CN102791964A - 用于在曲轴传感器故障时运行内燃机的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在曲轴传感器故障时运行内燃机的方法，其中所述内燃机（1）具有至少两个凸轮轴（8、9、10、11），并且由取自所述凸轮轴（8、9、10、11）的信号推导出所述内燃机（1）的转速和/或位置。为了在曲轴应急运行期间也能改善内燃机的排气特性，仅应用所述第一凸轮轴（11）用来确定所述内燃机（1）的转速和/或位置，而第二凸轮轴（8、9、10）在其旋转角度方面进行调整，以便调整在所述内燃机（1）的由所述第二凸轮轴（8、9、10）驱动的进气阀或排气阀（6、7）上能改变的阀传动装置。

Description

用于在曲轴传感器故障时运行内燃机的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种在曲轴传感器故障时运行内燃机的方法，其中内燃机具有至少两个凸轮轴，并且由取自凸轮轴的信号推导出内燃机的转速和/或位置，并且还涉及一种实施该方法的装置。
背景技术
在当今的机动车中重要的是，精确地确定内燃机的转速，因为该参数会输入到机动车的大量控制和调整过程中。通常，从曲轴的旋转速度中推导出该转速，该曲轴通过在燃烧过程中产生的机械能量来驱动。曲轴在此由曲轴传感器来探测，该曲轴传感器检测曲轴的转速和位置。该信号通过合适的传感器提供，该信号作为用于内燃机的转速和/或位置的量度标准在控制设备中进行评估。同时确定内燃机的喷射和点火时间点。
在曲轴传感器信号失灵或故障时，控制设备切换为曲轴应急运行，其中内燃机的位置由凸轮轴的位置来决定，该凸轮轴同样由曲轴来驱动。用于该曲轴应急运行的前提条件是，凸轮轴相对于曲轴固定在确切的位置中，以便能精确地确定内燃机的位置。因此凸轮轴不能再用于在内燃机的不同运行范围调整凸轮轴，因此会使内燃机的排气特性变差。
发明内容
因此本发明的目的是，给出一种方法和一种装置，用来在曲轴传感器故障或失灵时运行内燃机，其中在曲轴应急运行时也能改善内燃机的排气特性。
按本发明，所述目的通过以下方式得以实现：仅应用所述第一凸轮轴用来确定所述内燃机的转速和/或位置，而第二凸轮轴在其旋转角度方面进行调整，以便调整在所述内燃机的由所述第二凸轮轴驱动的进气阀或排气阀上能改变的阀传动装置。其优点是，内燃机的在曲轴应急运行期间确定的转速或位置可只通过唯一一个凸轮轴可靠且精确地来确定。此外，还可借助第二凸轮轴来调整可变的阀打开时间。通过第二凸轮轴的旋转可改善内燃机的排气特性，其中还可在曲轴应急运行期间保留排气特性的积极影响。调整阀打开时间的匹配使得内燃机的效率提高，这可实现功率和转矩获取或节约燃料。
有利的是，第一凸轮轴相对于由内燃机驱动的曲轴占据参考位置，并且相对于所述曲轴以预先给定的传动比进行旋转，其中所述凸轮轴的旋转运动由凸轮轴传感器来探测。调整参考位置引起了：使凸轮轴的运动关于曲轴的运动实现固定且明确的配属，因此从中能够可靠地确定内燃机的位置。
在一种变型中，位于相对于所述曲轴的参考位置中的第一凸轮轴打开和/或关闭所述内燃机的所述排气阀，而被加载旋转的第二凸轮轴打开和/或关闭所述内燃机的所述进气阀。在调整凸轮轴时，进气阀和排气阀控制时间根据转速来改变，以便在所有的转速范围内都能实现尽量有效的汽缸填充。减少废气的期望效果仅通过凸轮轴的旋转就已经能够实现，该凸轮轴控制进气阀。因此，凸轮轴足以用来调整可变化的阀传动装置。
