专利名称：用于确定4冲程内燃机相位的方法
根据主要权利要求分类，发明涉及的是用于确定具有奇数气缸数的4冲程内燃机相位的方法。
现有技术对于带有曲轴和至少一个凸轮轴的多缸内燃机，在同步(取决于识别出的曲轴或凸轮轴的位置)后，由内燃机的控制器计算，在哪个时间点应对哪个气缸喷射燃料，以及在什么时间在哪个气缸中断开点火？在传统的内燃机中，通常借助于传感器测定曲轴的角的位置。传感器扫描过一个联接在曲轴上的圆盘，并将相应的信号传给控制器。该圆盘具有一个有特征的表面，例如表面上带有多个同样的角标记以及基准标记。
由于在4冲程内燃机的一个工作冲程内曲轴转动两圈，而凸轮轴只转动一圈，因此，只从曲轴传感器信号中不能明确地确定内燃机的相位。通常也借助于凸轮轴自己的传感器，即所谓的相传感器来测定凸轮轴的位置，这一相传感器扫描过联接在凸轮轴上的具有唯一标记的圆盘。凸轮轴每转一圈生成一个脉冲信号，这一生成的信号同样在控制器中处理。
从国际申请WO 87/05971中可了解用于气缸识别的装置或具有奇数气缸数的内燃机工作冲程识别的装置，这一装置不需要凸轮轴传感器就足够了。对此，在内燃机控制器中，将曲轴传感器提供的信号(该信号是曲轴转动一周的一个脉冲，即凸轮轴转动一周的两个脉冲)与第二信号(例如内燃机工作冲程中一周期性波动的信号)联系起来。这一周期性波动信号或是转速传感器的输出信号，或是进气管压力传感器的输出信号。通过具有奇数汽缸数的内燃机的条件和曲轴与凸轮轴之间固定的相位关系可以借助于曲轴信号和第二信号的简单的逻辑联系进行工作冲程识别，因为在曲轴的这一转动中，周期性波动的第二信号一定是“高”的，而在曲轴的另一转动中其一定是“低”的。在已知的装置中，借助于两个信号间这种简单的逻辑关系进行工作冲程识别。但是不建议这样处理这种有特征的信号变化过程。
发明的优点发明的、用于确定具有权利要求1的特征的4冲程内燃机相位的方法的优点是，可以在不了解凸轮轴位置的情况下使得发动机同步。这也适用于曲轴和凸轮轴之间相位关系可变化的系统。如果要实现这一优点，可通过将曲轴传感器提供的具有特性的信号与第二信号(该信号在燃烧冲程中波动，并具有汽缸特有的特性)联系起来以确定相位。在这一过程中，在出现第一信号的特性时，研究第二信号的变化过程以确定相位。由于这一方法只针对具有奇数汽缸数的内燃机，因此，在第一曲轴转动中出现第一信号的特性时，产生不同于第二曲轴转动的第二信号的另一变化过程。原因在于，在第一曲轴转动中的汽缸处于不同于第二曲轴转动的另一个冲程中，这样，给出的内燃机转矩是不同的，这对第二信号的变化过程产生作用，例如对转速变化过程和进气管压力变化过程产生作用。这一作用是可测量的，并可考虑用于汽缸识别。因此，第二信号将是转速传感器或进气管压力传感器的输出信号。
由在其他权利要求中说明的措施可以得到发明的其他优点。此外，由于将第二信号的变化过程和不出现第二信号最小值或最大值的情况与第一信号的特性相联系，发明还表现出特别的优点，即确定相位时不难以解决第一和第二转速信号之间的相位差。
发明的优点还在于，可以在启动过程中实施用于确定相位的方法，即在汽缸的第一次点火前进行。相位的提早确定是可能的，因为不同的冲程即使在没有点火的情况下也会以不同的方式对转速或进气管压力产生作用。
对于没有凸轮轴传感器的系统可以节省传感器以及电子元件、凸轮轴轮和相应的电缆接头。在发动机控制器上可以节省三个插头、传感器的处理电路和一个计算机插头。同样，可以减少印刷电路板的面积。在没有凸轮轴传感器的情况下可以省去对这一传感器的诊断和错误处理措施，由此提高整个系统的可使用性。在实施这些节省的同时，不会对内燃机的废气性能或启动性能产生不利作用。再一优点是，使用的方法不引起控制器软件的附加运行时间负荷，因为在发动机工作之前同步已结束，因而对计算机设备没有运行时间限制。
