CN101876279A - 凸轮轴位置测量和诊断 - Google Patents

Abstract

本发明涉及凸轮轴位置测量和诊断，提供一种用于操作发动机的方法，包括：在发动机起动事件期间，当第一凸轮轴处于第一原始位置而第二凸轮轴处于第二原始位置时，确定所述第一凸轮轴与所述第二凸轮轴之间的相对位置。所述第一原始位置是所述第一凸轮轴相对于曲轴的第一预置角位置。所述第二原始位置是所述第二凸轮轴相对于所述曲轴的第二预置角位置。该方法包括生成所述第一原始位置的第一估计值。该方法还包括根据所述相对位置、所述第一估计值和所述第二原始位置的第二估计值诊断发动机的误构造。

Description

凸轮轴位置测量和诊断

相关申请的相互参考

本申请要求2009年4月15日提交的美国临时申请No.61/169,546的权利。通过引用将上述申请公开的内容结合在本文中。

技术领域

本发明涉及发动机控制系统，尤其涉及凸轮轴位置测量和诊断系统。

背景技术

此处的背景资料描述是为了大概介绍本发明的背景。在背景资料部分做了一定程度的描述的目前发明人的工作，以及那些在申请时不可作为现有技术的方面，都既没有明确地也没有隐含地视为相对于本发明的现有技术。

一种双顶置凸轮轴内燃机(ICE)包括进气和排气凸轮轴。这些凸轮轴经由正时元件由曲轴驱动。该正时元件可包括正时链或正时皮带。凸轮轴的转动相对于曲轴的角位置致动相应的进气和排气门。在发动机运转期间，控制凸轮轴的位置和正时。在发动机同步事件期间，可确定凸轮轴的位置和正时特征。在发动机起动事件期间，可出现发动机同步事件。

发动机起动开始于启动车辆点火系统的时候，例如，在把点火开关旋转至ON位置时。在启动点火系统时，车辆电气系统向发动机控制系统供电。发动机控制系统促使发动机曲柄事件和发动机同步事件的出现。在曲柄事件期间转动发动机的曲柄以起动发动机。凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器一起使用来确定发动机位置。这称为发动机同步。确定发动机位置指的是相对于由曲轴和凸轮轴传感器测得的曲轴和凸轮轴位置确定活塞位置。在发动机起动之后，相对于曲轴位置可获知凸轮轴原始位置。如果曲轴原始位置不在可标定规格内，则设置发动机诊断故障码(DTC)。这称为“误构造(mis-build)”的检测或故障。使用发动机诊断方法可检测误构造。

发动机控制系统可包括凸轮轴相位器(或多个)。凸轮轴相位器(或多个)可用于调整凸轮轴相对于彼此和/或相对于曲轴的角位置。这称为凸轮轴的“定相”。当发动机处于OFF状态时，根据发动机结构保持凸轮轴和曲轴的角位置之间的固定相位关系。在发动机运转期间，通过在凸轮轴和/或曲轴之间引入可变相位偏差，可调整这些固定相位关系。这些可变相位偏差改变进气门和/或排气门的正时。

虽然凸轮轴定相能够实现不同的高级的发动机控制特征，但是需要精确地确定凸轮轴相对于曲轴的位置用于控制发动机。错误地确定凸轮轴位置可导致错误地指示误构造。

当凸轮轴维持在相应的“原始”或“停车”位置时，可确定凸轮轴相对于曲轴的位置。原始位置指的是在发动机处于OFF状态时凸轮轴相对于曲轴的预置角位置。当发动机处于ON状态时，通过凸轮轴相位器可使凸轮轴相对于曲轴转动，并离开原始位置。停车位置指的是在凸轮轴相位器使凸轮轴恢复至原始位置之后凸轮轴的角位置。在发动机运转期间不存在误差或偏差的情况下，停车位置与原始位置相同。

用于确定凸轮轴原始位置的方法称为“凸轮轴原始位置-获知”。凸轮轴原始位置-获知的一种实施例包括当凸轮轴在发动机起动模式期间保持在相应的原始位置时估计凸轮轴原始位置。可对此估计值进行更新，直到偏差的平均值在预定误差范围内。虽然此平均过程精确地估计了凸轮轴原始位置，但是凸轮轴需要在整个平均过程期间保持在原始位置。

发明内容

一个方面，提供一种用于操作发动机的方法。该方法包括确定第一凸轮轴与第二凸轮轴之间的相对位置。在发动机起动期间确定该相对位置。在确定该相对位置时，该第一凸轮轴处于第一原始位置，该第二凸轮轴处于第二原始位置。该第一原始位置是发动机处于OFF状态时第一凸轮轴相对于曲轴的第一预置角位置。该第二原始位置是发动机处于OFF状态时第二凸轮轴相对于曲轴的第二预置角位置。该方法包括生成该第一原始位置的第一估计值。该方法还包括根据该相对位置、该第一估计值和该第二原始位置的第二估计值诊断发动机的误构造。

在其它方面，描述了一种用于操作发动机的系统。该系统包括起动处理模块、后同步处理模块和诊断模块。该起动处理模块确定第一凸轮轴与第二凸轮轴之间的相对位置。在发动机起动事件期间确定该相对位置。在确定该相对位置时，该第一凸轮轴处于第一原始位置，该第二凸轮轴处于第二原始位置。该第一原始位置是发动机处于OFF状态时第一凸轮轴相对于曲轴的第一预置角位置。该第二原始位置是发动机处于OFF状态时第二凸轮轴相对于曲轴的第二预置角位置。该后同步处理模块生成该第一原始位置的第一估计值。该后同步处理模块还确定该第二原始位置的第二估计值。该诊断模块根据该相对位置、该第一估计值和该数值诊断发动机的误构造。

