通過對與曲軸連接的感應(yīng)輪的輪齒時(shí)間的分析來確定在內(nèi)燃機(jī)的氣缸中釋放的能量的制作方法
【專利說明】通過對與曲軸連接的感應(yīng)輪的輪齒時(shí)間的分析來確定在內(nèi) 燃機(jī)的氣缸中釋放的能量
[0001] 本發(fā)明普遍地涉及機(jī)動(dòng)車中內(nèi)燃機(jī)工作的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明尤其涉及：(a)用于 確定在內(nèi)燃機(jī)氣缸的做功沖程中釋放的能量的方法；(b)用于調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性的 方法；（c)用于確定在帶有至少兩個(gè)氣缸的內(nèi)燃機(jī)的不同氣缸中的氣缸壓力的方法，其中， 一個(gè)氣缸是配備有氣缸壓力傳感器的主導(dǎo)氣缸，至少一個(gè)其它的氣缸是輔助氣缸；（d)用 于檢查內(nèi)燃機(jī)的氣缸壓力傳感器的測量信號(hào)的可信度的方法，該內(nèi)燃機(jī)具有至少兩個(gè)分別 配備有氣缸壓力傳感器的氣缸。本發(fā)明還涉及：（e)用于確定在內(nèi)燃機(jī)氣缸的做功沖程中 釋放的能量的裝置；（f)帶有這種裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)；以及（g) -種被設(shè)計(jì)用于實(shí)施上 述方法的計(jì)算機(jī)程序。
[0002] 內(nèi)燃機(jī)的在每個(gè)工作循環(huán)噴入到各個(gè)氣缸中的燃油質(zhì)量，由于燃油噴射系統(tǒng)的制 造公差以及由于燃油噴射系統(tǒng)的組件出現(xiàn)老化而明顯地改變。噴射的燃油質(zhì)量差異卻導(dǎo) 致各個(gè)氣缸之間的扭矩差異，這對內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性造成不利影響。現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)尤其是 柴油機(jī)因而配備有至少一個(gè)所謂的氣缸壓力傳感器，其檢測氣缸內(nèi)部空間中的壓力隨時(shí)間 的變化曲線。在進(jìn)行燃油燃燒的所謂的做功沖程期間，由該壓力變化曲線，特別是由壓力大 小，可以估計(jì)出由相關(guān)氣缸提供的扭矩。基于對這種扭矩差異的了解，于是可以借助于調(diào)整 后的特定于氣缸的燃油噴射來實(shí)現(xiàn)氣缸均衡，即所有氣缸的扭矩貢獻(xiàn)都相同。
[0003] 然而，氣缸壓力傳感器的輸出信號(hào)出于多種原因可能有錯(cuò)誤。只要未識(shí)別出這種 錯(cuò)誤，其通常就會(huì)導(dǎo)致對燃油噴射的錯(cuò)誤的特定于氣缸的調(diào)整。于是，內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性 不僅得不到改善，反而有時(shí)甚至顯著惡化。
[0004] 由DE197 20 009A1已知一種用于在噴入到內(nèi)燃機(jī)的不同氣缸中的燃油噴射量 方面實(shí)現(xiàn)所謂的氣缸均衡化的方法。按照這種方法，針對每個(gè)氣缸都計(jì)算出在膨脹期間的 轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)速度和在壓縮期間的轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)速度。在膨脹和壓縮之間的轉(zhuǎn)速差通過平滑式 的（gleitend)平均值求取來予以濾波。基于這種經(jīng)濾波的轉(zhuǎn)速差，針對每個(gè)獨(dú)立的氣缸都 計(jì)算出各自的燃油量矯正，并在計(jì)算全部要噴入的燃油量時(shí)考慮所述各自的矯正。由此可 以通過相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法來改善內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性。
