专利名称：用于检测内燃机的相位的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测内燃机的相位的方法和装置，这种内燃机具有一个进气系统、一个排气系统和至少一个凸轮轴，该凸轮轴作用于换气阀，且可借助于一个相位调节机构对凸轮轴相对于曲轴的相位进行调节。
现在，对内燃机的功率及效率提出了越来越高的要求。同时，由于严格的法律规定，有害物质的排放必须很小。为此已经知道给内燃机配备一个相位调节机构，利用该装置可以在内燃机运行过程中对其曲轴和凸轮轴之间的相位进行改变。以此可以改变进气门和/或排气门相对于曲轴上一个基准点每次打开和每次关闭的开始及结束时刻。利用这种方式，可以改变气缸中气体的充填程度，尤其可以实现废气至相应的气缸中的内部回流。
本发明的任务是，提供一种方法和一种装置用以检测内燃机的相位，该方法可精确检测内燃机的相位。
该任务通过独立权利要求的特征得以解决。在从属权利中给出了本发明的优选的改进方案。
本发明的特征是一种用于检测内燃机相位的方法及一种相应的装置，该内燃机具有一个进气系统、一个排气系统和至少一个凸轮轴，该凸轮轴作用于换气阀且可借助于一个相位调节机构对凸轮轴相对于曲轴的相位进行调节、而且还具有至少一个传感器，根据该传感器的测量信号检测一个被检测的相位。一直依照对凸轮轴的相位进行的调节对相位调节机构进行致动，直到识别出气体从排气系统回流进入进气系统。根据而后所属的检测的相位以及预先规定的设定相位来计算获取一个校正值。在接下来的运行过程中，根据校正值对相应检测的相位进行校正。
这种相位例如在一个预先规定的曲轴角度位置中表示在相应的凸轮轴和曲轴上各自一个基准标记之间的角度，该角度位置例如可以是在点火时气缸活塞一个上死点，但也可以是任意其它预先规定的曲轴角度位置。根据传感器的测量信号来检测被检测的相位，这里的传感器经常是增量传感器，如霍尔传感器，其利用齿轮作为探测器。在布置传感器时的公差、调节机构的磨损和/或老化都会导致传感器分派的测量信号不精确或有变化，并由此导致在被检测的相位中出现误差。
通过以合适的方式对相位调节机构进行调节，可以达到内燃机的一个工作点，在该工作点上气体从排气系统回流进入进气系统中。气体的回流应该理解为处于排气系统中的气体在内燃机的工作循环过程中从排气系统回流进入进气系统中。
本发明在此利用这种知识，即开始出现回流的相位对相应的内燃机或相应的内燃机型号来说都是已知的。因此，借助于对回流的识别，就可以分配一个正确的相位、即设定相位。而后可以根据设定相位以及在识别出气体从排气系统到进气系统的回流时检测的相位计算获取一个校正值，并且由此在接下来的运行过程中，在有必要对相位调节机构进行其它致动时，相位调节机构就根据校正值对相应检测的相位进行校正。而后可以实现对内燃机的非常精确的控制。
根据本发明的一种优选的改进方案，根据进气管压力来识别出气体从排气系统到进气系统的回流。其优点是，可以简单地使用一个通常本来就已存在的进气管压力传感器来识别出气体从排气系统到进气系统的回流。
在这种情况下，如果在进气管压力在预先规定的运行条件下超过可以预先规定的进气管压力阈值时，识别出从排气系统到进气系统的回流，那就十分有利。通过这种方式就可以特别简单地识别出回流。优选对预先规定的运行条件进行如此规定，使得在气体回流前以及在回流过程中可以以足够的精确度来确定进气管压力，并且优选进气管压力在没有回流的情况下没有明显变化。因此，如果预先规定的运行条件例如包括内燃机的稳态运行状态，则是有利的。
按照本发明的另一种优选的改进方案，在进气管压力的脉冲幅度超过可预先规定的脉冲阈值时，识别出从排气系统到进气系统的回流。脉冲就是进气管以取决于气缸的转速和数量的频率进行的振动。该方法以这样的知识为基础，即在回流时出现所述的脉冲，并由此可以通过这种方式特别精确地识别出回流。
