通过对与曲轴连接的感应轮的轮齿时间的分析来确定在内燃机的气缸中释放的能量的制作方法
【专利说明】通过对与曲轴连接的感应轮的轮齿时间的分析来确定在内 燃机的气缸中释放的能量
[0001] 本发明普遍地涉及机动车中内燃机工作的技术领域。本发明尤其涉及：(a)用于 确定在内燃机气缸的做功冲程中释放的能量的方法；(b)用于调节内燃机的运行平稳性的 方法；（c)用于确定在带有至少两个气缸的内燃机的不同气缸中的气缸压力的方法，其中， 一个气缸是配备有气缸压力传感器的主导气缸，至少一个其它的气缸是辅助气缸；（d)用 于检查内燃机的气缸压力传感器的测量信号的可信度的方法，该内燃机具有至少两个分别 配备有气缸压力传感器的气缸。本发明还涉及：（e)用于确定在内燃机气缸的做功冲程中 释放的能量的装置；（f)带有这种装置的发动机控制机构；以及（g) -种被设计用于实施上 述方法的计算机程序。
[0002] 内燃机的在每个工作循环喷入到各个气缸中的燃油质量，由于燃油喷射系统的制 造公差以及由于燃油喷射系统的组件出现老化而明显地改变。喷射的燃油质量差异却导 致各个气缸之间的扭矩差异，这对内燃机的运行平稳性造成不利影响。现代内燃机尤其是 柴油机因而配备有至少一个所谓的气缸压力传感器，其检测气缸内部空间中的压力随时间 的变化曲线。在进行燃油燃烧的所谓的做功冲程期间，由该压力变化曲线，特别是由压力大 小，可以估计出由相关气缸提供的扭矩。基于对这种扭矩差异的了解，于是可以借助于调整 后的特定于气缸的燃油喷射来实现气缸均衡，即所有气缸的扭矩贡献都相同。
[0003] 然而，气缸压力传感器的输出信号出于多种原因可能有错误。只要未识别出这种 错误，其通常就会导致对燃油喷射的错误的特定于气缸的调整。于是，内燃机的运行平稳性 不仅得不到改善，反而有时甚至显著恶化。
[0004] 由DE197 20 009A1已知一种用于在喷入到内燃机的不同气缸中的燃油喷射量 方面实现所谓的气缸均衡化的方法。按照这种方法，针对每个气缸都计算出在膨胀期间的 转速或旋转速度和在压缩期间的转速或旋转速度。在膨胀和压缩之间的转速差通过平滑式 的（gleitend)平均值求取来予以滤波。基于这种经滤波的转速差，针对每个独立的气缸都 计算出各自的燃油量矫正，并在计算全部要喷入的燃油量时考虑所述各自的矫正。由此可 以通过相当复杂的数学算法来改善内燃机的运行平稳性。
[0005] 由DE197 00 711A1已知一种用于消除内燃机喷射过程的系统性错误的方法。按 照这种方法，根据运行平稳性采用喷射时间的矫正值。
[0006] 由DE10 2005 047 829B3已知用于通过调节出曲轴转速的一致分量来对往复活 塞式发动机进行气缸均衡化的方法和系统。按照这种方法，考察凸轮轴旋转至少一圈或者 曲轴旋转两圈所用的时间，并在这段时间内对曲轴的转速信号进行傅立叶分析。
[0007] 然而，如上已述，内燃机运行不平稳的最频繁也最根本的原因在于，喷入到不同气 缸中的燃油质量发生改变。在燃油完全燃烧的前提条件下，不同的燃油喷射量却会导致在 四冲程内燃机气缸的做功冲程中通过燃油燃烧而释放的不同的能量。
[0008] 本发明的目的在于，尽可能精确地确定在内燃机的做功冲程中释放的能量，而无 需繁琐的传感机构。
[0009] 所述目的通过独立权利要求的主题得以实现。本发明的有利的实施方式、其它特 征和细节可由从属权利要求、说明书和附图得到。在此，结合所述方法公开的特征和细节当 然也适合于与装置、发动机控制机构以及计算机程序相结合，反之亦然，本发明的公开内容 因此始终都可以针对各个发明方面相互交叉引用。