在一种设计方案中，在使用多于两个凸轮轴的情况下，仅所述第一凸轮轴保持在相对于所述曲轴的参考位置中，而其余的凸轮轴在其旋转角度方面进行调整。因为除了凸轮轴以外，其它所有凸轮轴都用来操纵进气阀或排气阀，所以能实现可变化的阀传动装置的最佳调整，这一点体现在在曲轴应急运行期间内燃机的改善的排气特性上。在应用多个凸轮轴时，不仅调整进气凸轮轴，而且调整排气凸轮轴，其控制着内燃机的排气阀。此外，排气凸轮轴的这种调整还能附加地实现改变内部的废气再循环，其形式是氧化氮排放的下降。此外，进气和排气凸轮轴的同时调整还可提高进气阀或排气阀在其打开时间方面的重叠的可能性，这还可更好地优化内燃机中的气流。
此外，根据由所述凸轮轴传感器探测的内燃机转速和/或位置，所述凸轮轴在其旋转角度方面进行调整。因为凸轮轴的调整会引起改变相对于曲轴的旋转角度，并且其与内燃机的获知的转速有关，所以在曲轴应急运行的情况下，旋转角度可根据借助第一凸轮轴确定的转速来测定。
在一种改进方案中，在调整其旋转角度时，由所述曲轴驱动的所述凸轮轴从其相对于所述曲轴预先给定的位置中移位，以便改变所述内燃机的所述进气阀或排气阀的控制时间。该调整能简单地以机械方式实现，因为在曲轴和凸轮轴之间设置有液压的相位调整器,该相位调整器为了实现力传递而定位在每个凸轮轴的端部上。
在另一种实施方式中，所述第二凸轮轴在所述第二凸轮轴的调整范围内在两个固定预设的旋转角度之间进行调整。由此降低了用于相位调整器的控制成本。此调整范围典型地是60°凸轮轴。
可选地，所述第二凸轮轴无级地在所述凸轮轴的调整范围内进行调整。尽管控制复杂，但在凸轮轴进行无级调整时，能够舒适地对内燃机的不同运行状态做出反应，并因此有利地调整内燃机的排气特性。
本发明的改进方案涉及一种用于在曲轴传感器故障时运行内燃机的装置，其中所述内燃机具有至少两个凸轮轴，并且由取自凸轮轴旋转的信号测得所述内燃机的转速和/或位置。为了在曲轴应急运行期间也能改善内燃机的排气特性，仅应用所述第一凸轮轴用来确定所述内燃机的转速，并且还存在使所述第二凸轮轴在其旋转角度方面进行调整的器件，以便调整在所述内燃机的由所述第二凸轮轴驱动的所述进气阀或排气阀上可变化的所述阀传动装置。通过该系统，即使在曲轴应急运行期间也可改善内燃机的排气特性。
在一种构造方案中，所述第一和第二凸轮轴在其各自旋转运动方面由控制设备来控制，其中所述控制设备与所述凸轮轴传感器相连接，所述控制设备将所述第一凸轮轴调整到相对于所述曲轴的参考位置中，所述凸轮轴传感器探测所述第一凸轮轴的旋转运动，所述控制设备从其中确定了所述内燃机的转速和/或位置，并且根据测得的所述内燃机的转速来触发与所述第二凸轮轴相连接的调整装置，以用来旋转所述第二凸轮轴的旋转角度。除了仅借助一个凸轮轴来精确地确定内燃机的位置或转速以外，在曲轴应急运行期间也可借助第二凸轮轴来调整可变化的阀打开时间。通过优化新鲜空气和燃料之间的比例，通过第二凸轮轴的旋转可改善内燃机的排气特性，其中在曲轴应急运行期间也可保持对排气特性的积极影响。在此使用适合的调整机构作为调整元件，其以电或液压的方式工作，并且该调整简单地以机械方式实现，并且其为了实现力传递而定位在每个凸轮轴的端部上。
附图说明
本发明允许大量实施例。借助在附图中图示详细阐述了其中一个实施例。其中：
图1示出了具有4个凸轮轴的V形内燃机的原理结构；
图2以原理图示出了曲轴传感器和凸轮轴传感器在图1中的V形内燃机中的布置；
图3示出了具有凸轮轴调整器的凸轮轴。
具体实施方式
相同的特征用相同的附图标记来标出。