附图在附图中介绍了发明的实施例，并在随后描述中进行了详细的说明。
描述在
图1中示意性介绍了描述发明所需的内燃机控制系统的部件。传感器圆盘用10表示，它与内燃机的曲轴11固定联接，在其周长上有多个相同类型的角度标记12。除了这些相同类型的角度标记12外还有基准标记13，基准标记例如通过两个缺省的角度标记来实现。
接收器14扫描过(例如感应接收器或霍尔传感器)传感器圆盘10。经过角度标记时在接收器中产生的信号S1的电压脉冲在内燃机控制器15中以适宜的方式处理和进一步加工。
除了曲轴11外，内燃机通常还至少有一个凸轮轴，该凸轮轴在图1中用25表示，并与曲轴11保持固定的联系，这一联系通过虚线16表示。凸轮轴15的角度位置未在图1介绍的内燃机的控制系统中予以考虑。为了使曲轴11和凸轮轴15之间的联系保持同步，在控制器中处理燃烧冲程中周期性波动的第二信号。借助于传感器17可得到这一第二信号S2，该信号测量的是内燃机进气管中的压力。原则上还可处理燃烧冲程中其他的波动参数。
还可将其他用于内燃机控制或调节所需的输入参数传送给控制器15，在图1中只介绍了输人参数“点火开始”信号，在点火开关的连接器K115接通点火开关18时提供这一信号，并向控制器15表明内燃机开动。
控制器15本身包括至少一个中央计算机装置19和存储器20。在控制器15中形成了用于未详细标出的内燃机相应部件的喷射和点火的控制信号。这些信号通过控制器15的输出端21和22给出。通常，由电池23通过开关24供给控制器电压，开关24在内燃机工作时或在可能的惯性运动阶段中接通。在控制器15中进行随后描述的信号加工和处理。
用图1中描述的控制系统可以在内燃机工作的任意时刻得到曲轴11的角度位置。在开动时，最晚在曲轴11转动一周后出现信号S1中的特性，它与曲轴的基准标记相对应。由于曲轴11与凸轮轴25之间的布置同凸轮轴位置与内燃机每一汽缸位置之间的布置一样，通常是已知的，由此，对于相位只有当有特征的信号存在时，可以根据基准标记的识别保持同步。
在发明的系统(该系统应没有相位传感器，或者说没有凸轮轴传感器，即没有测定凸轮轴25位置的传感器)中存在这样的问题由曲轴传感器提供的基准标记信号有多重含义，因为曲轴在一个工作循环内转动两次，而凸轮轴25只转动一次。因此，在控制器15中，信号S2(例如转速信号或进气管压力传感器的输出信号)处理后附加在信号S1上，该信号具有汽缸位置的特性。信号S2，或者说这一信号的特性与信号S1相关联，并且在出现基准标记或者说出现信号S1特性时，要特别处理信号S2的变化过程。
这样一个处理装置是可能的，因为对于具有奇数汽缸数的内燃机来说，并不是曲轴每转动一周都有同样的关系。对于内燃机或发动机来说，某一确定冲程内的另一多缸汽缸处于的发动机位置(后面缩写为M1)不同于第二个可能的发动机位置M2。这可借助于一个三缸发动机进行下述说明例如，对于发动机位置M1来说汽缸1处于压缩冲程，汽缸2处于进气冲程，汽缸3处于排气冲程。
对于发动机位置M2来说汽缸1处于排气冲程，汽缸2处于工作冲程，汽缸3处于进气冲程。
从这一编排中可以清楚地看到，对于两个发动机位置M1和M2来说，每次都有一个汽缸处于进气和排气冲程，但是第三个汽缸根据发动机位置或者处于工作冲程，或者处于压缩冲程。当压缩冲程受转速阻碍的影响时，工作冲程使得转速升高。这样，在曲轴第一转中的转速变化过程和进气管压力变化过程以特有的方式不同于曲轴第二转中的变化过程。因此，基准标记环境下或者说信号S1特性环境下的转速变化过程和进气管压力变化过程是发动机位置的判据，可以考虑用来替代凸轮轴信号，同时产生说明发动机位置M1和M2的识别信号。
