用于生成内燃发动机运行循环同步信号的方法

专利名称：用于生成内燃发动机运行循环同步信号的方法
技术领域：
本发明涉及生成表征四冲程内燃发动机运行循环的进程的同步信号的方法，所述 内燃发动机为多缸发动机，其中，如奇数缸四冲程发动机的情况一样，在曲轴的旋转运动 中，每缸的膨胀相位会在不同的角度位置出现，在膨胀相位期间燃烧发生。本发明更具体地涉及一种用于生成这样的信号的方法，该信号可用来识别循环的 预定时刻，例如通过进气上止点或恰好通过进气下止点的过渡。
背景技术：
发动机的性能等级和污染物的排放控制与各种用以控制发动机运行的方法相关 联。这些方法_例如燃料喷射或点火_需要发动机气缸内的热力学循环的精确消息。文献FR2441829提出一种检测气缸的热力学循环信息的措施，该检测通过在曲轴 的实体对象上识别与各活塞冲程的确定相位相对应的角度位置区域来进行。所述对象由盘 组成，所述盘具有沿其周边排列的识别元件，例如不同长度的齿。固定的接收元件检测这些 识别元件并生成电脉冲，该电脉冲用于产生一个识别通过确定的活塞的上止点位置的通道 的信号。然而，这种识别装置具有不足。实际上，对于四冲程内燃发动机来说，在指定的活 塞处于发动机循环的相同运行位置之前，曲轴执行两个完整的转动(或者720度角)。这样 的结果就是，通过仅观测曲轴的实体对象的旋转，作为先验知识，不可能在没有与循环中的 两个冲程相关的不确定性的情况下(覆盖进气相位和膨胀相位的上止点识别)提供每个气 缸的信息。因为不能简单地通过观察曲轴的位置来推断对循环中各缸的位置的精确确定，所 以不管气缸是在第一半个还是第二半个发动机循环(第一曲轴旋转期间的进气及压缩相 位，第二旋转期间的膨胀及排气相位)，都有必要研究额外的信息。为获得这种额外的信息，已知使用由发射器盘承载的的第二识别元件，该发射器 盘的转速是曲轴的两倍。为此，可将该发射器盘布置在凸轮轴上或任何其它经由齿轮以1/2 的比例受曲轴驱动的轴上。来自曲轴传感器和凸轮轴传感器的信号的组合使得系统可以准确地探测基准气 缸的进气相位的上止点位置。然而，这种既使用曲轴传感器又使用凸轮轴传感器的角度识别系统相对庞大、昂 贵并且难以安装。为减轻这种缺陷，文献FR2749885提出一种简单有效的识别方法，该方法除了用 于识别曲轴角位置的传感器外，不需要其他特定的位置传感器。该方法采用了同步信号和由曲轴传感器传递的信息，该同步信号由四缸四冲程发 动机的每个气缸的燃烧条件生成。为此，修改至少一个管理给定的基准气缸中的燃烧的因素，以引起该燃烧的受控 的变更。基准气缸中的燃烧的变更随后由于由从发动机曲轴位置传感器所获取的信息生成的量Cg而被探测到，因此可以使发动机气缸的进气上止点位置和来自曲轴传感器的上止 点信号之间的过渡同步。然而，该发明要求减弱发动机的燃烧，从而影响了它的运行并增加了污染物排放。

发明内容
因此，本发明的目的是减轻包括奇数个气缸的四冲程发动机的已知识别系统的缺 陷，该目的通过提出一种改进的识别方法实现，该方法除了用于识别曲轴的角位置的传感 器之外，不需要其它特定的位置传感器，并且该方法不影响发动机的运行。为此，本发明提出一种利用电子控制系统为具有奇数个气缸的四冲程内燃发动机 生成同步信号的方法，该同步信号用于在发动机的每个气缸的热力循环中识别预定的瞬时 (时刻)，该同步信号由识别每个气缸的确定位置的信号以及代表曲轴动力学的表征量的 表征信号确定，其中该曲轴动力学是由每次燃烧生成的，所述识别每个气缸的确定位置的 信号和代表曲轴动力学的表征量的表征信号都利用来自发动机曲轴位置传感器的信息生 成，该方法包括下列步骤-使发动机运行给定的时间段，其中在每次气缸转动(气缸的每转，气缸每转一 周)时在该气缸内点火，以便使所喷入的燃料系统地燃烧；-计算该表征信号；-将该表征信号与基准值(参考值)进行比较；_如果对该比较的分析表明同步信号未正确地定相，则重置同步信号。根据本发明的另一特征，将循环的第一转动内气缸的表征信号与循环的第二转动 内该气缸的表征信号进行比较，以便确定第一转动的相位，如果该相位定相错误，则重置该 同步信号。所述表征信号可以代表气体转矩或齿持续时间的谐波。