按照本发明的另一种优选的改进方案，根据进气系统中的气体温度来识别出从排气系统到进气系统的气体回流。通过这种方式，利用了在进气系统中气体的温度因很热的回流气体而上升这样的知识。因此，可以简单地利用本来就可能在进气系统中存在的用于其它目的的温度传感器来识别出从排气系统到进气系统的气体回流。
按照本发明的另一种优选的改进方案，在进气系统中的气体温度超过可预先规定的温度阈值时，识别出从排气系统到进气系统的回流。因此可以特别简单地检测气体回流。也因此可以极早地识别出气体回流，而不必等到大量废气回流到进气系统。
按照本发明的另一种优选的改进方案，根据排气系统中的气体温度来识别出从排气系统到进气系统的气体回流。如果在无燃料配量的内燃机运行状态下，所采集到的温度从一个表示不存在废气的数值改变为一个表示存在废气的数值，那就识别出气体回流。
按照本发明的另一种优选的改进方案，如果在排气系统中的气体温度超过可预先规定的另一个温度阈值，那就识别出从排气系统到进气系统的气体回流。
按照本发明的另一种优选的改进方案，在排气系统中给内燃机配设一个气体种类传感器，其测量信号表示在气体种类传感器范围内气体的存在或不存在。如果在无燃料配量的内燃机运行状态过程中，气体种类传感器的测量信号从一个表示不存在废气的数值改变为一个表示存在废气的数值，那就识别出回流。气体种类传感器例如可以是氧传感器，也就是一种双点式或直线式氧传感器。所述的气体种类传感器、尤其是氧传感器通常本来就存在于内燃机中用于空气系数调节，并且由此可以简单地用于识别从排气系统到进气系统的气体回流这一目的。
下面根据附图来详细说明本发明的实施例。
附图示出
图1示出了带有控制装置的内燃机；图2示出了按图1的内燃机的零件的另一视图；图3示出了用于检测被检测的相位的第一程序的流程图；图4示出了用于检测被检测的相位的第二程序的流程图；以及图5示出了用于检测被检测的相位的第三程序的流程图。
用相同的附图标记来表示这些图表中相同结构或相同功能的元素。
内燃机(图1)包括一个进气系统1、一个发动机缸体2、一个气缸头3和一个排气系统4。进气系统1优选包括一个节气门5，此外还包括一个收集器6和一个进气管7，该通往气缸Z1的进气管经过一个进气道导入发动机缸体2中。此外，发动机缸体2包括一个曲轴8，该曲轴8通过一个连杆10与气缸Z1的活塞11耦合。
气缸头3包括一个带有换气阀的气门机构，进气门12和排气门13以及配设于这些气门的气门传动机构14、15。
设置了一个凸轮轴18，它包括一个作用于进气门12的凸轮16。设置了一个相位调节机构20(图2)，借助其可以对曲轴8和凸轮轴18之间的相位进行调节。例如，可以通过提高相位调节机构20的高压腔中的液压压力或者降低相应的压力进行相位调节，这要根据朝哪个方向进行相位调节。用一个箭头21标出相位可以调节的范围。
优选设置至少两个凸轮轴18、18’，其中第一凸轮轴18配设于相应的进气门12，并且第二凸轮轴18’配设于相应的的排气门13。尤其第二凸轮轴18’可以在一种简单的实施方式中以相对于曲轴8固定的相位与曲轴8进行机械耦合。但该凸轮轴也可以通过一个相应的相位调节机构与曲轴8进行耦合。而后在这种情况下，也可以改变第二凸轮轴18’的相位。
通过曲轴8和凸轮轴18之间的相位的变化，可以改变进气门12和排气门13的气门重叠，也就是在此期间不仅气缸Z1的进气门而且其排气门都开启的曲轴角度范围。相位调节机构20以及还有气门开度调节机构19也可以用任意其它的为所属技术领域的技术人员所熟悉的方式进行设计。
