专利名称：不具有凸轮传感器的发动机运行的制作方法
技术领域：
本发明涉及不具有凸轮传感器的发动机运行。
背景技术：
在通常的燃油喷射式发动机系统中，必需知道每个气缸的位置，以便于确定适当的燃油喷射定时。在传统的机车柴油机中，每个气缸实施作功冲程和排气冲程。连接到曲轴上并且对曲轴运行产生响应的曲柄轮旋转两转以对于给定的气缸完成作功冲程和排气冲程。在作功冲程期间调节进入气缸的燃油喷射的发动机控制过程必须从凸轮轴(对于每两个曲轴转该凸轮轴完成一转)中获取信息，以便于确定给定的气缸是在其作功冲程或者排气冲程，也就是，在第一或者第二曲轴转。这种运行通常称为四冲程模式。
对于一些发动机而言，凸轮传感器的安装是困难的并且在装配期间会出现质量控制的问题。凸轮传感器的性能与其在发动机中的位置相关。空间限制影响了凸轮传感器的定位并且导致凸轮传感器被设置在过度加速的区域。在发动机制造和装配的领域人们通常认识到利用可实现所需功能的最小数目的元件可增加可靠性和降低成本。如果能够除去凸轮传感器，那还可消除在凸轮传感器盖和定时轮上所实施的机加工。能够起动和运转而不需要凸轮信号的燃油喷射式发动机是希望的。
图1示出了V12气缸发动机的透视图，其可根据主题发明的原理进行控制。
图2示出传统的燃油喷射系统的透视图，该系统可用于与主题发明的实施例结合使用。
图3示出描述通常的V12发动机的点火顺序的简图。
图4示出了在没有凸轮传感器信号情况下确定发动机相位的问题的简图。
图5示出了根据主题发明的一个实施例包括多个不同的处理器的发动机控制器单元的简图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的V12发动机点火顺序的操作的简图，该点火顺序被实施以确定发动机相位。
图7示出了示范根据图6所示的操作实施例进行发动机相位的确定和监控发动机转速的简图。
图8示出了示范根据图6所示的操作实施例进行发动机相位的确定和监控发动机转速的简图。
图9示出了根据本发明的另一个实施例的V12发动机点火顺序的操作的简图，该点火顺序被实施以确定发动机相位。
图10a-b示出了示范根据图9所示的操作实施例进行发动机相位的确定和监控发动机转速的简图。图10a示出了右处理器是同相的情形。图10b示出了左处理器是同相的情形。
图11a-b示出了根据本发明的另一个实施例的V12发动机点火顺序的操作的简图，该点火顺序被实施以确定发动机相位。图11a示出了左处理器是同相的情形。图11b示出了左处理器不同相的情形。
图12a-b示出了示范根据图11所示的操作实施例进行发动机相位的确定和监控发动机转速的简图。图12a示出了左处理器是同相的情形。图12b示出了右处理器是同相的情形。
图13示出了根据本发明的另一个实施例的V12发动机点火顺序的操作的简图，该点火顺序被实施以确定发动机相位。
图14示出了示范根据图13所示的操作实施例进行发动机相位的确定和监控发动机转速的简图。
图l5是根据主题发明的一个实施例可以被实施以进行从主处理器到左和右处理器的通信的表格命令。
图16是根据主题发明的一个实施例可以被实施以进行从左和右主处理器到主处理器的通信的表格命令。
图17是利用如图15和16所示的命令的功能表。
图18是表示根据主题发明的一个实施例在主处理器中的文件和功能的表格。
图19是表示根据主题发明的一个实施例在左和右处理器中的文件和功能的表格。
图20表示用于最优化到单个气缸的燃料供给的本发明一个实施例的流程图。
图21是用于识别气缸的不点火的主题发明的一个实施例的流程图。
图22a-b示出了当运行在在此教导的特征实施例和在发动机过渡工况期间时用于计算发动机转速的实施例的曲线图。图22a示出了利用在一转开始和结束处的发动机转速的平均值的一个实施例的曲线图。图22b示出了利用在每转结束处的一个时间点的发动机转速的一个实施例的曲线图。
图23示出利用发动机转速的移动平均值来确定发动机相位的实施例。
图24示出利用发动机加速度来确定发动机相位的实施例。
发明描述对于通过燃油喷射来运行的发动机，典型的构造包括控制气缸组喷射的处理器。例如，在V12气缸发动机中，通常说来，一个处理器将控制一组六个气缸的喷射，并且另一个处理器将控制另外一组六个气缸的喷射。对于每个气缸的适当喷射正时是基于与气缸操作连接的曲轴的位置。曲轴的位置由至少一个曲轴位置传感器不断的监控，并且由曲轴位置传感器产生的信号信息用来确定曲轴位于360度一转的何处。在V12的例子中，在曲轴的两转期间所有12个气缸点火。因而，例如，一个气缸在曲轴的第一转期间实施作功冲程，并且在曲轴的第二转期间实施排气冲程。但是，在不能获得凸轮传感器信号来确定曲轴是在第一或者第二转中的情况下，用来确定曲轴转数的另一个机制必须被执行。
在主题发明的一个方面中，发明者已经设计了一个方法来确定在起动时发动机的相位，其不需要利用凸轮传感器信号。该方法包括改变由处理器控制的基本命令顺序，并且对于预定的时期监控发动机指示值。通常来说，发动机指示值是发动机转速，但是还可由发动机加速度，排气温度，平均燃料值或者任意其它可在一定时期内对气缸点火或者未点火作出响应的变量来确定。