[0005] 由DE197 00 711A1已知一種用于消除內(nèi)燃機(jī)噴射過程的系統(tǒng)性錯(cuò)誤的方法。按 照這種方法，根據(jù)運(yùn)行平穩(wěn)性采用噴射時(shí)間的矯正值。
[0006] 由DE10 2005 047 829B3已知用于通過調(diào)節(jié)出曲軸轉(zhuǎn)速的一致分量來對往復(fù)活 塞式發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行氣缸均衡化的方法和系統(tǒng)。按照這種方法，考察凸輪軸旋轉(zhuǎn)至少一圈或者 曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈所用的時(shí)間，并在這段時(shí)間內(nèi)對曲軸的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行傅立葉分析。
[0007] 然而，如上已述，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)的最頻繁也最根本的原因在于，噴入到不同氣 缸中的燃油質(zhì)量發(fā)生改變。在燃油完全燃燒的前提條件下，不同的燃油噴射量卻會(huì)導(dǎo)致在 四沖程內(nèi)燃機(jī)氣缸的做功沖程中通過燃油燃燒而釋放的不同的能量。
[0008] 本發(fā)明的目的在于，盡可能精確地確定在內(nèi)燃機(jī)的做功沖程中釋放的能量，而無 需繁瑣的傳感機(jī)構(gòu)。
[0009] 所述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利的實(shí)施方式、其它特 征和細(xì)節(jié)可由從屬權(quán)利要求、說明書和附圖得到。在此，結(jié)合所述方法公開的特征和細(xì)節(jié)當(dāng) 然也適合于與裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)以及計(jì)算機(jī)程序相結(jié)合，反之亦然，本發(fā)明的公開內(nèi)容 因此始終都可以針對各個(gè)發(fā)明方面相互交叉引用。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，介紹一種用于確定在內(nèi)燃機(jī)氣缸的做功沖程中釋放的能 量的方法。該方法包括：(a)借助輪齒時(shí)間來檢測內(nèi)燃機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速的時(shí)間變化曲線，所述輪 齒時(shí)間分別是一段持續(xù)時(shí)間，在這段持續(xù)時(shí)間內(nèi)，感應(yīng)輪的兩個(gè)相鄰的輪齒經(jīng)過參考位置， 該感應(yīng)輪與曲軸連接且沿著其圓周具有交替地布置的輪齒和齒隙；(b)分別給內(nèi)燃機(jī)的所 選氣缸的做功沖程指配輪齒時(shí)間；(c)求取在指配給所選氣缸的做功沖程的輪齒時(shí)間內(nèi)的 特定于氣缸的平均值；（d)求取特定于氣缸的在分別指配給所選氣缸的做功沖程的輪齒時(shí) 間與所求取的特定于氣缸的平均值之間的輪齒時(shí)間偏差；（e)由所求取的特定于氣缸的輪 齒時(shí)間偏差求取幾何總和，由此求取特定于氣缸的獨(dú)特的輪齒時(shí)間；(f)根據(jù)所求取的特 定于氣缸的獨(dú)特的輪齒時(shí)間，確定在內(nèi)燃機(jī)的所選氣缸的做功沖程中釋放的能量，其中，釋 放的能量間接地與所求取的特定于氣缸的獨(dú)特的輪齒時(shí)間成比例。
[0011] 所述方法基于如下構(gòu)思：由針對所選氣缸的做功沖程求取的特定于氣缸的輪齒時(shí) 間偏差的幾何的（或畢達(dá)哥拉斯的）總和得到的獨(dú)特的輪齒時(shí)間，是在所選氣缸的做功沖 程中釋放的能量的直接量度。這意味著，這里規(guī)定的獨(dú)特的輪齒時(shí)間是分別釋放的能量的 等效量。因此，采用這里所述的方法，針對在相應(yīng)氣缸的做功沖程中釋放的能量，并不確定 絕對值，而是僅僅確定相對值。然而，在相對值與相應(yīng)的絕對能量之間的比例因數(shù)對于所有 氣缸來說都是相同的，因此，不同氣缸的相對值可以彼此相關(guān)，在這種情況下可以獲取關(guān)于 內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)特別是關(guān)于各個(gè)氣缸的扭矩貢獻(xiàn)的重要信息。