此外，气缸头3还包括一个喷油阀22以及一个火花塞23。作为替代方案，也可以将喷油阀22设置在进气管7中。
设置一种控制装置25，为该控制装置配设传感器，这些传感器用于采集不同的测量参数，并分别测定测量参数的数值。控制装置25根据至少其中一个测量参数计算获取调整参数，这些调整参数而后转换为一个或多个调整信号，用于借助于相应的调节驱动机构对执行机构进行控制。控制装置25也可以称为用于控制内燃机的装置或者称为用于检测内燃机的相位的装置。
这些传感器是指一个采集加速踏板27的加速踏板位置进行的踏板位置采集器26、一个采集节气门5上游的空气质量流量的空气质量传感器28、一个采集节气门开度的节气门位置传感器30、一个采集进气系统1中的气体温度T_IM的第一温度传感器32、一个采集收集器6中的进气管压力P_IM的进气管压力传感器34、一个采集曲轴角度CRK且此后被分配转速的曲轴角度传感器36。此外还设置了一个采集凸轮轴角度CAM的凸轮轴角度传感器39。如果有两个凸轮轴，则优选为每个凸轮轴配设一个凸轮轴角度传感器39、40。此外，还设置一个气体种类传感器，尤其是一个氧传感器42，它对排气系统中的气体的氧含量进行采集，并且其测量信号表征燃料在气缸中燃烧时气缸Z1中的空气/燃料比。也可以设置一个自身的传感器用于采集所检测的相位PH_E。优选由凸轮轴角度传感器39、40和/或曲轴角度传感器36构成所述至少一个用于采集被检测的相位PH_E的传感器。
根据本发明的实施方式，可以存在上述传感器的任意子集，或者也可以存在另外的传感器。
执行机构例如是节气门5、进气门和排气门12、13、相位调节机构20、喷油阀22或者火花塞23。
除了气缸Z1之外，同样优选设置其它的气缸Z2到Z4，而后同样为这些气缸配设相应的执行机构以及必要时配设传感器。
用于检测内燃机的相位的程序保存在控制装置25的程序存储器中，并且可以在内燃机运行过程中予以执行。所述程序的第一程序在步骤S1(图3)启动。并且在步骤S1中在必要时初始化变量。
在步骤S2中，采集进气管压力P_IM。在步骤S4中，优选根据进气管压力P_IM并且在必要时根据内燃机的其它工作参数来计算获取进气管压力阈值。内燃机的工作参数包括测量参数，也包括由测量参数导出的参数。优选借助于相应的特性曲线或事先通过在发动机试验台上的试验或模拟检测的特性曲线族来计算进气管压力阈值。在一种简单的改进方案中，同样可以确定进气管压力阈值TDH_P_IM。
在步骤S6中检查，是否存在预先规定的运行条件BB_G。预先规定的运行条件例如可以包括一个在很大程度上稳态的运行状态和/或无燃料配量的运行状态BZ_NF，例如内燃机的惯性运行(Schubbetrieb)，在此运行状态下没有通过喷油阀22向气缸Z1到Z4配量燃料。优选如此选择预先规定的运行条件BB_G，使第一凸轮轴18的相位的调节对内燃机的运转尽可能产生无关紧要的影响，并且例如尤其对由内燃机产生的扭矩及必要时对由内燃机产生的有害物质的排放尽可能产生无关紧要的影响。
除此以外，如果预先规定的运行条件BB_G还包括时间上的条件或者取决于行驶距离的条件，则十分有利。这些条件例如可以在于，仅仅以适当的频率满足步骤S6的条件，使每次发动机运转仅计算一次第一凸轮轴的相位的一个校正值KOR_E，或者在一个其它的时间间隔内或者也可以在其中设置了内燃机的汽车的一个预先规定的行驶距离内检测一次。
如果满足了步骤S6的条件，那么在步骤S8中就将相位调节机构20的调整信号SG_E提高一个增量值D_SG。作为替代方案，这里也可以相应地降低相位调节机构的调整信号SG_E。而后按照这种改动过的调整信号SG_E对相位调节机构20进行致动。随后，为步骤S10重新采集进气管压力P_IM。为此，优选采集到多个单个的进气管压力测量值并进行平均。