图1大体描述了示例的压缩点火柴油机10，其采用电子燃料控制系统以用于根据本发明的一个实施例的应用。发动机10可以为任何较大的柴油机，例如柴油机型号FDL-12，FDL-16或者HDL，由Pa，Grove市的通用电气公司制造。这种发动机可包括涡轮增压器12和多个成套的动力或者燃油喷射装置14。例如，12缸发动机具有12个这样的动力装置，同时16缸发动机具有16个这样的动力装置。发动机10还包括进气岐管16，供给燃料到每个动力装置14的燃料供给管路18，使用来冷却发动机的进水歧管20，润滑油泵22和水泵24，所有的都在现有技术中已知。连接到涡轮增压器12的中冷器26便于在涡轮增压空气进入到一个动力装置14内部的对应燃烧室中之前冷却涡轮增压空气。发动机可以是V型或者是直列式的，这些在现有技术中也是已知的。
图2描述了多个动力装置14的一个，其包括气缸28，和用于输送燃料到气缸28内部的燃烧室中大致以30标示的对应的燃料供给装置。每个成套动力装置14还可包括气门摇臂轴32，以用于移动通常用34表示的多个弹簧偏压气门。气门摇臂轴32通过气门摇臂38连接到气门推杆36上，并且采用现有技术中已知技术进行致动。
每个成套动力装置14还包括气缸套40，其可插入到发动机10的气缸体中镗出的孔(未示出)中。成套动力装置14包括气缸水套或者铸件以用于容纳气缸28和关联元件。对于通常的发动机10，例如在机车应用中使用的，喷射压力的示例的范围在大约5-30k.p.s.i之间，但是可以根据发动机采用更大的范围。示例的燃料供给流量容积范围在大约50-2600mm3/冲程。每个气缸排量的示例的范围可从大约1升到大约15升，或者更高，取决于发动机。应当理解的是本发明不限于上述示例的范围。
燃油供给装置30包括连接到高压喷射管路44的燃油喷射机构42，该高压喷射管路44流体连接到燃料压力产生机构46上，例如燃料泵。该构造被称为泵管路喷嘴构造。燃料压力产生机构46通过燃料推杆48的致动建立压力，该推杆48由专用于燃料供给致动的发动机凸轮轴上的凸起部所致动。燃油供给装置30包括电子信号线50，以用于接收从电子控制器来的电子信号，如下所述的。电子信号线50提供控制信号到电子控制阀52上，例如电磁线圈，其形成燃油供给装置30的一部分。
参见图3，V12发动机的通常的点火顺序被示出。在第一曲轴转110期间，气缸6L 114，2R 115，2L 116，4R 117，4L 118和1R 119都以该顺序进行点火。在第二曲轴转期间，如112所示，气缸1L 120，5R 121，5L 122，3R 124，3L 125，和6R 126分别以该顺序进行点火。如图4所示，第一曲轴转110的上箭头220所示的气缸实施作功冲程；相反地，在第一曲轴转110期间，第一曲轴转12的下箭头222所示的气缸正实施排气冲程。该发动机可利用至少一个处理器来在720度(曲轴2转)的过程范围内控制每个气缸的喷射正时。通常来说，发动机包括发动机控制器单元(ECU)，其包括一个处理器来控制V型发动机的左排的气缸，并包括另一个处理器来控制V型发动机的右排的气缸。当起动发动机时，ECU必须准确的识别曲轴转数，以便于在适当的点火顺序输送燃料到气缸中。发明者已经设计用于ECU的方法，来通过操作由处理器控制的点火正时和气缸的选择来确定曲轴处于那个转。在此使用的术语“发动机相位”是指适当的点火顺序，其中燃油喷射指令基于机械的限制在某时被送到单个的气缸中，使得燃料将被喷射入气缸中并且燃烧将发生。发动机相位与发动机相关，该发动机包括多个气缸，其中所有气缸的点火发生在曲轴的720度的过程或者两转中。在此使用的术语“不同相”是指一种情况，其中用于气缸的燃油喷射指令信号被被编程以在与用于该气缸发生作功冲程的曲轴转相反的转上被发送。通常来说，尽管不是必要的，不同相涉及从事件正确位置移动360度的偏移。
图5示出了用于通常的V12发动机的发动机控制器单元300的基本示意图，该发动机包括控制左组的六个气缸的第一发动机控制处理器310，和控制到右组的六个气缸的喷射的第二发动机控制处理器320。信号处理器330包括处理模块，其被构造以在每个曲轴转处产生脉冲。该脉冲被称为模拟凸轮信号332。
燃油供给装置30被构造以在上止点处作功冲程期间响应通过信号线50的接收的任何燃油喷射指令信号，以便于在喷射窗口期间供给燃料到每个气缸中，其中喷射窗口由燃料凸轮的凸起部的升程所确定。例如，如果凸轮凸起部轮廓上升，于是燃料推杆48(图2)将被致动以建立燃料压力，并且然后与致动电磁阀52的燃油喷射指令点火信号合作，到气缸的燃料的输送将通过高压管路44发生。燃料供给可发生在作功冲程的前面(即，在压缩冲程期间)并且持续到作功冲程期间。例如，燃油喷射可开始在上止点前5度，并继续到上止点之后的25度。因此，燃料供给装置可被构造以便对燃料窗口之外接收的任何燃油喷射指令信号不敏感，从而使得没有燃料在喷射窗口之外输送到气缸中。例如，如果凸轮凸起部的外形不再上升，然后燃料推杆48(图2)将不会被致动以传送任何燃料，即使存在点火信号也不会导致燃料输送到气缸中，因为在这种情况下燃料推杆将不会被燃料凸轮凸起部所致动。因此，该实施例利用输送燃料到气缸中的竞争性相互关系1)燃料推杆致动和2)燃油喷射指令信号的存在。如果两个动作中任一个没有发生，那么燃料供给不会发生。应当理解到上述相互关系包括建立在示例的实施例中的机电的相互关系，并且不需要通过软件代码来实现。上述机械关系在起动或者操作期间被利用，从而使得在燃料供给装置中的一个或多个电磁线圈被致动，如同每个气缸的上止点对应于作功冲程。如果实际上气缸在作功冲程的上止点处，这会导致气缸的点火。但是，如果气缸在排气冲程的上止点时，燃料供给装置将不会喷射燃料，由于在此后一的情况中燃料泵凸轮不会向上移动，并且因此没有燃料流动将发生，并且即使存在点火信号的情况下气缸也不会点火。为了在此使用的习惯，没有发生在作功冲程期间(例如，在排气冲程期间)的电磁线圈的激活指的是与喷射窗口或其部分不同相地发生的燃油喷射指令(或者点火信号)的产生。燃料怎样喷射入气缸中的特定构造不是关键的。重要的是喷射(或者点火信号)可以被传送但是没有燃料和/或点火将发生，除非喷射信号在特定的喷射窗口被传送。传送喷射信号而没有发生到气缸的喷射的能力允许点火信号的某些操作去阐明发动机的适当的相位，而无需利用凸轮传感器。