图1示出了V形的内燃机1的原理图。在此，内燃机1的汽缸2呈V形地设置在两个平面3、4中，其中曲轴5定位在这两个平面3、4 的交叉处上。每个平面3、4都典型地称为工作台（Bank）。每个汽缸2都设置有一个或多个进气阀6和排气阀7。新鲜空气和燃料通过进气阀6输送到内燃机1的各个汽缸2中，而汽缸2的燃烧产物以废气的形式借助排气阀7从内燃机1中排出。汽缸2的第一平面3的进气阀6与第一凸轮轴8相连，而第一平面3的排气阀7由第二凸轮轴10驱动。类似地，汽缸2的第二平面4的进气阀通到第三凸轮轴9处，而第二平面4的排气阀7与第四凸轮轴11共同工作。在每个凸轮轴8、9、10、11上为每个阀2设置有未详细示出的偏心凸轮（突起）。因为凸轮轴围绕着自己的轴线旋转，其中通过借助凸轮的旋转运动将旋转运动转换成短距的纵向运动，所以打开了属于凸轮的进气阀6或排气阀7。在凸轮继续旋转的情况下，阀6、7又通过阀弹簧19（图3）关闭。
在曲轴5上，在一端部上设置有形式为齿轮的转速传感器轮12，这一点在图2中在描画出的内燃机1的旁边示出。该转速传感器轮12具有确定数量的、由铁或钢制成的轮齿13，它们连续地设置在转速传感器轮12的外周上并且被一个空缺或多个空缺14中断。与转速传感器轮12相对地设置曲轴传感器15，其探测轮齿和空缺14，其中磁场被轮齿13中断，曲轴传感器15借助磁体将该磁场撑开，由此交流电压感应到曲轴传感器15的线圈中，该线圈将该感应电流传输给控制设备16以用于进行评估。曲轴传感器轮12的空缺14表示：曲轴5结束了一转，其中汽缸2的一工作循环结束。
在每个凸轮轴8、9、10、11上设置凸轮轴传感器轮17，该凸轮轴传感器轮在图2中只是在凸轮轴9的例子上示出。该凸轮轴传感器轮17同样具有轮齿，该轮齿由空缺中断。当然，凸轮轴传感器轮17不是像曲轴传感器轮12一样不同地，所述曲轴传感器轮具有60-2个轮齿，而凸轮轴传感器轮17在此实施例中只有3个轮齿。
凸轮轴8、9、10、11通过未详细示出的传动装置由曲轴5驱动，其中该传动装置具有这样的传动比，即凸轮轴8、9、10、11旋转得仅为曲轴5的一半快。
为了通过凸轮轴8、9、10、11来改变进气阀或排气阀的控制时间，各个凸轮轴8、9、10、11相对于曲轴5以一定的角度旋转。凸轮轴8、9、10、11的调整与内燃机1的转速相关地来实现，并意味着：进气阀或排气阀6、7的打开相对于曲轴5的曲柄角进行改变。为此，例如使用液压的凸轮轴调整器20，如其在图3中结合凸轮轴9进行描述。如已阐述的那样，传动装置的齿轮21使凸轮轴9转动。同样与控制设备16相连接的并且由控制设备来触发的凸轮轴调整器20将凸轮轴9的位置朝向齿轮21移位，从而阀2迟早关闭，因此可提高内燃机1的效率。
进气阀或排气阀的打开时间的重叠尤其会从根本上影响内燃机1的性能。具有较小重叠的内燃机1在低转速时具有更高的转矩。通过较大的重叠可实现内燃机1的更高的最大功率。
现在如果确定：曲轴传感器5提供了明显有故障的输出信号或根本不再提供信号，则控制设备16切换到所谓的曲轴应急运行中，借助该曲轴传感器不仅确定内燃机1的转速，而且还确定其位置。在此曲轴应急运行中，内燃机1的四个凸轮轴8、9、10、11中的一个被带到相对于曲轴5的参考位置。在本实施例中，这是凸轮轴11，其控制汽缸2的第二平面4的排气阀7。通过该参考位置，在凸轮轴11和曲轴5的运动之间产生了固定的关联，由此可确切地确定马达位置。在该凸轮轴11上在一端部上设置有凸轮轴传感器轮17，其与凸轮轴传感器18对置（图2）。同时，设计成霍尔传感器的曲轴传感器15的磁场通过凸轮轴传感器轮17的各个轮齿改变，其作为信号传输至控制设备16，该控制设备从此信号中推导出内燃机1的转速和位置。
其余的三个凸轮轴8、9、10可供使用，它们不必用来确定内燃机1的速度和转速，由此内燃机1的排气特性可通过调整两个进气凸轮轴8、9和其余的排气凸轮轴10来改善。由于以所述方式和方法使用多个凸轮轴，所以可调整进气和排气控制时间，它们在内燃机1的所有转速范围内都可实现尽量有效的汽缸填充。

Claims (10)