根据本发明，提供下列技术方案：

技术方案1：一种用于操作发动机的方法，包括：

在发动机起动事件期间，当第一凸轮轴处于第一原始位置而第二凸轮轴处于第二原始位置时，确定所述第一凸轮轴与所述第二凸轮轴之间的相对位置，

其中，当所述发动机处于OFF状态时，所述第一原始位置是所述第一凸轮轴相对于曲轴的第一预置角位置，所述第二原始位置是所述第二凸轮轴相对于所述曲轴的第二预置角位置；

生成所述第一原始位置的第一估计值；以及

根据所述相对位置、所述第一估计值和所述第二原始位置的第二估计值诊断发动机的误构造。

技术方案2：根据技术方案1所述的方法，其中，所述误构造包括连接在所述曲轴与所述第一凸轮轴和所述第二凸轮轴中的至少一个之间的正时元件的滑动。

技术方案3：如技术方案1所述的方法，其中，在生成所述第一估计值之前确定所述相对位置。

技术方案4：根据技术方案1所述的方法，其中，根据曲轴位置传感器的有效位置脉冲的检测确定所述相对位置，并且

其中，所述检测独立于发动机同步事件，并且

其中，所述发动机同步事件包括确定发动机活塞相对于所述曲轴的位置。

技术方案5：根据技术方案1所述的方法，还包括启用对所述第二凸轮轴的定相，其中，所述误构造的诊断包括：

确定所述第一估计值与所述第二估计值之间的第一差值，

其中，在第一钥匙点火循环期间生成所述第二估计值，在所述第一钥匙点火循环之后的第二钥匙点火循环期间生成所述第一估计值；

确定所述相对位置与所述第一差值之间的第二差值；以及

根据所述第二差值和误构造阈值确定发动机误构造诊断状况。

技术方案6：根据技术方案1所述的方法，还包括检测曲轴脉冲信号，

其中，通过检测所述曲轴脉冲信号在发动机的N转内确定所述相对位置，N是整数。

技术方案7：根据技术方案1所述的方法，还包括在所述起动事件之后生成所述第二原始位置的第三估计值，

其中，当所述发动机的转速大于转速阈值时结束所述起动事件。

技术方案8：根据技术方案7所述的方法，其中，所述第三估计值的所述生成包括：

根据所述转速、所述发动机的负荷和所述发动机的温度检测所述第二凸轮轴的停车状态；

把所述第二凸轮轴移到所述第二原始位置；以及

在所述第二凸轮轴处于所述第二原始位置之后生成所述第三估计值。

技术方案9：根据技术方案1所述的方法，还包括在确定所述相对位置之后以及在结束所述起动事件之前启用对所述第二凸轮轴的定相，

其中，当所述发动机的转速大于转速阈值时，结束所述起动事件。

技术方案10：根据技术方案9所述的方法，还包括在启用所述第二凸轮轴之后以及在结束所述起动事件之前对所述第二凸轮轴定相。

技术方案11：一种用于操作发动机的系统，包括：

起动处理模块，在发动机起动事件期间，当第一凸轮轴处于第一原始位置而第二凸轮轴处于第二原始位置时，所述起动处理模块确定所述第一凸轮轴与所述第二凸轮轴之间的相对位置，