本发明的其它特征和优点将从阅读下面结合附图给出的说明中得到体现，在附图 中图1是结合本发明的方法的发动机控制装置的示意图；图2是采用本发明的同步信号的喷射步骤的详细框图；图3示出根据本发明的同步信号NOCYL的定相。
具体实施例方式在整个说明书中，相同的附图标记表示在功能上相同或相似的部件，不考虑本发 明实施例的变型。参考附图，其中示出一发动机控制系统，该系统实施用于生成作为本发明目的的 同步信号的方法。仅仅示出了理解本发明所需要的部分。此外，在该示例中，同步信号可用 于控制喷射系统，但是该信号的应用不限于此，并且同步信号能被用于控制其它发动机部 件或方法。用于机动车辆的四冲程内燃发动机1包括三个气缸(C1，C2，C3)，每个气缸均包括电控多点式燃料喷射装置，各气缸通过该燃料喷射装置被供应来自特定电子喷射器5的燃 料。通过电子发动机控制系统7来控制每个电子喷射器5的打开，这可根据发动机的 运行状况调节所喷射的燃料的量和循环中的喷射时刻(Inj)，从而将进入气缸的空气-燃 料可燃混合物的浓混合比精确地伺服控制在预设的点值。电子发动机控制系统7通常包括微处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存 储器(ROM)和模拟-数字转换器(A/D)，以及各种输入和输出界面。微处理器包括电子电路和合适的软件(10，222，223，224)，以用于处理来自适当传 感器的信号，确定发动机的状态以及实施预定的操作，从而生成特别用于喷射器的控制信 号，以便最佳地管理发动机气缸内的燃烧状况。电子发动机控制系统7更特别地用于实施燃料喷射，该燃料喷射包括分别地起动 每个喷射器5以便在相应进气阀打开之前完成燃料喷射。特别地，微处理器输入信号中包括通过曲轴传感器22发出的信号。传感器22通 常为磁阻型，该传感器22示出为固定到发动机架的框架上，以便定位在测量环12的前面， 该测量环12附装在固定于曲轴一端的飞轮上。在测量环12的周边布置有一系列相同的齿 和凹坑，所述凹坑通过去除一个齿而间隔开，从而建立了绝对的(绝对存在的)标志，该标 志使得有可能推导出通过给定基准气缸的上止点的时刻，在本例中该给定基准气缸是气缸 Cl。传感器22传递信号Dn，该信号与对环12的齿的经过相对应，该信号在被处理装置 10处理之后能被用来在每120度曲轴旋转时生成TDC信号，从而有可能识别通过上止点的 过渡，如果如本示例中所示发动机燃烧顺序是C1-C3-C2，则其交替用于气缸Cl (基准0度) 然后是C2(基准120度)，最后是C3(基准240度)。应当指出，对于这种三缸四冲程发动机，以及更普遍地对于所有具有奇数个气缸 的四冲程发动机，气缸-在本例中为Cl、C2、C3-以不同的角位置通过上止点位置。用于处理由传感器22发出的信号Dn的装置10还可以测量通过环12的齿的持续 时间，由此获得通过速度和发动机的瞬时旋转速度N。此外，信号Dn被装置10处理以产生一代表曲轴的运动学表征量的信号(Cg，Bn)。 例如，该量可以定义表示估算的每次燃烧产生的气体转矩。发动机的气缸内的气体混合物的每次燃烧对应的信号Cg的值可以特别地从信号 Dn的分析中获得，该信号Dn是由观测附装到曲轴上的带齿轮12的固定的传感器22传递 的。该信号不是例如通过获得瞬时旋转速度而被直接利用的，因为测量噪声或齿的生 产缺陷的存在会因为信号的不精确而导致显著的误差，并且会降低本方法的鲁棒性。因此， 采用谐波分析来消除这些缺陷。专利EP0532420或W09829718中特别描述了生成这种信号Cg的方法，在所述专利 中信号Cg表示气体转矩。通常，由具有P个气缸的发动机中的气缸“U”中的至少一次燃烧 所产生的平均气体转矩通过下面的关系式估算 [Cgasfi]u = Σ ^ [ Σ aKiPu + ο, ]