表1示出了在上止点位置或者TDC处的每个气缸的曲轴转角度数和由左处理器310或右处理器320控制的每个气缸的正确相位和不正确的相位。在通常的操作期间，左处理器310和右处理器320彼此同相，或者为相同的相位，意味着两个处理器接受相同的转作为第一曲轴转和第二曲轴转。如果两个处理器采用正确的第一和第二转(即，正确相位)它们在四冲程模式下将显示表1的排2所示的点火顺序。如果两个处理器采用不正确的第一和第二转，它们两个都为表1的排3所示的不同相。
根据主题发明的一个实施例，在右处理器320上的左处理器310的相位有意相对于另一个移动360度，这导致了如图6A和B所示的电磁线圈动作。还参见表1的排4-7所示。这称为相移的4冲程模式。360度的相移会导致这样的操作，其中从左处理器310或者右处理器320产生的喷射指令信号将在正确的相位中，并且另一个不同相。图6A示出了当处理器310在正确的相位时的气缸的点火信号和电磁线圈激活。如下面进一步描述的，粗体的气缸表示电磁线圈激活和燃油喷射，以便引起在气缸中的燃烧(点火)，并且斜体的气缸表示电磁线圈激活，但是没有燃油喷射(没有燃烧发生)，并且普通黑色(没有粗体或者斜体)的气缸表示没有电磁线圈激活。图6B示出了如果右处理器320在正确的相位情况下的点火顺序。如果左处理器3l0在正确的相位，那么在左组中的第六气缸114，第二气缸116，第四气缸118，和第一气缸120，第五气缸122和第三气缸125将被点火。相反的，如果右处理器320在正确的相位，右组所有的第二气缸115，第四气缸117，第一气缸119，第五气缸121，第三气缸124和第六气缸126将被点火。基于该假设，根据一个实施例确定左处理器310或者右处理器320是否在正确的相位通过测量当左处理器310或者右处理器320恢复到一个或者另一个相位，也就是在相同的相位时的发动机速度来实现。
表1
图7说明了右和左处理器320和310怎样分别被同步的一个实施例。在该情形中，发动机在70处启动，其中左处理器310和右处理器320彼此不同相，处在相移的4冲程模式下，其中左处理器310在正确的相位，右处理器320在不正确的相位。对于第一曲轴转测量窗口75，发动机转速被计算。在下一个曲轴转72之后，使左处理器310达到与右处理器320相同的相位。将左处理器310带入与右处理器320同相使得两个处理器都与正确的发动机相位不同相，因此发动机转速下降，如测量窗口77和78所示。发动机转速的减小表示两个处理器310和320不同相。基于该指示，处理器310和320两者都对于下一个曲轴转74移动360度，以将它们两者处于正确的发动机相位，从而导致所有的12个气缸都处于适当的点火顺序或者相位。因此，如测量窗口79所示发动机转速增加。
图8示出了类似于图7所示的同步方法实施例，但是其中当发动机在80处起动时右处理器320在正确的相位。在第一曲轴转80期间，左和右处理器310和320相互之间不同相，并且发动机转速在81处计算。在第二曲轴转82处，使左侧处理器310达到与右处理器320相同的相位，并且发动机转速在85处计算。因为左处理器310和右处理器320在相同并且正确的相位，发动机速度增加。发动机转速的此增加表示处理器310，320两者都在正确的相位，并且正常的运行开始。
根据另一个实施例，左处理器310和右处理器320被编程来在每转上激活相同的三个气缸上的电磁线圈。这称为半二冲程的模式。参见图9。在第一曲轴转92期间，燃油喷射指令信号被送到左和右组的前三个气缸中，这些气缸在90表示。在第二曲轴转93期间，燃油喷射指令信号被送到相同的六个气缸94中。图10A表示在同步左处理器310和右处理器320的相位情况下，实施半二冲程模式的示意图。在曲轴转180处，发动机实行相移四冲程模式，其中左处理器310和右处理器320移动360度的相位。在第二曲轴转182时，左处理器310和右处理器320都改变为如图9所示的半二冲程模式。对于最初的曲轴转180，右处理器320在正确的相位(见粗体的气缸)。因此，当在第二曲轴转182中处理器310和320转变为半二冲程模式时，在第二曲轴转期间没有气缸点火，从而导致速度181的减小。对于接下来的两个转184和186而言，左和右处理器310和320保持在半二冲程模式中。在曲轴转184期间，所有六个气缸以正确的顺序点火并且发动机转速增加，如在测量窗口83处。相反的，在下一个连续的转186中，气缸不同相并且不点火。因此，在测量窗口185处，发动机转速减小。基于在半二冲程模式下发动机转速的增加和减小，正确的相位能够被确定。左和右处理器310和320被构造以确保正确的相位被切换到正常的四冲程模式，并且正常的运行开始。图10B是与图10A所示的类似的表示，除了左处理器310在起动时处于正确的相位。