其中，当所述发动机处于OFF状态时，所述第一原始位置是所述第一凸轮轴相对于曲轴的第一预置角位置，所述第二原始位置是所述第二凸轮轴相对于所述曲轴的第二预置角位置；

后同步处理模块，其：

生成所述第一原始位置的第一估计值，并且

确定所述第二原始位置的第二估计值的数值；以及

诊断模块，其根据所述相对位置、所述第一估计值以及所述数值诊断所述发动机的误构造。

技术方案12：根据技术方案11所述的系统，其中，在所述后同步处理模块确定所述第一估计值之前，所述起动处理模块确定所述相对位置。

技术方案13：根据技术方案11所述的系统，其中，在结束所述起动事件之前，所述起动处理模块确定所述相对位置，并且

其中，当所述发动机的转速大于转速阈值时结束所述起动事件。

技术方案14：根据技术方案11所述的系统，其中，所述诊断模块还：

确定所述第一估计值与所述数值之间的第一差值；

确定所述第一差值与所述相对位置之间的第二差值；以及

当所述第二差值大于误构造阈值时检测误构造。

技术方案15：根据技术方案11所述的系统，其中，在所述起动事件之后，所述后同步处理模块还生成所述第二原始位置的第三估计值，并且

其中，当所述发动机的转速大于转速阈值时，结束所述起动事件。

技术方案16：根据技术方案15所述的系统，其中，所述后同步处理模块还：

根据所述转速、所述发动机的负荷和所述发动机的温度检测所述第二凸轮轴的停车状态；

把所述第二凸轮轴指令到所述第二原始位置；以及

在所述第二凸轮轴处于所述第二原始位置之后生成所述第三估计值。

技术方案17：根据技术方案11所述的系统，其中，在第一钥匙点火循环期间所述后同步处理模块生成所述第二估计值，并且

其中，在所述第一钥匙点火循环之后的第二钥匙点火循环期间所述后同步处理模块生成所述第一估计值，并且

其中，从所述第一钥匙点火循环起，所述数值存储在存储器中。

技术方案18：根据技术方案11所述的系统，其中，所述起动模块还：

检测曲轴脉冲信号；并且

通过检测所述曲轴脉冲信号开始在发动机的N转内确定所述相对位置，N是整数。

技术方案19：根据技术方案11所述的系统，还包括定相模块，其在所述起动处理模块确定所述相对位置之后以及在所述起动事件结束之前启用对所述第二凸轮轴的定相。

其中，当所述发动机的转速大于转速阈值时，结束所述起动事件。

技术方案20：根据技术方案19所述的系统，其中，所述定相模块还在启用所述第二凸轮轴之后以及在结束所述起动事件之前对所述第二凸轮轴定相。

从下面提供的详细描述中将更明显地看出本发明的更多适用领域。应当理解，本详细描述和特定例子只是用于解释说明，而不用于限制本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图将更充分地理解本发明，其中：

图1是依照本发明原理的示例性发动机系统的工作原理框图；

图2是依照本发明原理的示例性发动机控制模块的工作原理框图；

图3是依照本发明原理的发动机控制事件的正时图；

图4示出了依照本发明原理用于操作示例性发动机的方法；

图5示出了依照本发明原理用于确定相对凸轮轴位置的方法；

图5A示出了用于检测凸轮轴脉冲转变并采集凸轮轴相对位置的数据集的一种示例性方法；

图6是依照本发明示例性实施例的发动机正时图；以及

图7示出了依照本发明原理用于检测以及诊断发动机误构造(mis-build)的方法。

具体实施方式

下列描述本质上仅仅是示例性的，并且决不用于限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，附图中将使用相同的附图标记表示相似的元件。本文所用的措词“A、B和C中的至少一个“应当解释成使用非排他逻辑“或”的逻辑关系(A或B或C)。应当理解，方法中的步骤可以以不同的顺序执行，只要不改变本发明的原理。

本文所用的术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它的具有所述功能的合适部件。

同样，本文所用的术语“相位”、“定相″和“定相的”是指相对于曲轴位置调整凸轮轴位置离开凸轮轴原始位置。术语“凸轮轴原始位置”是指在发动机处于OFF状态时凸轮轴相对于曲轴的预置角位置。在发动机运转期间或在发动机处于ON状态时，可使凸轮轴相对于曲轴转动，并且定相为离开凸轮轴原始位置。

发动机起动事件可开始于启动车辆点火系统的时候，例如，在把点火开关旋转至ON位置时。在启动点火系统时，车辆电气系统向包括发动机控制模块、传感器和致动器的发动机控制系统供电。该发动机控制模块进入发动机起动模式。在起动模式期间，该发动机控制模块启动曲柄事件。在曲柄事件期间，电起动器使曲柄转动并且使发动机保持在起始转速直到启动了发动机的燃料供给和点火。

在发动机起动模式期间，为了使发动机控制模块提供燃料供给和点火指令以驱动发动机，该发动机控制模块确定每个发动机活塞相对于凸轮轴和曲轴的位置。根据每个发动机活塞的相对位置启动燃料供给和点火。在发动机同步事件期间，确定活塞和凸轮轴的相对位置。

在发动机同步事件之后，启用燃料供给和点火。发动机转速提高，电起动器断开，曲柄事件终止。在完成发动机同步化事件的时候，确定凸轮轴(进气和排气)相对于曲轴的位置。在发动机控制模块已经执行了发动机起动程序以起动发动机并使发动机保持在比转速阈值更大的转速的时候，发动机起动模式结束。

通过凸轮轴定相可为各种控制技术调整凸轮轴位置。在确定凸轮轴的原始位置之后，可对凸轮轴定相。在发动机起动模式期间，可将凸轮轴保持在原始位置以允许发动机控制模块确定凸轮轴相对于曲轴的原始位置。在发动机起动模式期间，可将凸轮轴定相为离开原始位置，称之为凸轮轴的“早期定相”事件。例如，可将进气凸轮轴定相成在发动机同步事件之后降低排放物输出。在发动机起动模式期间，将凸轮轴定相为离开原始位置妨碍了确定凸轮轴的原始位置。因此，在发动机起动模式期间，凸轮轴的早期定相可导致不可靠地确定和诊断发动机误构造。

本发明的实施例提供了在发动机起动模式期间用于早期定相凸轮轴的技术，但不会损害对发动机误构造的检测和诊断。

现在参照图1，示出了发动机系统100。发动机系统100包括根据驾驶员输入模块104的输出燃烧空气/燃料混合物从而给车辆产生驱动转矩的发动机102。将空气经由节气门108吸入进气歧管106中。发动机控制模块(ECM)110命令节气门致动器模块112以调节节气门108的开度从而控制吸入进气歧管106中的空气量。

ECM 110中的定相模块114命令相位器致动器模块116，它又操作进气凸轮轴相位器118和排气凸轮轴相位器120。ECM 110包括起动处理模块122、后同步处理模块124和诊断模块126。起动处理模块122在发动机脉冲的第一次检测之后检测凸轮轴相对于彼此的起动相对位置。后同步处理模块124在发动机同步事件之后检测凸轮轴原始位置。诊断模块126确定发动机误构造诊断状况。同步模块127执行发动机同步事件。