其中，[Cgi^Jtt表示在一个燃烧循环期间由气缸u内的至少一次燃烧产生的平均气 体转矩，是Alk和/或(^的函数，Alk和ω k分别为图案Dk通过传感器面的持续时 间和速度，α k, i是在与图案Dk相关的持续时间的加权系数，其至少取决于一个发动机运行 参数，α 0> i是至少取决于一个发动机运行参数的变量，δ i是加权系数，i是统计函数线性组合的标志，qu和ru分别表示在气缸u内的燃烧期间由位置传感器观测到的第一图案的数目 和最后的图案的数目，或者从传感器信号生成的最后虚拟(有效)图案的数目，其定义了用 来分析与气缸u内的燃烧相关联的发动机转矩的角度窗口。通过将具体的值应用到上述的Cg的关系中的某些系数，就能够如同表示环齿的 前进速度和持续时间那样定义表示曲轴运动学的其它量。齿持续时间是在两个目标齿之间 测量的持续时间。例如，通过使用所估算的平均气体转矩的表征值，对于具有三个气缸Cl、C2、C3的 四冲程发动机来说，气缸Cl的燃烧时间在0度到180度之间，转矩的估算将通过观测0-240 度之间的旋转速度或通常包括气缸Cl的0-180度燃烧相位的角度窗口得到。 利用相同的原理，与气缸C3相关的燃烧时间在240-420度之间，观测将在240-480 度的角度范围内实施。对于气缸C2，燃烧时间在480-660度之间，发动机速度观测范围在约480-720之 间。下面说明生成同步信号的方法的原理。发动机循环的进程中用于对各气缸的喷射定相的预定瞬时-在所示示例中为对 进气上止点位置的通过_或任何其它可用作标记的瞬时的确定是基于同步信号NOCYL完成 的，该同步信号NOCYL是与用于识别对回路224中各气缸上止点位置的通过的TDC信号同 步的。可使用多种类型的同步信号N0CYL，它们可以单独地或与来自计数器的信号相关 联地使用，该计数器记录在位置传感器前方通过的气缸上止点位置的数量，以便能确定各 气缸的燃烧循环的相位。在该示例中，在图3中示出的信号NOCYL不需要与其它信号做任何比较，它在发动 机循环进行中提供了对所有预定瞬时的识别，这些识别被用来为发动机的所有气缸中的每 个气缸确定喷射或点火相位。实际上，在值发生改变的时刻，信号NOCYL提供对所有气缸的进气上止点位置的 通过和对膨胀上止点位置的通过。一个单独的信号则足以使所有发动机控制致动器同步。TDC信号通过产生上升或下降的边沿(脉冲)来指示对发动机气缸的上止点位置 的每次通过。当第一次检测到通过基准气缸(该实例中为Cl)的上止点位置时一它被强制 认为是进气上止点位置，信号NOCYL被强制设定为零，然后被增益。每次TDC信号通过上止 点位置时，通过增益模块化的6位计数器来构建信号N0CYL。
因此，当信号N0CYL变化为值0或3时，意味着刚观测到气缸C1的TDC分别位于 进气或膨胀相位。当信号N0CYL变化为值1或4时，意味着刚观测到气缸C2的TDC分别位于进气或 膨胀相位。当信号N0CYL变化为值2或5时，意味着刚观测到气缸C3的TDC分别位于进气或 膨胀相位。无论以什么方式来生成信号N0CYL，该信号都为所有发动机循环提供了独特的基 准，这就使得定相系统222与任何发动机控制过程(点火，喷射，致动器控制等)同步成为 可能。当在初始化信号N0CYL方面作出的任意选择时，出现两种情况信号N0CYL被正确 地定相，基准上止点位置已经被用来为基准气缸C1在进气上止点位置有效地初始化相应 信号，或者，信号N0CYL被不良地定相，基准上止点位置则对应于基准气缸C1的膨胀上止点 位置。