆。这导致这样的情况，其中以相关项考虑，发动机以较高负荷运行，同时需要相同的驱动力，这减少节流损失并且因此导致较低的燃料消耗。然而，为了使高速所需的驱动力可获得，具有减小立方容量的发动机通常装备有涡轮增压器。

具体地，在小型车辆中，考虑到相对小的立方容量，具有减少数目的汽缸——例如具有三个或仅两个汽缸——的发动机正逐渐地被使用。这也减少了摩擦损失。

本发明具有进一步减少机动车辆的燃料消耗的目的。

因此，本发明提出了用于产生发动机噪音的方法。本发明在此基于以下实现并且包括这种实现：具有减少数目的汽缸的机动车辆的驾驶员趋向于在相对高的旋转速率下——也就是说在高转动速度下——驱动发动机，并且仅在随后的点调高档。由于与常规发动机例如四缸或六缸发动机相比，相应较低数目的点火事件每曲轴旋转，这导致具有较少汽缸的内燃机的噪音听起来更低。由于如此多的驾驶员——有意地或无意地——根据他们所听到的进行调档，具有减少数目的汽缸的发动机经常在相对高的旋转速率下运行，然而，这引起发动机在旨在通过缩小尺寸和降速的有效参数范围之外运行，并且抵消降低燃料消耗的目的。因此，该方法产生的发动机噪音类似于具有相对高数目的汽缸的发动机所预期的发动机噪音，以便驾驶员的变速行为以更有效的操作方向被影响。这意味着本发明的方法使以具有减少数目的汽缸的内燃机装备的车辆的驾驶员被提供预期的声音反馈，这种声音反馈对于内燃机的直觉控制是必要的。

在根据本发明的方法中，确定内燃机的两个直接连续点火事件之间的时间段。然后，在两个直接连续点火事件之间的时间下产生叠加噪音。根据本发明的方法，由于汽缸数目减少未发生的点火事件或其声音表达给驾驶员补充，结果，产生具有相对大数目的汽缸的发动机所预期的噪音。

产生叠加噪音的时间此处优选出现在两个直接连续点火事件的第一次点火之后的时间段，该时间段相当于除以大于1的整数的两个直接连续点火事件之间的时间段。这可用于在听觉上增加感知的汽缸数目。感知的汽缸数目通过在两个直接连续点火事件之间的中间按时间顺序产生叠加噪音而加倍，结果该整数是2。但是，因为利用相应的更大的整数，也可得到多个乘数（multiplicator）。为了使感知的汽缸数目增至三倍，优选地叠加噪音应当在两个直接连续点火事件之间产生两次，一次在两次点火事件之间的时间段的三分之一之后，另一次在两个点火事件之间的时间段的三分之二之后。同样可应用于相对高的整数，但是由于实际考虑，大于3的整数不太有吸引力。

优选地，叠加噪音具有由内燃机的点火事件产生的点火噪音的波形。由内燃机的点火事件产生的点火噪音的模仿与叠加噪音越相似，该方法的结果越好。但是，精确地模拟点火噪音是不必要的，因为叠加噪音和内燃机的实际发动机噪音将在许多情况中交叠（即，基本上点火噪音和叠加噪音可以比在当产生叠加噪音开始的时间和两个直接连续点火事件之一之间的时间段更长），并且在机动车辆中通常的转动速度下，单个的点火噪音和交叠噪音在声音项中不能被彼此分开地感知。

就此而论，叠加噪音优选地具有比点火噪音低的振幅并且输出到机动车辆的乘客间。结果，由于周围将感知基本不变的发动机噪音，因此未在机动车辆的噪音发射略微增加的同时将期望的声音反馈提供给驾驶员。

优选地，叠加噪音在结构上叠加在内燃机的噪音发射上。也就是说，该方法不具有减少或消除内燃机的实际发动机噪音的目的。相反，额外的噪音分量被添加至发动机噪音。

两个直接连续点火事件之间的时间段可以通过确定内燃机的两个在先直接连续点火事件之间的在先时间段来确定。然后，待被确定的时间段设置成等于在先时间段，这依据发动机的转动速度的相对低速率的变化确保足够的精确度。但是，对于本发明的方法，可选地也可能利用发动机控制装置中确定的点火事件的时间段或时间。这可以例如通过将这些时间段或时间传输给执行本发明方法的单元或通过由发动机控制装置执行的根据本发明的方法发生。

在方法的一个实施方式中，内燃机的点火事件的噪音发射可以被记录并且作为叠加噪音重现。为此目的，例如，可能以连续地记录发动机噪音并且以延迟时间段的延迟将它作为叠加噪音重现，延迟时间段的延迟取决于当前转动速度。为了防止声音反馈，正如已经描述过的，将具有相对低振幅的叠加噪音直接输出到乘客间是有利的。但是，也可以想到，曾经已经记录的点火事件的噪音发射可以反复播放。