将空气从进气歧管106经由进气门130吸入气缸128中。通过排气门132排出废气。进气门130可由进气凸轮轴134致动，而排气门132可由排气凸轮轴136致动。在不同的实施例中，多个进气凸轮轴可致动每个气缸的多个进气门和/或致动多组气缸的进气门。同样地，多个排气凸轮轴可致动每个气缸的多个排气门和/或致动多组气缸的排气门。

通过进气凸轮轴相位器118可使进气门130的打开时间相对于活塞上止点(TDC)发生改变。通过排气凸轮轴相位器120可使排气门132的打开时间相对于活塞TDC发生改变。

进气凸轮轴传感器138检测由进气凸轮轴134驱动并与之同步的第一目标轮(未示出)的齿形。排气凸轮轴传感器140检测由排气凸轮轴136驱动并与之同步的第二目标轮(未示出)的齿形。ECM 110经由相位器致动器模块116控制进气凸轮轴相位器118和排气凸轮轴相位器120。凸轮轴传感器138、140可包括可变磁阻或霍尔效应传感器。

发动机系统100可包括曲轴传感器142，该曲轴传感器检测发动机的曲轴144的转速，单位为转/分钟(RPM)。发动机系统100可包括温度传感器148。发动机系统100还可包括进气歧管绝对压力(MAP)传感器150。

图2中示出了ECM 110。ECM 110可包括控制模式模块152。控制模式模块152可确定发动机运转的各种控制模式，包括发动机起动模式。控制模式模块还提供控制模式信号154给起动处理模块122、后同步处理模块124和诊断模块126。

起动处理模块122可包括凸轮轴检测模块156，该凸轮轴检测模块156根据进气凸轮轴传感器信号138a和曲轴传感器信号142a生成进气凸轮轴位置数据。起动处理模块122还可包括凸轮轴检测模块158，该凸轮轴检测模块158根据排气排气凸轮轴传感器信号140a和曲轴传感器信号142a生成排气凸轮轴位置数据。起动处理模块122可包括区分模块160，该微分模块160确定起动相对位置并且根据来自凸轮轴检测模块156和158的凸轮轴位置信号生成起动相对位置估计值ΔP。

起动处理模块122可在发动机起动模式期间确定起动相对位置ΔP。根据控制模式信号154可确定发动机起动模式。根据来自进气凸轮轴传感器138的进气凸轮轴传感器信号138a、来自排气凸轮轴传感器140的排气凸轮轴传感器信号140a和来自曲轴传感器142的曲轴传感器信号142a，起动处理模块122可生成起动相对位置ΔP的估计值信号162。

后同步处理模块124可接收进气凸轮轴传感器信号138a、排气凸轮轴传感器信号140a、曲轴传感器信号142a和控制模式信号154。控制模式信号154可表明发动机控制什么时候处于发动机起动模式。后同步处理模块124可包括运转状态模块164，该运转状态模块164检测凸轮轴停车状态。根据发动机转速、负荷和/或温度可检测凸轮轴停车状态。在发动机控制已经完成发动机同步事件之后，根据控制模式信号154，运转状态模块164可确定凸轮轴停车状态。后同步处理模块124还可包括原始位置-获知模块172。原始位置-获知模块172确定进气和排气凸轮轴原始位置并且分别生成进气和排气凸轮轴原始位置估计值信号176和178。

当发动机运转状态允许凸轮轴停止时，原始位置-获知模块172更新凸轮轴原始位置。在发动机刚刚起动之后活动的凸轮轴可能不停止。在发动机起动期间非活动的凸轮轴保持停止，在发动机起动后不久出现非活动凸轮轴的原始位置。活动的凸轮轴指的是在发动机起动模式期间定相的凸轮轴。非活动的凸轮轴指的是在发动机起动模式期间保持在原始位置的凸轮轴。

在原始位置-获知模块172确定凸轮轴(进气或排气)的原始位置之后，原始位置数据可存储在非易失性存储器174中用于当前发动机点火循环。原始位置-获知模块172中的数据状况173也进行更新来表明来自当前发动机点火循环的原始位置数据的可用性。发动机点火循环指的是从启用发动机点火到中止发动机点火这段时间。发动机点火循环还可称作钥匙点火循环。原始位置-获知模块172可把之前的发动机点火循环的进气和排气凸轮轴原始位置值发送给诊断模块126。之前的凸轮轴原始位置值也可存储在非易失性存储器174中。

诊断模块126接收起动相对位置ΔP的估计值信号162、来自之前发动机点火循环的进气凸轮轴原始位置估计值H_IN、来自当前发动机点火循环的排气凸轮轴原始位置估计值H_EX、以及控制模式信号154。在诊断模块126检测发动机误构造时，设置诊断故障码(DTC)180并且指向报警模块190。根据估计值信号162、176、178和控制模式信号154可检测发动机误构造。

现在参照图3，其示出了发动机控制事件的示例性正时图。在发动机起动期间，发动机控制事件可包括发动机同步、进气和排气凸轮之间的起动相对位置的确定以及排气凸轮轴原始位置-获知。在发动机开始转动时，或者，当向电力起动机输送电力时在发动机开始转动前的瞬间，可开始发动机起动。当发动机转速超过转速阈值时，可结束发动机起动。

发动机同步可开始于发动机开始转动的时候。排气凸轮轴原始位置-获知可开始在发动机同步之后。发动机误构造诊断校验可开始在排气凸轮轴原始位置-获知之后。排气凸轮轴定相可在发动机误构造诊断校验之后启用。发动机误构造诊断校验可发生在发动机起动结束之前。排气凸轮轴定相可在发动机起动结束之前启用。

