CN101680387A - 利用间接喷射和时控序列喷射/序列重新喷射中断来确定和修正四冲程内燃机角位置的定相 - Google Patents

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Abstract

利用间接喷射并且利用时控序列喷射/序列重新喷射中断来确定四冲程内燃机角位置的定相的方法，其特征在于，在发动机运转情况下该方法包括以下步骤：观测在序列喷射和/或序列重新喷射中断期间作为时间(2)函数的发动机速度(1)的曲线(3、4)，其中根据变速器预期振动来执行序列喷射和/或序列重新喷射中断；根据所述曲线(3、4)的形状区分表示正确定相的基本直线形状(3)，而大致正弦曲线形状(4)表示不正确定相。用于修正定相。

Description

利用间接喷射和时控序列喷射/序列重新喷射中断来确定和修正四冲程内燃机角位置的定相
本发明涉及利用间接喷射和时控序列喷射/序列重新喷射中断来确定四冲程内燃机角位置的定相的方法以及用于修正所述定相的方法。
在内燃发动机机控制领域中，已知的实践是根据曲轴角位置来同步每个汽缸的各种喷射指令以及合适情况下的点火指令。这种同步在本文其余部分也称为“定相”。曲轴角位置通常由发动机上已经存在的曲轴角位置传感器，例如与包括60个齿的带齿指示标志相关联的传感器来测定，其中两个齿被去除以用作基准分度。但是，曲轴转两圈发生一次四冲程发动机循环，因此在测量角位置过程中曲轴转一圈即360°时具有不确定性。
在后面详细描述的某种情况下，即使其具有360°的不同步，发动机也会起动和运转。但是，这种具有不同步的运转会损害可导出性并增加污染排放物。
一种解决这种发动机定相问题的统计方法是利用随机和未知的定相来起动发动机。这种方法不能令人满意之处是其形成50％的不正确定相。
另一种方法是专利FR2663369的主题，其在发动机停止时储存发动机位置并利用该基准来进行后续的重新起动。该解决方案不够稳定，因为任何对静止车辆的推动会使曲轴转动而改变所述基准。
另一种解决该问题的方法是使用凸轮轴角位置传感器。每发动机循环同步地转一圈(或者，换一种说法，曲轴每转两圈而同步地转一圈)的凸轮轴的角位置可以用于测定0和360°CAM之间或0和720°CRK之间的发动机角位置，而不会有定相问题。按照惯例，并且这是本领域使用的通用惯例，度数CAM用于测定凸轮轴(CAM是英语单词凸轮轴的缩写)，度数CRK用于测定曲轴(CRK是英语单词曲轴的缩写)。除非另有规定，度数被推定为采用度数CRK。特别用于测量凸轮轴角位置的这种传感器引起了额外的成本并且容易出现故障。本发明旨在避免这种额外的成本或减小这种故障的影响。
本发明涉及一种方法，利用间接喷射和时控序列重新喷射/序列喷射中断来确定四冲程内燃发动机的角位置的定相，其特征在于，在发动机运转情况下该方法包括以下步骤：
观测在序列重新喷射和/或序列喷射中断期间作为时间函数的发动机速度的曲线，其中根据变速器的预期振动执行序列重新喷射和/或序列喷射中断，
根据所述曲线的形状区分表示定相正确的基本直线形状，而大致正弦曲线形状表示定相不正确。
根据本发明的另一特征，通过设定所述曲线幅度变化的阈值来执行所述区分。
根据本发明的又一特征，通过所述曲线的频率分析来执行所述区分。
有利地，在火花点火内燃发动机的情况下，采用另外的步骤：通过测量点火提前修正来确认定相不正确。如果发现使用高点火延迟值不能有效地使所述曲线的形状变为直线，那么定相不正确的诊断得到确认。
本发明还涉及一种方法，利用间接喷射和时控序列重新喷射/序列喷射中断来修正内燃发动机的角位置的定相，在发动机运转情况下该方法包括以下步骤：使用上述方法通过所述发动机的角位置来确定定相；如果定相正确，则该方法终止；如果定相不正确，则重新同步发动机。
根据本发明的又一特征，在重新同步之后，使用相同的方法进一步确定所述发动机的角位置的定相。
本发明的一个优点是可以节省凸轮轴角位置传感器。
本发明的另一个优点是允许发动机以正确定相运转，限制污染排放物并且改善驱动性能。
通过此后给出的详细描述并结合附图的指示，本发明的进一步特征、细节以及优点会变得更加清楚明了，其中
图1表示作为时间函数的发动机速度曲线，用于正确定相运转的间接喷射发动机，
图2表示作为时间函数的发动机速度曲线，用于不正确定相运转的间接喷射发动机。
本发明涉及辅助控制间接喷射四冲程内燃发动机。在这种发动机中，发动机控制的关键事件是燃油喷射。发动机控制根据曲轴角位置确定每个汽缸发生燃油喷射的时刻。当曲轴角位置传感器确定该角位置时，前面已经说过会出现360°CRK的定相误差。在间接喷射发动机的情况下，喷入进气阀上游的进气管(也称作“进气总管”)。当定相正确时，在进气阀打开之前的短时间内执行所述喷射，从而允许混合物进入燃烧室。如果定相不正确，喷射的混合物滞留在进气总管内，在保持关闭一个曲轴转数(360°CRK)的阀的后面，并最终在360°CRK以后，在进气阀的“不同步”打开期间进入燃烧室。循环因此总体滞后360°但发动机依旧运转。