而后在步骤S12中，根据在实施步骤S8之后采集到的曲轴角度CRK及凸轮轴角度CAM来检测第一凸轮轴18的被检测的相位PH_E。
随后在步骤S14中检查，在步骤S10中采集到的进气管压力P_IM是否大于进气管压力阀值THD_P_IM。合适如此预先规定进气管压力阈值THD_P_IM，使得在步骤S14中超过该阈值时气体从排气系统回流到进气系统中。如果未满足步骤S14的条件，则继续在步骤S2中的处理过程。但是，在一种必要时作为替代方案的实施方式中也可以直接在步骤S6中继续这种处理过程。
如果与此相反满足了步骤S14的条件，那么在步骤S16中根据所检测的第一凸轮轴18的相位PH_E和一个设定相位PH_G来计算获得第一凸轮轴18的相位的校正值KOR_E。设定相位保存在控制装置25的一个数据存储器中，并且如果根据相位的调节情况正好开始出现回流或者正好可以借助于步骤S6到S14的操作识别出回流，那么该设定相位是第一凸轮轴18的实际相位的基本上正确的数值。事先通过相应的计算、模拟或者在发动机试验台上的试验来获取设定相位PH_G。
在步骤16中借助于一种合适的计算方法来计算获取第一凸轮轴18的相位的校正值KOR_E。例如可以在一种特别简单的改进方案中，直接根据所检测的相位PH_E和设定相位PH_G的差值来计算获取校正值。但是计算方法也可以包括对所检测的相位PH_E和设定相位PH_G的差值的任意权重，或者也包括将一个在这之前已执行的程序执行时在步骤S16中所计算的第一凸轮轴18的相位的校正值KOR_E考虑在内。紧接在步骤S16之后，优选在步骤S2中继续该程序。但也可以作为替代方案，直接在步骤S18中继续该程序。
如果步骤S6的条件未满足，那么在步骤S18中根据曲轴角度CRK、凸轮轴角度CAM和校正值KOR_E来求出第一凸轮轴18的相位PH_E。通过这种方式，可以借助于所检测的相位PH_E在步骤S18中相应非常精确地求出第一凸轮轴的相位，并且由此保证对内燃机进行精确控制。优选至少在预先规定的步骤S6的工作条件不存在时，在内燃机在预先规定的时间间隔内的运行过程中或者相应在可以预先规定的曲轴角度CRK结束后重新执行步骤S18。
作为步骤S4的替代方案或者补充方案，可以设置一个步骤S4’，在该步骤中计算一个脉冲阈值THD_PULS，也就是优选同样根据内燃机的进气管压力P_IM和/或其它运行参数来计算脉冲阈值THD_PULS。但是脉冲阈值THD_PULS也可以预先确定。此外，而后作为替代方案或者补充方案，也可以设置一个步骤S14’，在该步骤中检查，进气管压力P_IM的脉冲的幅度P_PULS是否大于脉冲阈值THD_PULS。优选通过对多个在步骤S10中单个采集到的进气管压力P_IM的测量值进行的相应的分析来检测脉冲幅度P_PULS。优选恰当地选择脉冲阀值THD_PULS，使得在超过该值时气体从排气系统回流到进气系统中。相应于步骤S14，在满足步骤S14’的条件时执行步骤S16，在未满足的情况下执行步骤S2或S6。也可以以合适的组合方式对步骤S14和S14’的条件进行检查。
用于检测内燃机的相位的第二程序在步骤S20中启动(图4)，在该步骤中必要时对变量进行初始化。该第二程序和另一个下面借助于图5有待详述的第三程序可以作为第一程序的替代方案或者作为相互之间的补充或者也可以彼此结合使用。下面，主要对与第一程序的步骤的区别进行解释。