在第一次检测曲轴传感器生成的发动机脉冲时，可开始确定进气和排气凸轮轴之间的起动相对位置。进气凸轮定相可在确定起动相对位置之后启用。进气凸轮轴的定相可在启用进气凸轮定相之后开始。可在发动机起动结束之前进行进气凸轮轴定相的启用和进气凸轮轴的定相。进气凸轮轴原始位置-获知可在发动机起动结束之后执行。进气凸轮轴原始位置-获知可在发动机起动之后检测凸轮轴停车状态时执行。

现在还参照图4，其示出了凸轮轴测量和诊断方法200。图1和2的ECM 110的控制可执行方法200的相关步骤。方法200包括基于发动机运转状态和模式的状况的要执行的功能步骤和受监控的判定步骤。方法200可开始于步骤201。

在步骤202，ECM 110监控发动机102的状况。发动机的状况可以是“ON”或“OFF”，表明发动机是否在运转。当发动机处于ON时，控制进入步骤203。否则，ECM 110继续监控发动机102的状况。可根据例如点火系统的致动来检测发动机状况。

在步骤203，ECM 110监控确定进气凸轮轴134和排气凸轮轴136之间的起动相对凸轮轴位置的进程。当已经确定了起动相对凸轮轴位置时，控制进入步骤204。当还没有确定起动相对凸轮轴位置时，控制进入步骤205。

在步骤204，ECM 110监控进气凸轮轴定相是否启用。当未启用进气凸轮轴定相时，控制进入步骤206以启用进气凸轮轴定相。当已经启用了进气凸轮轴定相时，控制进入步骤207。

在步骤205，ECM 110根据进气和排气凸轮轴位置确定起动相对位置。起动处理模块122可执行步骤205。可使用等式1生成起动相对位置ΔP的估计值：

ΔP＝P_EX-P_IN                        (1)

P_EX是排气凸轮轴位置，P_IN是进气凸轮轴位置。由进气凸轮轴检测模块156根据进气凸轮轴传感器信号138a生成进气凸轮轴位置P_IN。由排气凸轮轴检测模块158根据排气凸轮轴传感器信号140a生成排气凸轮轴位置P_EX。在步骤205之后，控制进入步骤207。

在步骤206，ECM 110可启用进气凸轮轴相位器118以在发动机起动模式结束之前使进气凸轮轴134离开原始位置。ECM 110中的定相模块114启用相位器致动器模块116以允许进气凸轮轴134定相。在发动机起动模式期间，相位器致动器模块116可操作进气凸轮轴相位器118。在步骤206，在发动机起动模式期间，凸轮轴相位器118将进气凸轮轴134定相为离开原始位置。

在步骤207，ECM 110监控是否完成发动机同步。当确定了发动机气缸的进气和排气冲程并且启用和同步化了这些气缸的燃料供给和点火事件的时候，完成发动机同步。当发动机同步完成时，控制进入步骤208。否则，控制进入步骤209以执行发动机同步。

在步骤208，ECM 110监控是否完成排气凸轮轴原始位置-获知。当确定了排气凸轮轴136的原始位置时，完成排气凸轮轴原始位置-获知。当排气凸轮轴原始位置-获知完成时，控制进入步骤210。否则，控制进入步骤211以执行排气凸轮轴原始位置-获知。

在步骤210，ECM 110监控是否完成误构造诊断校验。当诊断模块126已经确定诊断状况为PASS或FAIL中的一个时，完成误构造诊断校验。当误构造诊断校验完成时，控制进入步骤212。否则，控制进入步骤213以执行误构造诊断校验。可以根据进气和排气凸轮轴134、136之间的起动相对位置、在步骤211中确定的排气凸轮轴136的原始位置和在前次发动机点火循环中确定的进气凸轮轴134的原始位置确定诊断状况。

在步骤211，ECM 110确定排气凸轮轴136的原始位置。图2中的原始位置-获知模块172可执行步骤211。排气凸轮轴136未被定相为离开原始位置。在排气凸轮轴136保持在原始位置的同时，原始位置-获知模块172接收排气凸轮轴位置信号140a并且生成排气凸轮轴136的原始位置的估计值信号178。

把排气凸轮轴136作为非活动凸轮轴的一个例子，采集与一系列排气凸轮轴传感器信号140a有关的数据。可以基于传感器信号使用均值法确定排气凸轮轴原始位置。均值法包括确定所采集数据的平均值并且生成排气凸轮轴原始位置的估计值，例如使用等式2：

$H_{\mathrm{EX}}\left(k\right)=\frac{\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{EX}}\left(j\right)}{k}---\left(2\right)$

P_EX(j)是第j个检测到的排气凸轮轴原始位置，其中，j是所检测的排气凸轮轴原始位置的数目。H_EX(k)是在对数据平均的k次迭代之后排气凸轮轴原始位置的平均值，并且称作排气凸轮轴原始位置估计值。

在一个实施例中，排气凸轮轴具有凸轮轴位置传感器，该凸轮轴位置传感器生成信号以提供所检测到的排气凸轮轴位置P_EX(j)。在另一实施例中，排气凸轮轴具有多个凸轮轴位置传感器。有了多个传感器，通过取这些凸轮轴传感器的输出值的平均值可以获得用于第j次迭代的每个排气凸轮轴位置P_EX(j)，其中一个例子由等式3给出：