在本发明的第一实施例中，例如当发动机处于起动阶段时，上述通过转矩估算器 进行的转矩Cg的估算用于确定同步是否正确。实际上，如果喷射和点火被不良地定相，则 发动机不能产生转矩，因为在进气过程中发生了燃烧。处理单元223将估算值Cg与基准值 或预定点值Cc进行比较以评价定相是否正确，所述基准值或预定点值Cc通常由发动机控 制在发动机起动期间生成。需要核对的条件如下Cg ^ Cc-1(El)I是正的转矩值，它可以是常数，也可以是以发动机控制参数的函数形式绘制的， 以便通过限制信号噪声的夹杂来确保标准E1的鲁棒性。如果不满足该条件，则定相不正确，该策略将考虑最初观测到的上止点相位是膨 胀上止点位置，然后在回路224中通过来自Cg信号处理电路223的Init(初始化，起动) 信号来重置信号N0CYL。由于定相现在已经准确了，因此一定满足条件E1。如果还是不满 足，则就是在喷射或点火系统或发动机中存在故障。然而，该方法没必要与所谓的“失火花Qtincelle perdue) ”策略相适应，该策略 通常用于起动发动机，它包括在汽油机的起动阶段，在每次发动机旋转(进气和膨胀上止 点)上点燃气缸，而不同于每热力循环的连续点火，以确保燃烧发生并且因此避免所喷射 的燃料不燃烧的风险，同时确保快速起动。因此，直到识别热力循环为止，都以“失火花”模 式控制发动机的点火以便重建连续点火。本发明的第二实施例使得在以失火花起动的情况下运行成为可能。在该实施例中，直到建立同步为止，都以前述的“失火花”模式控制发动机的点火 以确保发动机的起动和操作，包括当发动机的定相未识别时。通过在一角度范围内观测发动机曲轴的速度或瞬时旋转周期的非周期性来进行 转矩的估算，该角度范围与理论上覆盖三个气缸的燃烧相位的假定发动机相位直接相关。在该示例中，气缸C1的燃烧冲程在0-180度之间，通过观测0-240度之间的旋转 速度或通常包括气缸C1的燃烧相位的0-180度的角度窗口来估算转矩。基于相同的原理，与气缸C3相关的燃烧冲程在240-420度之间，可以在240-480 度之间的角度窗口构建非周期性的观测。
7
对于气缸C2，燃烧冲程在480-660度之间，发动机速度的观测范围在大约480-720 度之间。如果燃烧顺序的定相未被识别，来自气缸C1的燃烧的估算转矩Cg的观测将会滞 后一个转数，或者在360-600度之间而不是0-240度之间。然后，不再观测气缸C1的燃烧，而是观测气缸C3的燃烧结束和气缸C2的燃烧开 始，在该实施例中针对气缸C2和C3的燃烧时刻的估算转矩Cg是负值。因此，当同步不正确时，在这种情况下估算的转矩Cg值是负的而不是正的。因此， 如果Cg彡0(E2)则同步正确，但另一方面，如果Cg彡0(E3)则同步不良，并且信号N0CYL 如同第一实施例中那样被重置。也可以考虑第二实施例的变型。第二实施例的第一种变型在于在每个发动机转数(每次旋转)内估算气体转矩 Cg。因此在第一转数内估算的气缸C1的转矩Cgl_l被记录，并与新观测的在下一转数内气 缸C1的转矩Cgl_2进行比较。转矩Cgl_l和Cgl_2的比较使得基于下面的特性来确定正确的同步成为可能如果转数1对应于气缸C1膨胀相位以及转数2对应于进气相位，则Cgl_l > Cgl_2(E4)如果转数2对应于气缸C1膨胀相位以及转数1对应于进气相位，则Cgl_l < Cgl_2(E5)在这两种情况中，因此能在所述比较的基础上实施同步。第二种变型在于根据下面的关系将给定气缸的估算转矩Cg值与预置转矩值Cc进 行比较如果同步正确，则Cg > Cc- S (速度，Cc) (E6)如果同步不正确，Cg < Cc- 6 (速度，Cc) (E7)实际上，如果同步不正确，信号N0CYL与每个气缸的热力循环不对应，则估算的转 矩Cg的值显著小于预置转矩值Cc，反之亦然。偏差8是转矩值，它可以是常量或来自取决于发动机速度和/或转矩的图表，这 使得能够设定比较所需的阈值，以便排除由于信号中的噪声造成的假同步风险。基本方法和第一及第二实施例的变型能通过限制信号的干扰和噪声导致的误差 而变得更可靠，例如通过合计转矩估算Cg。第一实施例的关系(E1)然后变成