图11A和B表示操作气缸的点火顺序的另一个方法，其目的用于确定正确的发动机相位。如图11A和11B所示的操作方法包括引导左气缸组以采用正常的四冲程模式，和右气缸组以采用半二冲程模式，分别如图6和9所示。需要注意的是分配给左处理器和右处理器的方式能够被颠倒，例如左处理器被引导实施半二冲程模式，并且右处理器被引导实施四冲程模式。这称为部分的半二冲程的模式。图11A示出了当左处理器处于同相时气缸的点火。在第一曲轴转110期间，所有六个气缸在其作功冲程期间点火，见粗体的气缸1111。在第二曲轴转112期间，仅仅由左处理器控制的气缸在它们正常的作功冲程期间点火。见粗体的气缸1112。因此，如果左处理器是同相情况下，在连续的曲轴转中会存在六个气缸点火和三个气缸点火的循环。这种形式将允许推论出正确的发动机相位。图11B示出了当左处理器处于不同相时气缸的点火。在第一曲轴转110期间，由右处理器控制的第二，第四和第一气缸点火1114。因为左处理器不同相并且第二处理器在半二冲程模式下，在第二曲轴转112期间没有气缸点火。
图12示范了利用图11中示出的形式的同步方法。在最初的曲轴转1200时，发动机被设置为相移的四冲程模式。一旦第二曲轴转1220开始，右处理器被转换为半二冲程模式。因为左处理器保持在四冲程模式并且在正确的相位中，燃烧在测量窗1225和1230期间发生在三个气缸中。在下一个连续的曲轴转1222期间，燃烧发生在六个气缸中。因此，如测量窗口1235所示，发动机转速增加。在下一转1224中，仅仅由左处理器控制的三个气缸实施燃烧。因此，发动机转速不会增加，见测量窗口1240。图12B示出了利用图11中所示的操作的同步方法。在图12B中，示出了其中左处理器不同相但是右处理器同相的情形。在第一曲轴转1200期间，左和右处理器以相移的四冲程模式起动。在第二曲轴转1220开始处，右处理器被转换为半二冲程模式。在第二转1220期间，没有燃烧发生在任何气缸中，这导致了发动机转速的减小，见与1225相比的测量窗口1230。在下一个连续转1222期间，燃烧发生在由右处理器控制的三个气缸中，并且发动机转速稍微增加。见测量窗口1235。在下一转1224上，没有气缸发生燃烧，发动机转速减小。见测量窗口1240。图12A和B示出了通过利用图11中所示的操作，发动机转速增加和减小的特征能够被检测到。发动机转速的增加和减小的此种特征使得可以确定正确的发动机相位。一旦发动机相位被确定，不同相的处理器被修正，并且两个处理器被切换到正常的四冲程模式。
图13示出了左右气缸组的点火顺序的另一个操作方法实施例。根据该操作，在每个气缸的每个上止点位置期间，燃油喷射在所有12个气缸中被命令。这称为真实的二冲程模式。该操作导致在第一曲轴转110和第二曲轴转112期间在六个气缸中的燃烧。在第一曲轴转110期间，如1300示出的气缸点火，同时气缸1302接收指令来喷射燃料，但是由于机械约束，没有燃油喷射入气缸中。在第二曲轴转112期间，气缸1306点火，同时喷射燃料到气缸l308中的指令发生，但是没有燃料被喷射入气缸1308中。
图14示出了实施如图13所示的操作的同步方法。在第一曲轴转1400期间，左和右处理器两者被指令在真实的二冲程模式下进行点火。因此，燃烧在测量窗口1245期间发生在六个气缸中。因为燃烧在真实的二冲程模式下的两个曲轴转期间发生在六个气缸中，在二冲程模式期间监控发动机转速将不会显示发动机转速的增加和减小。因此，在同步期间必须利用另一个操作。对于该例子，第一和第二处理器310，320被设置为完全的半二冲程模式。因为对于第二转1410，左和右处理器在首先的三个气缸中点火，发动机转速减小，如测量窗口1430中所示。在下一转14l5期间，燃烧发生在六个气缸中并且发动机转速增加。见测量窗口1435。在下一转1420期间，发动机转速减小，如测量窗口1440中所示。发动机转速的增加和减小可允许发动机相位的确定。如果一个处理器不同相，则其被设置为正确的相位，并且两个处理器被引导来采用正常的四冲程模式。
返回参见图5，在具体的实施例中，信号处理器包括至少一个处理模块，其被构造以从至少一个曲轴传感器(未示出)中产生曲轴信号，和至少一个处理模块330，其被构造以产生模拟的凸轮信号332。模拟凸轮信号通常是在每个曲轴转的开始处产生的信号。在V12的例子中，左处理器310和右处理器320被构造以控制燃油喷射的点火顺序。因此，在通常的实施例中，如图6，9，11和13中描述的不同的操作模式驻留在左和右的处理器310和320中。左和右处理器310，320将实施的操作(形式)由主处理器340所引导。图15中的表格示出了用来产生信息帧的消息单元示例，该信息帧由主处理器340传送到左和/或右处理器310，320中。图16示出用来产生信息帧的信息单元的表格，该信息帧由左和/或右处理器310，320传送到主处理器340。在图17中，基于图15和16中的设置的多个功能被示出，其控制发动机的同步。注意功能1700，其是控制每个处理器将采用哪一个形式(四冲程模式，半二冲程模式，真实的二冲程模式)，和每个处理器将采用哪个转为第一转的功能。重要的是左处理器310，右处理器320和主处理器340对于哪一个曲轴转是第一转和哪一个是第二转具有相同的认识。为了标记这些转，信号处理器330在每个转的开始产生一个信号，称为模拟凸轮信号332。模拟凸轮信号332包括一系列高低方波。按照惯例，高信号指定为奇数并且低信号指定为偶数。在发动机起动时，发动机控制器单元300不能确定哪一个转是在点火顺序中的第一转。因此，采用功能1700的定义，左和右处理器310和320可以被设置为特定的操作模式来确定适当的发动机相位并且使发动机同步，如上所述。例如，在执行相移4冲程模式时，其中左和右处理器相互不同相，构造下面消信息帧默认时，设置开始如下EFI＝0模式＝0第一转＝0；为切换不同相的左处理器，下面设置将实施EFI＝1模式＝0第一转＝1。