$P_{\mathrm{EX}}\left(j\right)=\frac{P_{\mathrm{EX}-1}\left(j\right)+P_{\mathrm{EX}-2}\left(j\right)+P_{\mathrm{EX}-3}\left(j\right)+P_{\mathrm{EX}-4}\left(j\right)}{4}---\left(3\right)$

原始位置-获知模块172反复更新排气凸轮轴原始位置估计值。每个检测到的位置可用来生成更新的平均值。可监控平均值之间的变化或从平均值到平均值的变化。原始位置-获知模块172监控这些变化以确定这些变化什么时候降低到预定范围内。当这些变化在预定范围之内时，可终止生成排气凸轮轴原始位置估计值或非活动凸轮轴原始位置估计值。举例来说，在一个实施例中，当估计值之间的变化小于预定阈值时，终止生成非活动凸轮轴位置估计值，如等式4所给出的，式中ΔH_TH是预定阈值。

|H_EX(k)-H_EX(k-1)|＜ΔH_TH                        (4)

在另一示例实施例中，当迭代之间的变化始终小于预定数目的连续迭代的预定阈值时，终止生成非活动凸轮轴原始位置估计值。

在步骤212，ECM 110监控排气凸轮轴定相是否启用。当在步骤212未启用排气凸轮轴定相时，控制进入步骤214以启用排气凸轮轴定相。否则，控制进入步骤215。在步骤209、211、213或214之后，控制还进入步骤215。

在步骤213，ECM 110可检测发动机误构造。可由图2的诊断模块126执行步骤213。在发动机起动模式期间，在确定非活动凸轮轴原始位置之后，ECM 110可使用粗略的误构造诊断方法检测发动机误构造。在粗略的误构造诊断方法中，ECM获得在当前发动机点火循环期间所确定的非活动凸轮轴的原始位置估计值和来自前次发动机点火循环的存储在存储器中的活动凸轮轴的原始位置估计值。ECM 110可根据这些原始位置估计值连同在发动机起动时测得的这两个凸轮轴之间的起动相对位置一起，检测发动机误构造。当在发动机起动之后的当前发动机点火循环期间确定活动凸轮轴的原始位置时，可改进粗略的误构造诊断。

在步骤215，ECM 110监控是否完成进气凸轮轴原始位置-获知。当确定进气凸轮轴的原始位置时，完成进气凸轮轴原始位置-获知。当没有确定进气凸轮轴原始位置时，控制进入步骤216。

在步骤216，ECM 110监控凸轮轴停车状态用于更新凸轮轴原始位置(或多个)。根据发动机转速、负荷和/或温度可确定凸轮轴停车状态。根据曲轴传感器信号142a可确定发动机转速。根据来自MAP传感器150的信号可确定负荷。根据来自温度传感器148的信号可确定温度。控制进入步骤218以在检测凸轮轴停车状态时执行进气凸轮轴原始位置-获知。

在步骤218，确定进气凸轮轴134的原始位置。进气凸轮轴134首先恢复到停车位置。按照步骤211中的确定排气凸轮轴136的原始位置的类似方法，图2中的原始位置-获知模块172执行步骤218。当确定了进气凸轮轴134的原始位置时，更新原始位置-获知模块172中的数据状况173以表明来自当前发动机点火循环的进气凸轮轴134的原始位置的可用性。在步骤218之后，控制进入步骤219然后结束。

在一个实施例中，ECM 110可利用当前发动机点火循环的进气和排气凸轮轴原始位置来检测发动机误构造。在步骤216，ECM 110可检测凸轮轴停车状态，并且在步骤218，确定进气和排气凸轮轴的位置。

现在参照图5，其示出了描述确定进气和排气凸轮轴134、136之间的起动相对位置的方法206的流程图。ECM 110的控制可执行方法206的相关步骤。方法200可开始于步骤220。

在步骤221，图2的脉冲凹口模块(pulse notch module)225检测曲轴传感器信号142a的第一脉冲凹口。曲轴脉冲凹口指的是，由于曲轴正时轮的轮齿之间的机械凹口或扩大间隙，曲轴传感器信号例如曲轴传感器信号142a的脉冲之间的扩展低状态。图6示出了示例性的曲轴脉冲凹口244。与曲轴脉冲凹口有关的时间间隔可以等于与多个脉冲有关的时间间隔。在示例的曲轴脉冲凹口244中，与脉冲凹口有关的时间间隔等于两个脉冲的时间间隔。

当检测第一脉冲凹口时，控制进入步骤222。一检测到有效位置脉冲，控制就向前进以确定进气凸轮轴与排气凸轮轴之间的相对位置，而不等待发动机同步事件的发生。进气凸轮轴与排气凸轮轴之间的相对位置的确定不依赖于发动机同步事件。第一脉冲凹口的成功检测可代表用于控制向前进行的有效位置脉冲。否则，控制停留在步骤221。在一个实施例中，对于发动机1到2次转动，在进入步骤222之前控制可停留在步骤221。

在步骤222，ECM 110执行算法初始化。ECM 110可重置数据集计数器223和图2的起动处理模块122中的起动相对位置ΔP的初始值。

在步骤224，脉冲凹口模块225检测之后的曲轴脉冲凹口。当检测下一脉冲凹口时，控制进入步骤226。否则，控制停留在步骤226。

在步骤226，ECM 110重置起动处理模块122的循环计数器227。方法206进入步骤228，在确定起动相对位置ΔP之前，采集基于凸轮轴位置信号的凸轮轴位置数据集。