在直接喷射发动机的情况下，定相不正确时发动机不会运转，因此不存在该问题。
本发明用于任何间接喷射发动机，无论是汽油发动机还是柴油发动机。但是，为了使确定定相的问题出现，必须实际起动发动机，即使定相不正确。为此，燃油/氧化剂混合物需要在进入燃烧室时遇到点火装置。在柴油发动机中总是如此，其中由于压缩，点火在上死点自动发生。在第一种情况下的汽油发动机中也是如此，其中点火独立于喷射直接由凸轮轴触发。在第二种情况下的汽油发动机中还会如此，其中据说点火是半静态的(曲轴的每转都触发点火，即每发动机循环点火两次)。在最后一种情况下，优选两个相对的汽缸同时点火。
常规的内燃发动机包括多个汽缸，由于每个汽缸的相继燃烧曲轴被不连续驱动。在发动机正确定相运转的情况下，就在传动间隙所导致的减速之前会发生燃烧并因此补偿所述变速器中会出现的任何不平稳。这有助于产生良好的驱动性能。在发动机不正确定相运转的情况下，这种驱动性能受损。
然而，大多数发动机为了改善驱动性能，还安装有已知的时控序列重新喷射和序列中断装置。配备有这种装置的发动机如下工作。
一旦节流阀关闭，发动机控制装置中断燃油喷射。但是，这种中断实际上不是突然的，否则变速器中会有急动。喷射因此以精确顺序中断。这种顺序通过测试建立并取决于发动机速度、所施加的负载、发动机类型以及所使用的变速比(因为这种急动源于变速器中的振动)。对于各种类型的发动机和相关的变速器，可以使用具体的测试来建立将被存储的测绘图以应用于产品模型。
类似地，在序列喷射中断之后，需要执行受控序列重新喷射以在车辆驾驶员打开节流阀时满足他的需求。再次使用测试来建立测绘图以优化作为前面所列参数的函数的喷射时刻。
在这种情况中，也就是说对于安装有时控序列重新喷射和序列喷射中断装置的间接喷射发动机而言，本发明才适用。其仅适用于这种类型的结构。在这种情况下，发动机控制装置试图使用受其控制的绘制图来消除的上述急动将不会被消除。因此，当发动机不正确定相时，也就是说当有360°CRK误差时，在序列重新喷射或序列喷射中断阶段发生燃烧事件时会相对于发动机控制系统计划的定时有时间漂移。因为燃烧事件不再与变速器振动一致，车辆乘客会察觉到急动或不平稳，由此驱动性能受损。这种急动还产生一系列明显可察觉的发动机加速和减速。
根据本发明的方法通过研究发动机速度信号而很好地利用这种观测。该方法假定发动机已经运转，起动时定相未知。如果没有运转，在该方法之前的步骤可以起动发动机。该方法包括第一步骤：观测作为时间2的函数的发动机速度1的曲线3、4。图1和图2示例性示出了这种曲线的实施例。在这两个图中，轴2表示时间，或者这相当于发动机的角位置，而轴1表示发动机速度。发动机速度通过处理来自曲轴角位置传感器的信号以常规方式获得。
图1表示正确定相情况下的发动机速度1的曲线3。图2表示不正确定相情况下的对应于发动机速度1的曲线4，所有其它参数保持相同。可以看到，曲线3基本是直线而曲线4显得更混乱。在第二步骤中，根据所述曲线3、4的形状执行区分。图1类型的基本直线形状3表示正确定相，而图2类型的大致正弦曲线形状4表示不正确定相。
根据第一实施方式，通过设定所述曲线3、4的幅度变化的阈值来执行区分。通过事先减去连续平均值可以避开低频变化。因此，在图1和图2的实施例中，向上的斜率对应于速度增加。消除这种变化以后，可以确定幅度变化。在显示振动很小的曲线3的情况下，这种变化实际上为零。在曲线4的情况下其更加显著。这种显著性表示图2的曲线4的中断和振动对应于不正确定相。阈值设定于是可以区分正确定相与不正确定相。
还可以认识到另一种方法，例如频率分析方法。由于中断的曲线4的振动主频率与发动机循环运转直接相关，因此可以方便地检测和显示频谱中的直线。频谱中明显存在的该直线可以确保不正确定相被测出。
在火花点火发动机的情况下，可以使用可从发动机控制装置中获取的数据来确认不正确定相的诊断。具体来说，当发动机控制系统观测到在序列重新喷射或序列喷射中断过程中发动机速度中有急动时，试图降低或甚至消除所述急动的通常使用的一种手段是改变燃油/氧化剂混合物点火时刻(已知为“点火提前控制”的动作)。但是，在发动机不正确定相的情况下，甚至在对点火提前大幅度改变之后，急动仍然会持续存在(在这种特殊情况下，点火提前大为减小)。如果合适，这可以用于确认初始诊断。
用于确定角位置定相的上述方法可以用于修正所述定相。假定发动机在运转。如果没有运转，该方法可以通过起动发动机的指令而开始。一种这样的修正方法包括第一步骤：使用上述方法的实施方式之一来确定发动机角位置的定相。这样就有两种可能的情况：如果定相正确，则无需修正并且修正方法终止。如果定相不正确，发动机被重新同步。
在发动机控制系统中，通过改变角基准(参数)来进行发动机的重新同步。所有基准变动360°。因此，喷射控制，以及如果合适的话，重新同步之后的点火控制，被正确定相。
根据一个任选的实施方式，在重新同步之后，可以再次使用相同的确定方法来确定所述发动机的角位置的定相。这样可以验证和确认所有的确定和重新同步操作已经被正确执行。