第二方面涉及用于产生发动机噪音的装置。该装置包括声波发生器和控制单元，控制单元连接至声波发生器并且被设计以执行根据本发明的方法。第二方面还涉及具有内燃机和这种装置的机动车辆。

下面将参考示例性实施方式的图解更详细地说明该装置和方法，其中：

图1示出具有用于产生发动机噪音的装置7的机动车辆1。在所示的实例中，机动车辆1包括具有三个汽缸3的内燃机2。但是，该装置可以用在具有不同数目汽缸的内燃机中，具体地，也可以用在具有两个汽缸的内燃机中。内燃机2由发动机控制装置4控制，发动机控制装置4规定汽缸3的点火事件的点火时间。对于发动机曲轴的每次旋转，对于每个汽缸3精确地发生一个点火事件，在该点火事件下压缩的燃料被点火。但是，每个点火事件也可以包括正如所知道的例如来自双源点火的同时或交错产生的两个或更多个点火火花。

在图1的实例中，发动机控制装置4将点火时间作为点火信号传输给汽缸3和用于产生发动机噪音的装置7的控制单元5。但是，控制单元5也可以作为发动机控制装置4的部件被包括。通过例如测量或通过冗余处理传输给发动机控制装置4的控制参数，也可以在控制单元5中确定点火时间。控制单元5从点火时间确定内燃机2的汽缸3的两个实际点火事件之间的时间段，并且由此计算叠加噪音产生的时间。然后，叠加噪音以计算的时间由声波发生器6产生。在图1所示的实例中，叠加噪音主要由声波发生器6输出到机动车辆1的乘客间8内和转向盘9的附近中，并且因此输出到机动车辆1的驾驶员的附近。结果，叠加噪音的音量与内燃机2的实际点火事件的相比可以保持比较小。

图2示出方法的第一示例性实施方式的时间图。该图示出点火事件（由点火符号图示）和产生叠加噪音（由示意的喇叭图示）的时间顺序。在第一示例性实施方式中，点火事件在时间t₁、t₃、t₅和t₇处发生。在每种情况下，叠加噪音在这些时间之间产生，以便因此每次在声音上模拟相对大量的点火事件和因而相对高数目的汽缸，这对根据其听到进行调档的驾驶员的调档行为和驾驶行为具有已经描述的影响，并且产生减少的燃料消耗。叠加噪音在时间t₂、t₄、t₆和t₈处产生，这些时间应当尽可能居中地位于各个相邻点火时间之间。点火事件之间的时间间隔此处取决于内燃机2的各自的转动速度，为此原因，各个点火事件之间的时间段以及还有点火事件和相邻的叠加噪音产生之间的时间段在执行该方法的过程中通常会发生变化。图2中图解的示例性实施方式在声音感觉（acoustic impression）方面将内燃机的汽缸数目加倍。结果，例如，以三缸发动机可能产生六缸发动机的发动机噪音，或以两缸发动机可产生四缸发动机的发动机噪音。

图3示出方法的第二示例性实施方式的时间图，其中点火事件在时间t₁、t₄和t₇处发生。但是，与图2的第一示例性实施方式相反，在每种情况下，在点火事件之间产生两个叠加噪音，即在时间t₂和t₃、t₅和t₆以及t₈和t₉。关于各个相邻的叠加噪音或点火事件，叠加噪音的各个时间优选还具有相同的持续时间。在第二示例性实施方式中，实现使内燃机的汽缸数目增至三倍的声音感觉。结果，例如，以两缸发动机可产生六缸发动机的发动机噪音。

转向图4，相对于发动机噪音示出了所产生的叠加噪音。对于一组发动机运行参数点火噪音在频率fa下发生。叠加噪音频率可以是发动机点火频率或两倍的点火频率2fa，并且可以由装置7产生，以在如图2和/或图3所述的时间下发生。所产生的噪音的振幅可以低于发动机噪音的振幅。点火噪音振幅和频率可以根据发动机每分钟转数（rpm）和实际的发动机点火频率声音测量和/或估计，例如，用麦克风测量。滤波器可以用来从所产生的叠加噪音中除去点火频率噪音（如陷波滤波器），以帮助减少声频反馈。

转向图5，示出了产生发动机噪音的方法100。方法100可以由图2和图3所示的发动机和装置执行，或者可以由其他合适的发动机和声音产生装置执行。

在102，方法可以测量和/或估计发动机运行参数，例如，发动机负荷和温度。实际的发动机噪音可以根据发动机运行条件变化。例如，发动机负荷可以用来确定固有的发动机声音水平，而RPM可以用来确定点火事件的基频。