在步骤228，ECM 110接收凸轮轴位置信号；这些位置信号包括由凸轮轴传感器138、140产生的脉冲。在一个实施例中，这些凸轮轴位置信号可包括进气凸轮轴长短脉冲和排气凸轮轴长短脉冲。可检测各个长短脉冲中从高向低状态的脉冲转变以确定凸轮轴位置。起动处理模块122中的脉冲转变模块229检测凸轮轴脉冲转变。

在一个实施例中，每个进气凸轮轴传感器信号138a和每个排气凸轮轴传感器信号140a可包括每次凸轮轴旋转的多个长脉冲和多个短脉冲，图6示出了一些例子。进气凸轮轴传感器信号138a包括长脉冲，例如进气脉冲A 240a和进气脉冲B 240b。进气凸轮轴传感器信号138a包括短脉冲，例如进气脉冲C 240c和进气脉冲D 240d。排气凸轮轴传感器信号140a包括长脉冲，例如排气脉冲A 242a和排气脉冲B 242b。排气凸轮轴传感器信号140a包括短脉冲，例如排气脉冲C 242c和排气脉冲D 242d。

进气凸轮轴长脉冲240a、240b分别在转变位置A_in和B_in对于第一和第二长脉冲做出转变。进气凸轮轴短脉冲240c、240d分别在转变位置C_in和D_in对于第一和第二短脉冲做出转变。排气凸轮轴长脉冲242a、242b分别在转变位置A_ex和B_ex对于第一和第二长脉冲做出转变。排气凸轮轴短脉冲242c、242d分别在转变位置C_ex和D_ex对于第一和第二短脉冲做出转变。当ECM 110检测凸轮轴脉冲转变时，记录下与凸轮轴脉冲转变相对应的曲轴脉冲计数。

在步骤228，ECM 110还根据进气和排气凸轮轴脉冲转变生成各种脉冲转变数据。ECM 110根据所检测到的转变位置确定第一长脉冲相对位置ΔA、第二长脉冲相对位置ΔB、第一短脉冲相对位置ΔC和第二短脉冲相对位置ΔD：

ΔA＝A_ex-A_in            (5a)

ΔB＝B_ex-B_in            (5b)

ΔC＝C_ex-C_in            (5c)

ΔD＝D_ex-D_in            (5d)

在一个实施例中，第一长脉冲相对位置ΔA和第一短脉冲相对位置ΔC的测量发生在曲轴脉冲凹口上。由于凹口中缺失的曲轴脉冲，与ΔA和ΔC有关的脉冲计数和与ΔB和ΔD有关的脉冲计数不一致。因此，ΔA和ΔC不参加数据处理用于确定起动相对位置。只使用ΔB和ΔD的数据确定起动相对位置。

在步骤230，ECM 110确定是否采集了全套凸轮轴信号数据用于处理。在一个实施例中，当记录下了一组B_ex、D_ex、B_in和D_in时，检测全套凸轮轴信号数据。例如当循环计数器值为4的倍数时，可经由循环计数器值检测全套数据。当采集到全套数据时，方法206进入步骤232以重置循环计数器，并且进入步骤234使数据集计数器加1。

在步骤236，根据进气和排气凸轮轴的第二长脉冲转变位置和第二短脉冲转变位置使用等式6更新起动相对位置ΔP：

$\mathrm{\ΔP}=\frac{\mathrm{\ΔP}*(K-1)+[(B_{\mathrm{ex}}-B_{\mathrm{in}})+(D_{\mathrm{ex}}-D_{\mathrm{in}})]/2}{K}---\left(6\right)$

K是数据集计数器值，代表用于更新起动相对位置ΔP的数据集的数量。

在一个实施例中，在ECM 110执行发动机同步事件之前，执行步骤228中的信号检测和步骤236中的数据计算。在另一个实施例中，在发动机同步事件之前完成步骤228中的信号检测，而在发动机同步事件开始之后可全部地或部分地执行步骤236中的数据计算。

在ECM 110在步骤236更新了起动相对位置ΔP之后，ECM 110确定是否已经完成期望的迭代次数。当在步骤238中数据集计数器值已经达到预定阈值时，方法206在步骤239退出；否则，获得一套新数据并且从步骤224开始对其处理。

在图5A中，示出一种示例性方法228用于检测凸轮轴脉冲转变并采集凸轮轴相对位置的数据集。在步骤250，ECM 110读取当前迭代的曲轴脉冲计数。对于每次迭代，ECM 110在步骤251、253、255和257递归式地评估这些状态来检测凸轮轴脉冲转变。凸轮轴脉冲转变可以是凸轮轴长脉冲或短脉冲转变。

当检测凸轮轴脉冲转变时，在步骤252、254、256和258为脉冲转变记录下曲轴脉冲计数以分别记录相应的位置。每当检测凸轮轴脉冲转变和记录数据时，使循环计数器加1。在图5的步骤230中使用循环计数器来确定是否采集了全套凸轮轴脉冲转变数据。

现在还参照图7，其示出了用于检测发动机误构造的方法218。出于说明的目的，在本文中，进气凸轮轴134用作活动凸轮轴，排气凸轮轴136用作非活动凸轮轴。在步骤272，ECM 110读取在步骤205中所确定的起动相对位置ΔP和在步骤211中所确定的排气凸轮轴原始位置H_EX。