1. 一种在曲轴传感器故障时运行内燃机的方法，其中所述内燃机（1）具有至少两个凸轮轴（8、9、10、11），并且由取自所述凸轮轴（8、9、10、11）的信号推导出所述内燃机（1）的转速和/或位置，其特征在于，仅应用所述第一凸轮轴（11）用来确定所述内燃机（1）的转速和/或位置，而第二凸轮轴（8、9、10）在其旋转角度方面进行调整，以便调整在所述内燃机（1）的由所述第二凸轮轴（8、9、10）驱动的进气阀或排气阀（6、7）上能改变的阀传动装置。
2. 按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一凸轮轴（11）相对于由所述内燃机（1）驱动的所述曲轴（5）占据参考位置，并且相对于所述曲轴（5）以预先给定的传动比进行旋转，其中所述凸轮轴（11）的旋转运动由凸轮轴传感器（18）来探测。
3. 按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，位于相对于所述曲轴（5）的参考位置中的所述第一凸轮轴（11）打开和/或关闭所述内燃机（1）的所述排气阀（7），而被加载旋转的第二凸轮轴（8、9、10）打开和/或关闭所述内燃机（1）的所述进气阀（6）。
4. 按权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在使用多于两个凸轮轴（8、9、10、11）的情况下，仅所述第一凸轮轴（11）保持在相对于所述曲轴（5）的参考位置中，而所述其余的凸轮轴（8、9、10）在其旋转角度方面进行调整。
5. 按权利要求4所述的方法，其特征在于，根据由所述凸轮轴传感器（18）探测的内燃机（1）转速和/或位置，所述凸轮轴（8、9、10）在其旋转角度方面进行调整。
6. 按权利要求5所述的方法，其特征在于，在调整其旋转角度时，由所述曲轴（5）驱动的所述凸轮轴（8、9、10）从其相对于所述曲轴（5）预先给定的位置中移位，以便改变所述内燃机（1）的所述进气阀或排气阀（6、7）的控制时间。
7. 按上述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述第二凸轮轴（8、9、10）在所述第二凸轮轴（8、9、10）的调整范围内在两个固定预设的旋转角度之间进行调整。
8. 按权利要求1至6中至少一项所述的方法，其特征在于，所述第二凸轮轴（8、9、10）无级地在所述凸轮轴（8、9、10）的调整范围内进行调整。
9. 一种用于在曲轴传感器故障时运行内燃机的装置，其中所述内燃机（1）具有至少两个凸轮轴（8、9、10、11），并且由取自凸轮轴旋转的信号测得所述内燃机（1）的转速和/或位置，其特征在于，仅应用所述第一凸轮轴（11）用来确定所述内燃机（1）的转速和/或位置，并且还存在使所述第二凸轮轴（8、9、10）在其旋转角度方面进行调整的器件（16、20），以便调整在所述内燃机（1）的由所述第二凸轮轴（8、9、10）驱动的所述进气阀或排气阀（6、7）上可变化的所述阀传动装置。
10. 按权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一和第二凸轮轴（8、9、10、11）在其各自旋转运动方面由控制设备（16）来控制，其中所述控制设备（16）与所述凸轮轴传感器（18）相连接，所述控制设备将所述第一凸轮轴（11）调整到相对于所述曲轴（5）的参考位置中，所述凸轮轴传感器探测所述第一凸轮轴（11）的旋转运动，所述控制设备（16）从其中确定了所述内燃机（1）的转速和/或位置，并且根据测得的所述内燃机（1）的转速来触发与所述第二凸轮轴（8、9、10）相连接的调整装置（20），以用来旋转所述第二凸轮轴（8、9、10）的旋转角度。
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