在步骤S22中，检测在进气系统1中的气体的温度T_IM。随后在步骤S24中，类似于步骤S4计算温度阈值THD_T_IM。在步骤S26中，相应于步骤S6进行检查，是否存在预先规定的运行条件BB_G。如果步骤S26的条件未得到满足，则执行步骤S38，它相应于步骤18。如果相反，步骤S26的条件得到满足，则执行步骤S28，它相应于步骤S8。而后在步骤S30中，检测在进气系统1中的气体的温度T_IM。这一点可以类似于步骤S10进行。步骤S32相应于步骤S12。在步骤S34中类似于步骤S14检查在进气系统中的气体的温度T_IM是否大于温度阀值THD_T_IM。如果步骤S34的条件未得到满足，则相应于步骤S14要么在步骤S22中、要么在步骤S26中继续进行处理。如果与此相反，步骤S34的条件得到满足，则执行相应于步骤S16的步骤S36。
在第三程序(图5)时，在步骤S40中启动该程序。在步骤S42中检查，运行状态BZ是否相应于无燃料配量的运行状态BZ_NF，并且在必要时是否期望根据时间过程或者行驶距离条件重新计算校正值KOR_E。优选如此经常地对步骤S42的条件进行检查，从而使其每次在开始具有无燃料配量的运行状态BZ-NF后不久首次得到满足。优选在接下来的步骤S44中在排气系统中检测的氧气含量O2表示在气体种类传感器42的区域中不存在废气时才首次满足前述条件。在切断由喷油阀22进行的燃料配量之后，则在内燃机的相应气缸Z1到Z4中不再进行燃烧，并且将新鲜空气从进气系统泵入排气系统中。而后，根据气体种类传感器的反应持续时间，由气体种类传感器22采集氧气含量O2_1，该氧气含量表示在气体种类传感器42的区域中不存在废气。该氧气含量O2_1在步骤S44中由气体种类传感器42所采集。
随后，在步骤S46中相应于步骤S8改变相位调节机构20的调整信号SG_E。在步骤S48中，通过气体种类传感器42重新采集另一氧气含量O2_2。此外，在步骤S50中，相应于步骤S12检测所检测的相位。
随后，在步骤S52中进行检查，是否第一氧气含量O2_1表示在气体种类传感器42的区域中不存在废气，并且是否第二氧气含量O2_2表示在气体种类传感器的区域中存在废气。如果步骤S52的条件没有得到满足，那么优选直接在步骤S46中重新继续进行处理。如果与此相反，步骤S52的条件得到满足，那么在步骤S54中，相应于步骤S16的方法计算第一凸轮轴18的相位的校正值KOR_E。通过合适而短暂的对步骤S46到S52进行依次重复执行来确保，在根据相位的调节情况从排气系统4到进气系统1的气体回流进行自行调节时，在排气系统中还存在废气，并且该废气而后被回吸至其中设置着气体种类传感器42的区域中。
而后恰当地通过试验、计算或模拟获取设定相位PH_G，以便表示在满足步骤S52的条件时第一凸轮轴18的实际相位。
为获取校正值KOR_E，可以将这些步骤以及尤其是步骤S14、S34和S52的条件任意彼此组合使用。如果作为替代方案仅仅给第二凸轮轴配设了相位调节机构20，那就可以为第二凸轮轴设置相应的程序。如果不仅为第一凸轮轴而且为第二凸轮轴配设相应的相位调节机构20，那就优选借助于相应的程序为每个凸轮轴18、18’求出自己的校正值。为此，配设于相应的另一个凸轮轴18、18’的相位调节机构优选各自处于一个基准位置中，例如在一个机械止挡上。
权利要求
1.用于检测内燃机相位的方法，该内燃机具有一个进气系统(1)、一个排气系统(4)、至少一个凸轮轴(18、18’)，其作用于换气阀且可借助于一个相位调节机构(20)对所述凸轮轴相对于曲轴(8)的相位进行调节、以及具有至少一个传感器，根据该传感器的测量信号检测所检测的相位(PH_E)，其中-一直按照对凸轮轴(18、18’)的相位的调节对相位调节机构(20)进行致动，直到识别出从排气系统(4)到进气系统(1)的气体回流，并且-根据而后所属的已检测的相位(PH_E)及预先规定的设定相位(PH_G)来计算校正值(KOR_E)，并且-在接下来的运行中根据校正值(KOR_E)对相应检测的相位(PH_E)进行校正。
