CN103032165A - 发动机同步方法 - Google Patents

Abstract

一种使4冲程型内燃发动机同步的方法，包括下述步骤：确定与曲轴转两圈的过程中附连于曲轴的目标上存在的基准齿一样多的合理假设，其与在启动时发动机循环中基准气缸的两个上止点中的一个上止点的位置有关；从曲轴启动开始，检测附连于曲轴的目标的基准边沿以及附连于凸轮轴的目标的上升边沿或下降边沿经过，每个目标与检测器相关从而产生用于所述曲轴和凸轮轴的位置传感器；在从曲轴启动开始的曲轴当前位置，使用检测的边沿的位置，通过将检测的边沿的位置与对应于确定的假设的边沿的位置进行比较来排除对启动时气缸的所述上止点的位置所做的一个或多个假设；和当除一个假设之外的所有假设都被排除时，同步终止。

Description

发动机同步方法

技术领域

本发明总体涉及内燃发动机的操作，并且更具体地讲，涉及这种发动机的同步。

背景技术

使内燃发动机同步必需准确地识别运动部件（活塞、曲轴、凸轮轴等）的位置及发动机循环的瞬时（不管后者是2冲程型发动机还是4冲程型发动机），从而车载电子设备能够以内燃发动机的正确操作所需的精确性和准确度来控制该发动机。

已知的同步方法实现了这样的算法：能够根据由发动机内安装的传感器检测的曲轴和凸轮轴的位置确定发动机的位置。所述传感器与附连于所述曲轴和凸轮轴以与所述曲轴和凸轮轴一起旋转的带齿目标合作。

例如，这些算法工作如下：

·在算法初始化后，认为曲轴的角度位置被包括在发动机循环包含的区间内（对于4冲程型发动机来说，在0°至720°的范围内），

·发动机启动，每当检测到事件时，算法就根据下面将解释的预定关系缩减初始区间，

·在已经检测一定数量的事件后，区间缩减到与曲轴的初始位置对应的单一值，于是能够使发动机同步。

如所指出的，对于4冲程型发动机，这种算法应用了假设和预定关系，尤其是在附连于曲轴的目标上检测到的边沿和附连于凸轮轴的目标上检测到的边沿之间的预定关系。例如，如果发动机中存在的凸轮轴包括设置有N个齿的带齿目标，则能够采用这样的初始假设，即，凸轮轴的位置位于目标的齿的边沿0和边沿N之间。然后，每当检测到事件时，可能性降低，其中，所述事件可为附连于曲轴的目标的齿边沿或者附连于凸轮轴的目标的齿边沿经过。实际上，附连于凸轮轴的目标的不同齿边沿的角度位置是不规则的和已知的。对它们来说，附连于曲轴的目标的齿边沿在几何学上是等距的（除了为了在目标上形成“基准齿”而去除的一连串齿之外）。因此，通过测量附连于凸轮轴的目标的第一边沿和第二边沿之间的角度旋转（由在附连于曲轴的目标上检测的齿的数量限定），能够排除某些初始假设。因此，所有这些算法都是基于附连于凸轮轴的目标的齿的边沿的检测和所述目标的唯一形式的重构。一旦附连于凸轮轴的目标被明确识别，由于在4冲程循环中，凸轮轴旋转一周，所以发动机的位置是可知的，即，知道了凸轮轴的位置等于知道了发动机在其发动机循环中的位置。

然而，已经发现这样的算法存在缺陷，尤其是在附连于凸轮轴的目标的边沿之间或附连于曲轴的目标的基准齿和附连于凸轮轴的目标的边沿之间的角度距离太小的情况下。实际上，在检测位置后，为了考虑传感器的误差和机械误差，应用了公差阈值。因此，如果距离太小，则由于它们看起来相等，所以在公差阈值内不能将它们相互区分。

此外，对于曲轴的目标具有角度上不等距的多个基准齿的发动机的同步，不能使用这样的算法，而这是相当普遍的。

在这种情形下，现有技术的算法不能控制发动机的同步。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种能够补救上述缺陷的同步方法。

本发明的目的还在于提出一种可以在任意的内燃发动机构造中实现的方法。

此外，本发明的目的在于提出一种比现有方法更快的同步方法。

为此，本发明提出了一种利用基于发动机的气缸0的两个上止点中的一个（例如，压缩上止点）的位置的初始假设的同步方法，应该记住的是，除了上止点之外曲轴上的基准点应该合适。在下文中，所述的位置表示为TDC0（来自“上止点”的缩写）。实际上，正如我们所知道的，在4冲程发动机循环中，因此包括进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程，一个活塞有两个上止点，一个在压缩冲程上，一个在排气冲程上。本发明根据选择对一个上止点的位置使用了初始假设。

因此，更具体地讲，本发明涉及一种使4冲程型内燃发动机同步的方法，所述4冲程内燃发动机包括至少一个气缸，所述至少一个气缸包括在上止点和下止点之间运动的活塞，活塞的运动驱动曲轴和齿轮轴，所述方法包括下述步骤：

·确定与曲轴转两圈的过程中附连于曲轴的目标上存在的基准齿一样多的合理假设（plausible hypotheses，或似乎可能/合理的假设），所述合理假设与在启动时发动机循环中基准气缸的两个上止点中的一个上止点的位置有关，