图15-17仅表示能够被实施的消息语言的一个例子。采用的程序语言不是关键的，只要程序语言能够实现所需的功能。图18是示出根据主题发明的通常的实施例在主处理器340中的文件和功能的表格。表格19表示了根据主题发明的通常的实施例在左和右燃油喷射控制处理器310，320的每个中的文件和功能。
根据另一个方面，主题发明涉及在发动机运行期间测量对应于发动机的单一个气缸的加速度的装置和方法。类似燃油喷射组分和燃料喷雾的质量和尺寸等多个发动机参数能够引起在气缸之间的燃烧质量的改变，以及对于特定气缸在发动机的寿命期间的燃烧质量的改变。这些差别能够导致发动机性能，燃料消耗和排放水平的恶化。知道对应于每个气缸的时间间隔处曲轴的加速使得可以推断出重要的发动机事件和性能，例如但不限于燃油喷射正时和燃油喷射质量的最优化。此外，对于给定窗口的知道曲轴加速是用于通过控制处理器但是不需要凸轮传感器同步燃油喷射的一种方法。在基本的实施例中，通过测量诸如曲柄轮的回转元件的旋转加速度确定曲轴的加速，曲柄轮包括多个围绕曲柄轮隔开的多个元件。设置为邻近曲柄轮的一个或多个曲轴位置传感器基于所述元件的通过由曲轴位置传感器产生位置信号。处理器单元可通信的连接到一个或多个曲轴位置传感器上并且被构造以测量曲轴旋转的时间周期窗口。优选的，该单元被构造以测量对应于发动机每个气缸的旋转时间窗口。对于由曲轴位置传感器的两个元件的通过发生的时间周期，或者由曲轴位置传感器的预定数目的元件的通过产生的时间周期可提供数据点，该数据点可允许计算不发火或者另外的产生有性能问题的气缸。对应于遭受问题的特定气缸的上止点位置的曲柄轮上的元件之间的时间将增大。
如上所述，曲轴加速度信息可用来监控单个的气缸的性能，并且通过增加或者减小燃料质量或者燃油喷射正时来修正性能问题。在一个实施例中，主题发明涉及一种发动机控制器单元，其被构造以收集曲轴加速度信息和相比其它单个气缸或者作为整体的所有气缸来计算单个气缸的性能。在特定的实施例中，发动机控制器单元被构造以产生燃烧质量指示值。该燃料质量指示值为1到100之间的数，并且从在发动机试验中十个相似类型发动机运行的平均值中进行计算，并且是从喷射开始时间到40度曲轴旋转的元件到元件脉冲计数的加权平均值，然后被从对一个完整转而测量的平均发动机转速所计算的平均计算脉冲计数所除，并且转换为百分数。该数可通过对于该气缸组的排气温度数据归一化，并且还由进气歧管气压所修正。在对于特定气缸的燃烧质量指示值的储存值和实际测量指示值之间的差表示在燃烧质量中的任何偏差。然后这可用来计算对于每个气缸必须被增加或者减小燃料量的比例，以便于将该特定气缸的性能与其他气缸一致。用于收集燃烧数据的优选条件如下(a)发动机水温稳定持续120到180秒并且在100以上。
(b)发动机转速稳定持续120到180秒并且在440转/分以上。
(c)发动机燃料量稳定持续120到180秒并且在100mm3/冲程以上。和(d)发动机润滑油温度稳定持续l20到180秒并且在100之上。
而且，在燃烧质量指示值的储存值和实际测量指示值之间的差表示在燃烧质量中的任何偏差。通常来说，如果偏差超过了预定百分比(例如，超过2到20％)，则气缸被表示为具有不点火的一个气缸。
图20表示最优化气缸性能的方法实施例。根据该方法实施例，对于每个气缸的质量指示值通过获得并且处理不同的参数数据来产生2000。一旦质量指示值被产生，对于特定气缸的加速值被确定2010。加速值与质量指示值进行比较2015。基于从步骤2015实现的差别，燃料量的适当的调整在2020处被计算。基于在2020期间实施的计算，到单个气缸的燃料量在2025处被调整。
在另一个实施例中，气缸加速度用来识别内燃机的任一个气缸是否不点火。参见图21中的流程图，对于每个气缸的质量指示值在2100处产生。对于单个气缸的加速值在2110处获得。加速值与质量指示值在2115处进行比较。基于该比较，任意不点火的气缸可在2120处识别。
如上所述，观测曲轴的周期性加速提供了单个气缸状况的特别高的分辨能力。由于这高分辨能力，曲轴加速度可用作如上所述确定发动机相位的方法实施例的发动机指示值。在图7，8，10，12和14示出的方法的描述需要对一些指示值的监控，以观测通过操作左和右处理器的形式所引起的发动机指示值的变化。在上述图的的描述中示例的发动机指示值是发动机转速。但是，每个同步的方法具有一定的优点和一定的局限性。例如，在图7和8中描述的四冲程同步方法很难在发动机过渡工况至其正常运行速度期间实施。但是，四冲程同步方法可允许平稳的起动。利用气缸加速度作为发动机指示值可提供必要的信息来实施四冲程同步方法实施例，甚至当发动机在过渡工况中时。换句话说，对于每个气缸观测气缸加速度将提供关于哪个气缸点火和哪个气缸没有点火的使用者信息。考虑到对通过左和右处理器引导的喷射顺序进行的预定操作，于是这些消息能够推断哪个处理器是同相的。