在步骤274，ECM 110读取进气凸轮轴134的原始位置。在发动机起动期间，进气凸轮轴原始位置不能从当前发动机点火循环中获得。当数据状况173表明难以获得当前点火循环的H_{IN_present}时，ECM 110使用前次点火循环的进气原始位置数据H_{IN_previous}设置进气凸轮轴原始位置H_IN，

H_IN＝H_{IN_previous}                    (7)

替换性地，当H_{IN_present}可获得时，ECM 110可使用当前点火循环的进气凸轮轴原始位置数据H_{IN_present}设置进气凸轮轴原始位置H_IN，

H_IN＝H_{IN_present}                     (8)

根据本发明，通过将进气和排气凸轮轴之间的原始位置之差与起动相对位置进行比较可以检测发动机误构造。在良好的发动机运转状态中，凸轮轴原始位置之差和起动相对位置彼此一致，且最小差异小于公差。当正时元件中出现滑动时，能够通过凸轮轴原始位置之差与起动相对位置之间的差异来检测滑动。

在步骤280，ECM 110根据进气和排气凸轮轴原始位置H_IN和H_EX使用等式9确定凸轮轴原始位置之差ΔH：

ΔH＝|H_EX-H_IN|                    (9)

在步骤282，ECM 110根据凸轮轴原始位置之差ΔH和起动相对位置ΔP确定差异量数ΔV

ΔV＝|ΔH-ΔP|                    (10)

在步骤284，差异量数ΔV还与差异阈值ΔV_TH相比较来确定发动机误构造诊断状况。当差异量数ΔV大于差异阈值ΔV_TH时，在步骤286把发动机误构造诊断状况设置成FAIL，

如果ΔV≥ΔV_TH＝＝＞发动机误构造诊断状况＝FAIL    (11)

当差异量数ΔV小于差异阈值ΔV_TH时，在步骤288把发动机误构造诊断状况设置成PASS，

如果ΔV＜ΔV_TH＝＝＞发动机误构造诊断状况＝PASS    (12)

在一个实施例中，ΔV_TH的值为15.6度曲轴角。在另一实施例中，ΔV_TH的值可为15.6度减去预定误差容限。

当发动机误构造诊断状况是“FAIL”时，可由诊断模块126生成诊断故障码(DTC)。DTC发出警告以防止损害发动机。

本发明广泛的教导能够以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定例子，但是本发明的真实范围不会因此受到限制，因为本领域技术人员通过研究附图、说明书和下列权利要求书，会显而易见地理解其他改进。

Claims (10)

1.一种用于操作发动机的方法，包括：

在发动机起动事件期间，当第一凸轮轴处于第一原始位置而第二凸轮轴处于第二原始位置时，确定所述第一凸轮轴与所述第二凸轮轴之间的相对位置，

其中，当所述发动机处于OFF状态时，所述第一原始位置是所述第一凸轮轴相对于曲轴的第一预置角位置，所述第二原始位置是所述第二凸轮轴相对于所述曲轴的第二预置角位置；

生成所述第一原始位置的第一估计值；以及

根据所述相对位置、所述第一估计值和所述第二原始位置的第二估计值诊断发动机的误构造。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述误构造包括连接在所述曲轴与所述第一凸轮轴和所述第二凸轮轴中的至少一个之间的正时元件的滑动。

3.如权利要求1所述的方法，其中，在生成所述第一估计值之前确定所述相对位置。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，根据曲轴位置传感器的有效位置脉冲的检测确定所述相对位置，并且

其中，所述检测独立于发动机同步事件，并且

其中，所述发动机同步事件包括确定发动机活塞相对于所述曲轴的位置。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括启用对所述第二凸轮轴的定相，其中，所述误构造的诊断包括：

确定所述第一估计值与所述第二估计值之间的第一差值，

其中，在第一钥匙点火循环期间生成所述第二估计值，在所述第一钥匙点火循环之后的第二钥匙点火循环期间生成所述第一估计值；

确定所述相对位置与所述第一差值之间的第二差值；以及

根据所述第二差值和误构造阈值确定发动机误构造诊断状况。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括检测曲轴脉冲信号，

其中，通过检测所述曲轴脉冲信号在发动机的N转内确定所述相对位置，N是整数。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述起动事件之后生成所述第二原始位置的第三估计值，

其中，当所述发动机的转速大于转速阈值时结束所述起动事件。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第三估计值的所述生成包括：

根据所述转速、所述发动机的负荷和所述发动机的温度检测所述第二凸轮轴的停车状态；

把所述第二凸轮轴移到所述第二原始位置；以及

在所述第二凸轮轴处于所述第二原始位置之后生成所述第三估计值。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括在确定所述相对位置之后以及在结束所述起动事件之前启用对所述第二凸轮轴的定相，

其中，当所述发动机的转速大于转速阈值时，结束所述起动事件。

10.一种用于操作发动机的系统，包括：

起动处理模块，在发动机起动事件期间，当第一凸轮轴处于第一原始位置而第二凸轮轴处于第二原始位置时，所述起动处理模块确定所述第一凸轮轴与所述第二凸轮轴之间的相对位置，

其中，当所述发动机处于OFF状态时，所述第一原始位置是所述第一凸轮轴相对于曲轴的第一预置角位置，所述第二原始位置是所述第二凸轮轴相对于所述曲轴的第二预置角位置；

后同步处理模块，其：

生成所述第一原始位置的第一估计值，并且

确定所述第二原始位置的第二估计值的数值；以及

诊断模块，其根据所述相对位置、所述第一估计值以及所述数值诊断所述发动机的误构造。

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