[0012] 這里所述的方法相比于已知的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：只需計(jì)算幾何總和，因而不必 對分別指配給內(nèi)燃機(jī)的所選氣缸的做功沖程的輪齒時(shí)間進(jìn)行相當(dāng)繁瑣的數(shù)學(xué)傅立葉分析。 而且，這里所述的方法既適用于汽油機(jī)，又適用于具有四沖程內(nèi)燃機(jī)的柴油機(jī)。
[0013] 需要指出，所釋放的能量以及獨(dú)特的輪齒時(shí)間是在所選氣缸的相關(guān)的做功沖程中 產(chǎn)生的扭矩的直接量度或等效量。為了減小內(nèi)燃機(jī)的有時(shí)存在的運(yùn)行不平穩(wěn)性，可以基于 采用這里所述的方法針對不同的氣缸確定的所釋放的能量，至少近似實(shí)現(xiàn)氣缸的均衡化， 其方式為，針對各個(gè)氣缸，特定于氣缸地調(diào)整與燃燒相關(guān)的參數(shù)特別是描述噴射過程的參 數(shù)，結(jié)果，每個(gè)氣缸都對內(nèi)燃機(jī)的全部扭矩做出盡可能相同大小的貢獻(xiàn)。
[0014] 為了實(shí)施所述方法所采用的感應(yīng)輪可以按公知的方式具有一種邊緣結(jié)構(gòu)，這種邊 緣結(jié)構(gòu)包括分別交替地布置的輪齒和齒隙。配屬于感應(yīng)輪的感應(yīng)器檢測在參考位置是否存 在輪齒，該感應(yīng)器可以產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以處于至少兩個(gè)信號(hào)電平，一個(gè)信號(hào)電平 對應(yīng)于輪齒，另一個(gè)信號(hào)電平對應(yīng)于齒隙。信號(hào)或不同的信號(hào)電平可以采用任意物理方式 來產(chǎn)生。信號(hào)尤其可以是電信號(hào)，其例如由磁傳感器（感應(yīng)式傳感器）產(chǎn)生，優(yōu)選由霍爾傳 感器產(chǎn)生。但也可以采用其它的信號(hào)產(chǎn)生方式，例如借助光電柵欄光學(xué)地產(chǎn)生。
[0015] 需要指出，為了確定曲軸的絕對的角度位置，感應(yīng)輪可以具有參考標(biāo)記，其能夠被 合適的傳感機(jī)構(gòu)例如所謂的磁傳感器檢測到。按照公知的方式，該標(biāo)記的產(chǎn)生方式可以為， 例如去掉兩個(gè)輪齒，而在其余之處則按常規(guī)交替地布置輪齒和齒隙。這樣一來，感應(yīng)輪例如 就可以有60-2 = 58個(gè)輪齒。相關(guān)地不言而喻的是，與去除兩個(gè)輪齒相對應(yīng)的輪齒時(shí)間要 么采用適當(dāng)?shù)姆绞接枰猿C正，要么不再被考慮用于后續(xù)方法。
[0016] 直觀地說，可以采用所述方法來分析內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，從而能以特別簡單的數(shù) 學(xué)方式估計(jì)出能量含量或者在內(nèi)燃機(jī)氣缸的做功沖程中釋放的能量。于是，對這種能量的 了解可以被用于通過特定于氣缸的對噴射參數(shù)的調(diào)整來至少近似地實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的各個(gè)氣 缸的均衡化。在此，所述方法使用在輪齒時(shí)間內(nèi)的高分辨率的信息，所述輪齒時(shí)間在預(yù)定的 考察時(shí)段內(nèi)按照一定的樣式被采樣，并存儲(chǔ)在特別是發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)的緩存器中。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在所選氣缸的做功沖程內(nèi)，檢測所出現(xiàn)的全部輪齒時(shí) 間，并指配給所選氣缸的相關(guān)的做功沖程。其優(yōu)點(diǎn)是，在所選氣缸的相應(yīng)的做功沖程期