2.按权利要求1所述的方法，其中根据进气管压力(P_IM)识别出所述从排气系统(4)到进气系统(1)的气体回流。
3.按权利要求2所述的方法，其中如果所述进气管压力(P_IM)在预先规定的运行条件下超过一个可预先规定的进气管压力阈值(THD(P_IM))，则识别出所述从排气系统(4)到进气系统(1)的气体回流。
4.按权利要求2或3中任一项所述的方法，其中如果所述进气管压力(P_IM)的位置的幅度超过一个可预先规定的脉冲阈值(THD_PULS)，则识别出所述从排气系统(4)到进气系统(1)的气体回流。
5.按前述权利要求中的任一项所述的方法，其中根据所述进气系统(1)中的气体的温度(T_IM)识别出所述从排气系统(4)到进气系统(1)中的气体回流。
6.按权利要求5所述的方法，其中如果在所述进气系统(1)中的气体的温度(T_IM)超过一个可预先规定的温度阈值(THD_T_IM)，则识别出所述从排气系统(4)到进气系统(1)中的气体回流。
7.按前述权利要求中的任一项所述的方法，其中根据所述排气系统(1)中的气体的温度、也就是如果在内燃机的无燃料配量的运行状态过程中，所采集到的温度从一个表示不存在废气的数值改变为一个表示存在废气的数值，则识别出所述从排气系统(4)到进气系统(1)中的气体回流。
8.按权利要求7所述的方法，其中如果在所述排气系统(1)中的气体的温度超过一个可预先规定的另一个温度阈值，则识别出所述从排气系统(4)到进气系统(1)中的气体回流。
9.按前述权利要求中的任一项所述的方法，其中在所述排气系统(4)中给内燃机配设了一个气体种类传感器(42)，其测量信号代表了在气体种类传感器(42)的区域中存在或者不存在废气，-其中如果在内燃机的无燃料配量的运行状态过程中，所述气体种类传感器(42)的测量信号从一个表示不存在废气的测量信号值改变为一个表示存在废气的测量信号值，则识别出所述从排气系统(4)到进气系统(1)中的气体回流。
10.用于检测内燃机相位的装置，该内燃机具有一个进气系统(1)、一个排气系统(4)、至少一个凸轮轴(18、18’)，其作用于换气阀且可借助于一个相位调节机构(20)对所述凸轮轴相对于曲轴(8)的相位进行调节、以及具有至少一个传感器，根据该传感器的测量信号检测一个被检测的相位(PH_E)，其中该装置用于-一直依照对凸轮轴(18、18’)的相位进行的调节对相位调节机构(20)进行致动，直到识别出气体从排气系统(4)回流进入进气系统(1)，并且-根据而后所属的被检测的相位(PH_E)以及预先规定的设定相位(PH_G)计算校正值(KOR_E)，并且-在接下来的运行中根据所述校正值(KOR_E)对相应检测的相位(PH_E)进行校正。
全文摘要
本发明涉及用于检测内燃机相位的方法和装置，该内燃机具有一个进气系统、一个排气系统、至少一个作用于换气阀且可借助于一个相位调节机构对凸轮轴相对于曲轴的相位进行调节的凸轮轴、以及具有至少一个传感器，根据该传感器的测量信号检测被检测的相位(PH_E)。一直按照对凸轮轴的相位进行的调节对相位调节机构进行控制，直到识别出从排气系统到进气系统中的气体回流。根据而后所属的检测的相位(PH_E)以及预先规定的设定相位(PH_G)计算校正值(KOR_E)。在接下来的运行过程中，根据所述校正值(KOR_E)对相应检测的相位(PH_E)进行校正。
文档编号F01L1/344GK1922390SQ200580005131
公开日2007年2月28日 申请日期2005年11月28日 优先权日2004年12月23日
发明者F·韦斯, H·张 申请人:西门子公司