在一些情况下，发动机转速可用作为指示值来确定发动机相位，甚至在发动机的过渡工况期间。在过渡工况期间利用发动机转速作为指示值通常需要实施完全的半二冲程的形式，因为变动的发动机转速允许有可识别的特征，甚至当发动机正处于斜线加速，也就是说加速到预定的发动机转速。图22a表示当发动机在过渡工况时设置为完全的半二冲程的模式的发动机的发动机转速的曲线图。奇数转的发动机转速表示为o并且偶数转的发动机转速表示为x。第一x22-22表示在点0和点1处发动机转速的平均值。第一圆22-24表示在点1和点2处的发动机转速的平均值。通过计算连续的o处转速减去连续的x处转速，该转产生的发动机转速可以确定。但是，利用在整个转上的平均速度进行该计算存在缺点。例如，在一些情况下，通过连接实心圆和x形成的线相对平。该平的特征将使得正确的发动机相位的确定困难。也就是说，(3个连续的o)-(3个连续的x)始终不大于0。图22b表示计算的发动机转速的修正。在该图中，奇数和偶数转的发动机转速表示为在每个转的开始处获得的发动机转速。当这样产生了足够高/低的特征，以便于确定正确的发动机相位时，由于仅仅获得一个发动机转速的数据点，噪音能够干涉该确定。为了解决这些噪音问题，在每个转结束处获取三个样值，然后被平均以计算对于该转的发动机转速。
根据另一个实施例，采用连续转上的平均发动机转速，能够在发动机在过渡工况时确定发动机相位。发动机起动利用曲轴转1和曲轴转2(奇数/偶数指定能够分配给它们的每一个)中的平均速度在完全的半二冲程模式中发生。通常在发动机达到225rpm的发动机曲轴排出速度之后并且利用曲轴中的平均速度，实施计算。平均速度采用下面公式进行计算AvgSpeed=Speedt+Speedt-1+Speedt-23]]>图23示出了此算法的实施。在这种情况下，(在3个连续曲轴转1的末端处的发动机转速的总和)-(在3个连续曲轴转2的末端处的发动机转速的总和)＝(783.9-790.9)＝-7.0。这意味着一旦切换到相同相位的四冲程模式时，相位需要被修正360度。
根据另一个实施例，通过利用在曲轴转1和曲轴转2(奇数/偶数指定能够分配给它们中的每一个)中的发动机加速度可确定在过渡工况期间的发动机相位。发动机起动发生在完全的半二冲程模式下。通常在发动机达到225rpm的发动机曲轴排出速度之后，实施计算。平均速度采用下面公式进行计算AvgSpeed=Speedt+Speedt-1+Speedt-23]]>平均加速度可通过对平均发动机转速求导进行计算AvgAcc=∂AvgSpd∂t]]>在每个曲轴转期间的移动平均加速度可利用下面公式进行计算RolledAvgAcc=Σi=11=NAvgAcc1N]]>其中i＝1是曲轴转的第一个样值(开始)，并且i＝N是曲轴转的最后的样值(结束)。
参见图24，在这种情况下，(在3个连续的曲轴转1期间移动平均发动机加速度(acc)的总和)-(在3个连续的曲轴转2期间的移动平均发动机加速度的总和)＝(-22.47-168.1)＝-190.57。这意味着一旦切换到相同相位的四冲程模式时，相位需要被修正360度。
虽然本发明的不同的实施例已经在此被示出和描述，明显的是这些实施例仅仅为了示例而提供。在没有脱离本发明的精神的前提下能够实施许多变型，变化和替换。因此，意图是本发明仅仅由所附的权利要求的精神和范围进行限制。这些实施例可适用于许多发动机构造，包括但不限于直列的4，6，8，12和16缸发动机和V4，V6，V8和V16发动机。
权利要求
1.一种用于确定内燃机的曲轴相位的方法，所述内燃机(10)包括多个气缸(28)，这些气缸的点火顺序发生在所述曲轴的两转中，其中第一组气缸的作功冲程发生在所述曲轴的一转期间，并且第二组气缸的作功冲程发生的所述曲轴的不同转期间，每个气缸被构造以拥有其中允许燃料被喷射的喷射窗口，所述方法包括在喷射窗口期间，产生指令信号以喷射燃料到所述第一组气缸中的至少一个气缸中；在与所述喷射窗口不同相的时间，产生指令信号以喷射燃料到所述第一组气缸的至少一个气缸中；监控发动机性能的指示值，该指示值响应于所述气缸的点火和不点火；和基于与在喷射窗口期间所述的燃油喷射指令信号产生以及与所述喷射窗口不同相的所述燃油喷射指令信号的产生相对应的所述发动机指示值中的波动来推断出正确的发动机相位。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述发动机指示值从由发动机转速度，曲轴加速度，排气温度和平均燃料值组成的组中选出。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述发动机是V型发动机，其包括左气缸列，一半属于所述的第一组并且一半属于所述的第二组；和右气缸列，一半属于所述的第一组并且一半属于所述的第二组，并且其中所述点火顺序由发动机控制器单元(300)控制，该发动机控制器单元(300)包括第一处理模块(310)，其被构造以引导用于所述左气缸列的燃油喷射指令信号；和第二处理模块(320)，其被构造以引导用于所述右气缸列的燃油喷射指令信号，其中所述的第一和第二处理模块中的至少一个设置为半二冲程模式。