[0010] 根据本发明的第一方面，介绍一种用于确定在内燃机气缸的做功冲程中释放的能 量的方法。该方法包括：(a)借助轮齿时间来检测内燃机曲轴转速的时间变化曲线，所述轮 齿时间分别是一段持续时间，在这段持续时间内，感应轮的两个相邻的轮齿经过参考位置， 该感应轮与曲轴连接且沿着其圆周具有交替地布置的轮齿和齿隙；(b)分别给内燃机的所 选气缸的做功冲程指配轮齿时间；(c)求取在指配给所选气缸的做功冲程的轮齿时间内的 特定于气缸的平均值；（d)求取特定于气缸的在分别指配给所选气缸的做功冲程的轮齿时 间与所求取的特定于气缸的平均值之间的轮齿时间偏差；（e)由所求取的特定于气缸的轮 齿时间偏差求取几何总和，由此求取特定于气缸的独特的轮齿时间；(f)根据所求取的特 定于气缸的独特的轮齿时间，确定在内燃机的所选气缸的做功冲程中释放的能量，其中，释 放的能量间接地与所求取的特定于气缸的独特的轮齿时间成比例。
[0011] 所述方法基于如下构思：由针对所选气缸的做功冲程求取的特定于气缸的轮齿时 间偏差的几何的（或毕达哥拉斯的）总和得到的独特的轮齿时间，是在所选气缸的做功冲 程中释放的能量的直接量度。这意味着，这里规定的独特的轮齿时间是分别释放的能量的 等效量。因此，采用这里所述的方法，针对在相应气缸的做功冲程中释放的能量，并不确定 绝对值，而是仅仅确定相对值。然而，在相对值与相应的绝对能量之间的比例因数对于所有 气缸来说都是相同的，因此，不同气缸的相对值可以彼此相关，在这种情况下可以获取关于 内燃机运行状态特别是关于各个气缸的扭矩贡献的重要信息。
[0012] 这里所述的方法相比于已知的方法具有如下优点：只需计算几何总和，因而不必 对分别指配给内燃机的所选气缸的做功冲程的轮齿时间进行相当繁琐的数学傅立叶分析。 而且，这里所述的方法既适用于汽油机，又适用于具有四冲程内燃机的柴油机。
[0013] 需要指出，所释放的能量以及独特的轮齿时间是在所选气缸的相关的做功冲程中 产生的扭矩的直接量度或等效量。为了减小内燃机的有时存在的运行不平稳性，可以基于 采用这里所述的方法针对不同的气缸确定的所释放的能量，至少近似实现气缸的均衡化， 其方式为，针对各个气缸，特定于气缸地调整与燃烧相关的参数特别是描述喷射过程的参 数，结果，每个气缸都对内燃机的全部扭矩做出尽可能相同大小的贡献。
[0014] 为了实施所述方法所采用的感应轮可以按公知的方式具有一种边缘结构，这种边 缘结构包括分别交替地布置的轮齿和齿隙。配属于感应轮的感应器检测在参考位置是否存 在轮齿，该感应器可以产生一个信号，这个信号可以处于至少两个信号电平，一个信号电平 对应于轮齿，另一个信号电平对应于齿隙。信号或不同的信号电平可以采用任意物理方式 来产生。信号尤其可以是电信号，其例如由磁传感器（感应式传感器）产生，优选由霍尔传 感器产生。但也可以采用其它的信号产生方式，例如借助光电栅栏光学地产生。
[0015] 需要指出，为了确定曲轴的绝对的角度位置，感应轮可以具有参考标记，其能够被 合适的传感机构例如所谓的磁传感器检测到。按照公知的方式，该标记的产生方式可以为， 例如去掉两个轮齿，而在其余之处则按常规交替地布置轮齿和齿隙。这样一来，感应轮例如 就可以有60-2 = 58个轮齿。相关地不言而喻的是，与去除两个轮齿相对应的轮齿时间要 么采用适当的方式予以矫正，要么不再被考虑用于后续方法。
[0016] 直观地说，可以采用所述方法来分析内燃机的转速信号，从而能以特别简单的数 学方式估计出能量含量或者在内燃机气缸的做功冲程中释放的能量。于是，对这种能量的 了解可以被用于通过特定于气缸的对喷射参数的调整来至少近似地实现内燃机的各个气 缸的均衡化。在此，所述方法使用在轮齿时间内的高分辨率的信息，所述轮齿时间在预定的 考察时段内按照一定的样式被采样，并存储在特别是发动机控制机构的缓存器中。
[0017] 根据本发明的另一实施例，在所选气缸的做功冲程内，检测所出现的全部轮齿时 间，并指配给所选气缸的相关的做功冲程。其优点是，在所选气缸的相应的做功冲程期