不仅在处理转速变化过程，而且在处理压力信号时都要根据汽缸数和发动机的阀门控制时间来决定，第二信号斜率的符号转换，或基准标记环境下即信号S1特性环境下第二信号的最小值/最大值处理是否是识别相位的最好方法。根据时间推导第二信号以测定符号转换或进行最小值/最大值处理，这样获得斜率和/或最大值/最小值。确定发动机特有的准确测量点以测定转速或进气管压力。
正如测量说明的那样，在内燃机或发动机启动时，控制器可直接识别出启动装置的操作。不仅转速变化过程，而且进气管压力变化过程都被用作同步的信号S2。此外，可以在第一次喷射或点火前、在发动机开始转动后的未点火工作状态下进行信号处理。在未点火的转动的第一圈，不仅转速变化过程，而且进气管压力变化过程对于第一圈或第二圈曲轴转动都是有特征的。在发动机正常工作后，特别是在高的发动机转速或转速变化条件下，可能的话，可以不再考虑用转速变化过程来确定发动机位置。一旦在工作中要求同步，必须借助于进气管压力信号处理来完成。
如果在具有凸轮轴传感器的系统中使用发明的方法，那么当检测出凸轮轴传感器有缺陷时，其可以作为应急运行使用。
在启动后直接使用发明的方法以及在正常工作条件下考虑用凸轮轴传感器的输出信号来确定相位，这两者的组合也是可以的。
权利要求
1.用于确定具有奇数气缸数的4冲程内燃机相位的方法的特征是，在特性范围内研究了第二信号的变化过程，该信号每次对于曲轴转动的第一圈和第二圈都是很典型的，在这一方法中形成了具有特性的第一信号，这种特性是可预先规定的，曲轴角所具有的并与由转速传感器输出信号和/或进气管压力传感器输出信号形成的第二信号相关联，在第一信号的特性范围内，通过第二信号处理形成了识别信号。
2.根据权利要求1，用于确定相位的方法特征是，在启动时的第一次点火前在内燃机气缸内实施这一方法。
3.根据权利要求1或2的方法特征是，第二信号(S2)的处理包括了信号斜率符号转换的识别或在第一信号(S1)的特性环境中的最小值/最大值处理。
4.根据权利要求3的方法特征是，取决于内燃机气缸数和/或阀门控制时间的控制器决定，是否借助于第二信号的斜率或借助于最小值/最大值处理进行信号处理。
5.根据前述权利要求之一的方法特征是，确定发动机特有的测量点以测定转速和/或进气管压力。
6.根据前述权利要求之一的方法特征是，在运行过程中，在预先规定的时间或条件下进一步进行相位的确定或检验，在这一过程中，在运行中确定相位时只处理进气管压力传感器的输出信号。
7.根据前述权利要求之一的方法特征是，一旦控制器检测出相位传感器或其所属的信号处理电路有缺陷时，在具有相位传感器的内燃机中实施这一方法，以进行应急运行。
全文摘要
本发明介绍了用于确定具有奇数气缸数和无凸轮轴传感器的4冲程内燃机相位的方法。在这些方法中,通过由曲轴角度传感器给出的、有特性的第一信号与第二信号(例如转速信号或进气管压力传感器的输出信号)相关联,并在第一信号的特性范围内处理第二信号的变化过程来进行相位识别。由于这一信号变化过程的不同,因此,可根据曲轴是否在转动的第一圈或第二圈中来唯一确定相位。
文档编号F02P7/077GK1198801SQ97191080
公开日1998年11月11日 申请日期1997年8月9日 优先权日1996年9月18日
发明者京特·布劳恩, 米夏埃尔·豪费尔, 塔欣·埃格 申请人:罗伯特·博施有限公司