4.一种在内燃机车发动机中评价单个气缸性能的方法，该发动机包括可操作地连接到多个活塞的曲轴，该多个活塞设置在多个气缸中，所述方法包括(a)测量与在第一气缸中的期望燃烧相对应所述曲轴的第一旋转间隔的时间周期，以获得第一加速度的测量值，(b)测量与至少三个气缸的期望燃烧相对应所述曲轴的第二旋转间隔的时间周期，以获得第二加速度测量值，(c)均衡所述第二加速测量值，以对应表示长度上类似于所述第一旋转间隔的旋转间隔的值，以获得均衡值；和(d)比较所述第一加速度测量值与所述均衡值，其中在所述第一加速度测量值和所述均衡值之间的差表示所述第一气缸与所述发动机的其它气缸相比在性能上的差。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述曲轴包括附装在其上的回转件，此回转件包括多个围绕所述回转件等距离间隔的多个元件，并且其中所述第一旋转间隔包括与两个所述元件通过一个点之间的距离相对应的旋转度数。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述第二旋转间隔包括所述回转件的完整的一转。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述均衡包括获得这样的旋转间隔的平均加速度值，其中该旋转间隔对应于一个旋转度数，该旋转度数对应于两个所述元件之间的距离。
8.如权利要求4所述的方法，其中所述第一测量值和所述第二测量值在从下面的状况组成的组中选出的发动机状况期间获得a)发动机水温稳定持续120-180秒并且在100以上；b)发动机转速稳定持续120到180秒并且在440rpms之上；c)发动机燃料量稳定持续120到180秒并且在1mm3/冲程上；d)发动机油温稳定持续120-180秒并且在100以上；和e)上述情况的组合。
9.一种与机车发动机(10)一起使用的计算机程序产品，所述产品包括计算机可用介质，其包括嵌入所述计算机可用介质中的计算机可读程序代码模块，用于将燃料指令信号引导到所述发动机的左气缸列和所述发动机的右气缸列中；计算机可读第一程序代码模块，用于在从相移四冲程模式，完全半二冲程模式，部分半二冲程模式和完全二冲程模式组成的组中选择出来的一种模式下起动所述发动机；计算机可读第二程序代码模块，用于使所述计算机切换发动机模式到从同相的四冲程模式，部分半二冲程模式和完全半二冲程模式组成的组中选择出来的一种模式中；计算机可读第三程序代码模块，用于使得所述计算机观察响应于所述气缸点火的发动机指示值中的变化；和计算机可读第四模块，用于使得所述计算机调整发动机到适当的发动机相位。
10.一种与机车发动机一起使用的计算机程序产品，所述产品包括计算机可用介质，其包括嵌入在所述计算机可用介质中的计算机可读程序模式模块，以用于确定所述发动机的曲轴相位，所述发动机包括多个气缸，这些气缸的点火顺序发生在所述曲轴的两个转中，其中第一组气缸的作功冲程发生在所述曲轴的一转期间，并且第二组气缸的作功冲程发生的所述曲轴的不同转期间，每个气缸被构造以拥有其中允许燃料被喷射的喷射窗口；计算机可读第一程序模块，用于在喷射窗口期间导致计算机产生指令信号，从而喷射燃料在或者第一组气缸或者第二组气缸中的至少一个气缸中；计算机可读第二程序代码模块，用于在与所述喷射窗口不同相的时间导致计算机产生指令信号，从而喷射燃料在或者第一组气缸或者第二组气缸中的至少一个气缸中；和计算机可读第三程序代码模块，用于导致所述计算机基于发动机指示值来确定哪一转对应于所述第一组气缸中的气缸点火，该发动机指示值响应于所述气缸的点火和不点火。
11.一种用于确定内燃机(10)的正确发动机相位而不需要凸轮传感器的方法，其中所述内燃机包括第一组气缸，它们的作功冲程发生在所述曲轴的第一转期间，和第二组气缸，它们的作功冲程发生在所述曲轴的第二转期间，以及发动机控制器单元，该发动机控制器单元接收响应于所述曲轴旋转的信号流，所述方法包括在从相移4冲程模式、真实二冲程模式、和部分半二冲程模式组成的组中选择的模式中起动所述发动机；设置发动机模式为从同相位4冲程模式和完全半二冲程模式组成的组中选择的模式；和观测响应于所述气缸点火的发动机指示值的变化，其中基于所述变化，确定正确的发动机相位。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述发动机指示值是从由发动机转速，曲轴加速度，排气温度和平均燃料值组成的组中选出的至少一个；并且所述方法还包括引导所述发动机到调节后的速度。
13.如权利要求11所述的方法，其中如果当设置所述发动机模式到同相位4冲程模式下时所述发动机转速减小，则发动机相位被移动360度。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述发动机指示值是加速度，并且当所述发动机处于过渡工况时，所述观测发生。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述设置包括设置所述发动机到完全半二冲程模式；和其中当所述发动机相位被确定时，所述方法还包括切换所述发动机到同相位4冲程模式并且调整所述发动机到所述确定的发动机相位。
16.如权利要求15所述的方法，还包括在改变发动机相位之后观测所述发动机指示值；和如果基于所述发动机不点火，发动机指示值证明所述发动机相位是不正确的，将发动机相移动360度。