权利要求
一种通过电子控制系统(7)为具有奇数气缸(C1、C2、C3)的四冲程内燃发动机生成同步信号(NOCYL)的方法，该同步信号(NOCYL)用于在发动机的每个气缸的热力循环中识别预定的瞬时，该同步信号是利用TDC信号和表征信号(Cg、Bn)确定的，该TDC信号识别每个气缸的确定位置，该表征信号代表由每次燃烧产生的曲轴运动学的表征量，所述TDC信号和表征信号都是根据来自发动机曲轴位置传感器(22)的信息生成的，其特征在于，该方法包括下列步骤 使发动机运行给定的时间段，其中在每次气缸转动时在该气缸内点火，以使所喷射的燃料系统地燃烧， 计算所述表征信号(Cg、Bn)， 将所述表征信号(Cg、Bn)与基准值进行比较， 如果对该比较的分析表明该同步信号未被正确地定相，则重置该同步信号(NOCYL)。
2.如权利要求1所述的生成同步信号(NOCYL)的方法，其特征在于，将循环的第一转 动(Cgl_l，Bn mb)内的气缸的表征信号(Cg、Bn)与循环的第二转动(Cgl_2，Bn’内的气缸 的表征信号进行比较，以便确定第一转动的相位，如果该相位定相错误，则重置该同步信号 (NOCYL)。
3.如权利要求1或2所述的生成同步信号(NOCYL)的方法，其特征在于，该表征信号 (Cg)代表气体转矩。
4.如权利要求3所述的生成同步信号(NOCYL)的方法，其特征在于，通过如下类型的关 系式来估算由包括P个气缸的发动机的气缸“U”内的至少一次燃烧产生的气体转矩Ic^oiixA,+ ‘\j-=<lu_其中，l_Cm。i表示在一个燃烧循环期间由气紅U内的至少一次燃烧产生的平均气体转矩，β K,i是Alk和/或COk的函数，Δ Ik和COk分别为图案Dk通过传感器面的持续时间和 速度，α k, i是用于与图案Dk相关联的持续时间的加权系数，它至少取决于一发动机运行参数，α。，i是至少取决于一发动机运行参数的变量， δ i是加权系数， i是统计函数线性组合的标志，Qu和ru分别表示在气缸u内的燃烧期间由位置传感器观测到的第一图案的数目和最 后图案的数目，或根据该传感器的信号生成的最后虚拟图案的数目，其定义了用来分析与 气缸u内的燃烧相关联的发动机转矩的角度窗口。
5.如权利要求1或2所述的生成同步信号(NOCYL)的方法，其特征在于，该表征信号 (Bn)代表齿持续时间的谐波。
全文摘要
本发明涉及一种利用电子控制系统(7)为具有奇数个气缸(C1，C2，C3)的四冲程内燃发动机生成同步信号(NOCYL)的方法，该同步信号(NOCYL)使得有可能识别发动机的每个气缸的热力循环中的预定瞬时，该同步信号由识别每个气缸的确定位置的TDC信号以及代表由每次燃烧生成的曲轴动力学的表征参数的信号(Cg、Bn)确定，所述TDC信号和表征信号(Cg、Bn)都是从发动机曲轴位置传感器(22)的信息生成的。根据本发明，该方法包括下列步骤使发动机运行给定的时间段内，其中在每次气缸转动时在气缸内点火，以使所喷射的燃料系统地燃烧；计算所述表征信号(Cg、Bn)；将所述表征信号(Cg、Bn)与基准值进行比较；如果对该比较的分析表明同步信号未正确地定时，则重置该同步信号(NOCYL)。
文档编号F02D41/34GK101952579SQ200880127011
公开日2011年1月19日 申请日期2008年12月19日 优先权日2007年12月20日
发明者G·巴勒斯特罗斯 申请人:雷诺股份公司