Claims (7)

1.利用间接喷射和时控序列重新喷射/序列喷射中断来确定四冲程内燃发动机的角位置的定相的方法，其特征在于，在发动机运转情况下该方法包括以下步骤：
观测在序列重新喷射和/或序列喷射中断期间作为时间(2)函数的发动机速度(1)的曲线(3、4)，其中根据变速器的预期振动执行序列重新喷射和/或序列喷射中断，
根据所述曲线(3、4)的形状区分表示定相正确的基本直线形状(3)，而大致正弦曲线形状(4)表示定相不正确。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过设定所述曲线(3、4)的幅度变化的阈值来执行所述区分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中通过所述曲线(3、4)的频率分析来执行所述区分。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法，应用于火花点火的内燃发动机，其特征在于，该方法包括另外的步骤：通过测量所使用的点火提前修正来确认定相不正确。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，如果发现使用高点火延迟值不能有效地使所述曲线(3、4)的形状变为直线(3)，那么定相不正确的诊断得到确认。
6.利用间接喷射和时控序列重新喷射/序列喷射中断来修正内燃发动机的角位置的定相的方法，其特征在于，在发动机运转情况下该方法包括以下步骤：
使用权利要求1-5之一所述的方法通过所述发动机的角位置来确定定相，
如果定相正确，则该方法终止，
如果定相不正确，则重新同步发动机。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：在重新同步之后，使用权利要求1-5之一所述的方法进一步确定所述发动机的角位置的定相。
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