17.如权利要求15所述的方法，其中，如果发生所述信号流的中断，所述方法还包括设置所述发动机到从同相位4冲程模式和完全半二冲程模式组成的组中选择出来的模式。
18.一种用于确定内燃机(10)的正确发动机相位而不需要凸轮传感器的方法，其中所述内燃机包括第一组气缸，它们的作功冲程发生在所述曲轴的第一转期间，和第二组气缸，它们的作功冲程发生在所述曲轴的第二转期间，以及发动机控制器单元(300)，该发动机控制器单元接收响应于所述曲轴旋转的信号流，所述方法包括在从由相移四冲程模式，真实二冲程模式，部分半二冲程模式和完全半二冲程模式组成的组中选择出来的起动模式下起动所述发动机；和观测作为所述气缸的点火或者不点火或者两者结果的发动机加速度的变化，其中基于所述变化，确定正确的发动机相位。
19.如权利要求18所述的方法，还包括在发动机相位确定之前设置所述发动机(10)到不同于所述起动模式的模式。
20.如权利要求18所述的方法，还包括切换所述发动机(10)到同相位4冲程模式，并且调整所述发动机到所述确定的发动机相位。
21.如权利要求20所述的方法，还包括在调整发动机相位之后观测所述发动机指示值；和如果基于所述发动机不点火，发动机指示值证明所述发动机相位是不正确的，将发动机相移动360度。
22.如权利要求18所述的方法，其中，如果发生所述信号流的中断，所述方法还包括设置所述发动机到从同相位4冲程模式和完全半二冲程模式组成的组中选择出来的模式。
23.如权利要求18所述的方法，其中，所述观测发生在发动机的过渡工况期间。
24.如权利要求18所述的方法，还包括引导所述发动机(10)到调节后的速度。
25.一种用于确定内燃机(10)的正确发动机相位而不需要凸轮传感器的方法，其中所述内燃机(10)包括第一组气缸，它们的作功冲程发生在所述曲轴的第一转期间，和第二组气缸，它们的作功冲程发生在所述曲轴的第二转期间，以及发动机控制器单元(300)，该发动机控制器单元接收响应于所述曲轴旋转的信号流，所述方法包括在从由相移四冲程模式，真实二冲程模式，部分半二冲程模式和完全半二冲程模式组成的组中选择出来的起动模式下起动所述发动机；和观测响应于所述气缸点火的发动机指示值中的变化，其中基于所述变化，确定正确的发动机相位。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述发动机指示值是从由发动机转速，曲轴加速度，排气温度和平均燃料值组成的组中选出的至少一个。
27.如权利要求26所述的方法，还包括引导所述发动机(10)到调节后的速度。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述起动模式是完全半二冲程模式，发动机指示值是发动机转速，并且观测所述变化发生在发动机过渡工况期间。
29.如权利要求25所述的方法，还包括在发动机相位确定之前设置所述发动机到不同于所述起动模式的模式。
30.如权利要求25所述的方法，还包括切换所述发动机到同相位4冲程模式，并且调整所述发动机到所述确定的发动机相位。
31.如权利要求30所述的方法，还包括在调整发动机相位之后观测所述发动机指示值；和如果基于所述发动机不点火，发动机指示值证明所述发动机相位是不正确的，将发动机相移动360度。
32.如权利要求25所述的方法，其中如果发生所述信号流的中断，所述方法还包括设置所述发动机到从同相位4冲程模式和完全半二冲程模式组成的组中选择出来的模式。
33.一种发动机控制器单元(300)，其被构造用于控制内燃机(10)的点火顺序，所述内燃机(10)包括多个气缸(28)，这些气缸的点火顺序发生在所述曲轴的两转中，其中第一组气缸的作功冲程发生在所述曲轴的一转期间，并且第二组气缸的作功冲程发生的所述曲轴的不同转期间，每个气缸被构造以拥有其中允许燃料被喷射的喷射窗口，所述发动机控制器单元(300)包括第一处理模块，其被构造以用于在喷射窗口期间产生指令信号，以喷射燃料在或者第一组气缸或者第二组气缸中的至少一个气缸中；第二处理模块，其被构造以用于在与所述喷射窗口不同相的时间产生指令信号，从而喷射燃料在或者第一组气缸或者第二组气缸中的至少一个气缸中；和第三处理模块，其被构造以用于基于发动机指示值来确定哪一转对应于所述第一组气缸中的气缸点火，该发动机指示值响应于所述气缸的点火和不点火。
全文摘要
在此公开的是起动和/或操作发动机(10)的方法，其消除了对凸轮传感器的使用的需要。与该方法一起实施的内燃机(10)包括多个气缸，它们的点火顺序发生在曲轴的两转中，其中第一组气缸包括在第一曲轴转期间的作功冲程，和第二组气缸包括在第二曲轴转期间的作功冲程。该方法包括操作燃油喷射指令信号以不按它们的适当的顺序发生，监控响应于气缸的点火和不点火的发动机指示值，并且基于在发动机指示值中的波动识别正确的发动机相位。而且，在此公开了软件产品的实施例，其包括程序代码模块，其导致发动机控制单元(300)来操作燃油喷射指令信号的产生，以不按它们正确的顺序发生。
文档编号F02D41/14GK1981124SQ200580022323
公开日2007年6月13日 申请日期2005年6月16日 优先权日2004年6月30日
发明者A·E·谢克, B·N·阿尔姆斯特德特, M·托罗尔 申请人:通用电气公司