在104，方法可以确定实际发动机燃烧的点火频率。发动机控制装置4将点火时间作为点火信号传输给汽缸，而控制单元5从点火时间确定两个实际点火事件之间的时间段。这可以通过确定内燃机的两个直接连续点火事件之间的时间段来完成。可选地，这可以通过确定内燃机的两个在先连续点火事件之间的时间段来完成。

在106，方法可以产生叠加噪音的时间顺序。该时间顺序，例如，如图2和3中所述的，出现在两个直接连续点火事件的第一点火事件之后的时间段，该时间段相当于除以大于1的整数的两个直接连续点火事件之间的时间段。例如，整数2用于图2中，而整数3用于图3中。可以用更大的整数。而且，叠加的点火事件的时间顺序可以利用内燃机的两个在先直接连续点火事件之间的时间段来确定。

在108，方法可以产生叠加噪音。该叠加噪音可以具有类似于由内燃机的点火事件产生的点火噪音的点火噪音波形。而且，该方法可以从录音（recording）产生叠加噪音。

在110，方法可以调节叠加噪音的振幅。叠加噪音优选具有比实际点火噪音低的振幅。振幅可以根据点火噪音、RPM、发动机负荷等来调节。

在112，方法可以变换叠加噪音的频率以符合时间顺序。例如，2fa的频率可以用来虚拟地使具有fa的实际点火频率的发动机的汽缸数目加倍。

在114，方法可以在内燃机的噪音发射上向汽车的乘客间播放叠加噪音。叠加噪音可以通过声波发生器输出到乘客间内和转向盘附近并且因此输出到机动车辆的驾驶员附近。叠加噪音播放在如图2和3所示的发动机点火事件之间的相等间隔的时间间隔处发生。例如，来自扬声器的叠加噪音可以进行相校准（phase-align）以与发动机产生的燃烧噪音同相。而且，可以应用滤波器以便减少声音反馈。在播放期间也可以调节叠加噪音的持续时间，从而对于各种发动机运行参数进行调节。

Claims (17)

1.一种用于产生发动机噪音的方法，包括：

确定在内燃机的两个直接连续点火事件之间的时间段；和

在所述两个直接连续点火事件之间的所述时间段下产生叠加噪音；

其中所述两个直接连续点火事件之间的所述时间段通过确定所述内燃机的两个在先直接连续点火事件之间的在先时间段并且将所述时间段设置成等于所述在先时间段来确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述时间段出现在所述两个直接连续点火事件的第一点火事件之后相当于在所述两个直接连续点火事件之间的所述时间段除以大于1的整数的时间段。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述整数是2或3。

4.根据权利要求1所述的方法，所述叠加噪音具有由所述内燃机的点火事件产生的点火噪音的波形。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述叠加噪音具有比所述点火噪音低的振幅；并且

所述叠加噪音被输出到机动车辆的乘客间。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述叠加噪音在结构上叠加在所述内燃机的噪音发射上。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括产生在所述内燃机的两个直接连续点火事件之间的两个叠加噪音。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述内燃机的点火事件的噪音发射被记录并且作为所述叠加噪音重现。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述叠加噪音具有基于所述内燃机的RPM的振幅；和

实际的发动机点火频率声音。

10.一种用于产生发动机噪音的装置，其包括：

声波发生器；和

控制单元，其包括具有储存在其中的编码的存储器，所述控制单元连接至所述声波发生器，所述编码用于确定内燃机的两个直接连续点火事件之间的时间段；并且在所述两个直接连续点火事件之间的时间段下通过所述声波发生器产生叠加噪音；其中所述两个直接连续点火事件之间的所述时间段通过确定所述内燃机的两个在先直接连续点火事件之间的在先时间段并且将所述时间段设置成等于所述在先时间段来确定。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述装置在具有所述内燃机的机动车辆内。

12.根据权利要求10所述的装置，其进一步包括滤波器，其中实际的发动机点火频率声音被过滤。

13.一种用于在车辆中产生声音的方法，包括：

在发动机燃烧期间以点火频率在所述车辆的乘客厢中产生所述声音，所述产生的声音以所述点火频率或高于所述点火频率的频率与发动机噪音叠加，但是相移离开所述发动机噪音点火频率；其中叠加噪音播放在发动机点火事件之间的相等间距的时间间隔处发生。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述频率是所述发动机点火频率或两倍的所述发动机点火频率。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述车辆具有发动机和刚好三个汽缸。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述产生的声音基于发动机转速。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述产生的声音相对于所述发动机噪音点火频率被等同地相移。