·从曲轴启动开始，检测附连于曲轴的目标的基准边沿以及附连于凸轮轴的目标的上升边沿或下降边沿经过，每个目标与检测器相关从而产生用于所述曲轴和凸轮轴的位置传感器，

·在从曲轴启动开始的曲轴当前位置，使用检测的边沿的位置，通过将检测的边沿的位置与对应于确定的假设的边沿的位置进行比较来排除对启动时气缸的所述上止点的位置所做的一个或多个假设，和

·当除一个假设之外的所有假设都被排除时，同步终止。

在实现这种方法的环境中，借助安装在发动机上的传感器来执行对附连于曲轴的目标的基准边沿和附连于凸轮轴的目标的上升边沿（或下降边沿）经过的检测。

因此，这个方法的原理在于在启动时，对气缸的两个可能上止点中的一个确定上止点的合理位置（例如，优选地为压缩上止点）进行假设，然后利用对附连于凸轮轴的目标的边沿的每次检测来确认或否定这些假设中的一个或多个。因此，无需系统地等待检测曲轴的目标和凸轮轴的目标的边沿的肯定事件的唯一组合或无需使用总确定性方案，从而在启动时使发动机同步。

从这些目标的结构已知附连于凸轮轴的目标和附连于曲轴的目标的边沿的位置，所述位置通过分配链路相关联，并且正如所知的，存储在发动机计算机的存储器中。因而，从存储在电子计算机（例如，发动机计算机）中的信息已知与所确定假设对应的边沿的位置，所确定假设与基准气缸的两个上止点中的一个的位置相关。

至于在附连于曲轴的目标上检测的基准边沿，这些用于起所执行的不同测量、确定和比较的基准的作用。

与之前已知的方法不同，这种方法能够在所有可能的目标构造中使发动机同步。该方法借助电子计算机（例如，发动机计算机）来实现，并且能够提供稳固解决方案。

在本发明的具体实施例中，根据发动机的机械构造和发动机循环，对启动时气缸的所述上止点的位置所做出的每个假设，建立在附连于凸轮轴的目标上检测的边沿的可能性的初始列表，名为CAM_PLAUS_LIST。

因此，在这个列表中，第i位表示上升边沿或下降边沿i的可能性。这里，术语“可能性”应该理解为指的是可采用两个可能值（即，“真”或“假”）的事件。

在排除在执行不同的测试之后的不合理的边沿的同时，该列表将在该方法中被更新。

有利地：

·对于列表CAM_PLAUS_LIST的每个元素，确定在发动机循环中附连于凸轮轴的目标的连续边沿是否应该出现在附连于曲轴的目标的基准边沿之前，

·在该确定为否定的情况下，从列表CAM_PLAUS_LIST删除对应的元素。

在另一实施例中：

·在附连于曲轴的目标上检测基准边沿，

·确定与启动时所述上止点在发动机循环中的位置相关的多个合理假设，

·对于每个假设，从列表CAM_PLAUS_LIST确定附连于凸轮轴的目标的边沿的出现时序表。

因此，在附连于凸轮轴的目标上检测的上升边沿和下降边沿的列表乘以在TDC0上的估计次数。然后将对每个假设更新这些列表，并且之后将在本申请中描述这些列表。

当列表为空的时，这意味着相关的TDC0位置（也就是说对应的假设）是不可能的，并且必须被排除。

当只有单个TDC0假设仍为可能时，发动机被同步。

在另一实施例中：

·对与启动时所述上止点在发动机循环中的位置相关的每个合理假设，检查边缘是否应该出现在附连于凸轮轴的目标上检测的最后边缘和当前位置之间，

·在所述检查证明为否定的情况下，排除对应的假设。

有利的是，在目标上观察到的边沿为上升边沿。

本发明还涵盖一种实施上述方法使4冲程型内燃发动机同步的装置。

附图说明

本发明的其它优点和具体特征将从下面作为非限制性示例给出并参照附图的描述中显现：

-图1a、1b和1c代表在根据本发明的方法中执行的第一同步测试；

-图2a和2b代表在根据本发明的方法中执行的第二同步测试；

-图3a和3b代表在根据本发明的方法中执行的第三同步测试；

-图4示出了根据本发明的方法的总体过程。

具体实施方式

图1a示出了从曲轴（曲线CRK）和凸轮轴（CAM）的位置传感器获得的信号的趋势。在来自凸轮轴的位置传感器的信号的趋势上，可以看到编号从1到5的五个上升边沿，这五个上升边沿与这个说明性示例中选择的凸轮轴目标的具体几何形状对应。竖直箭头标注了同步测试的开始，TDC0点标注了气缸0的上止点的实际位置。

图1b和图1c示出了对TDC0的两个合理假设进行的测试的实施方式（图1b为TDC0刚好在附连于曲轴的目标上检测的第一基准边之后，图1c为TDC0在附连于曲轴的目标上检测的第一基准边之前很久）。

在图1b中，假定TDC0在同步测试的开始时还没经过并且将在附连于曲轴的目标上检测的第一基准边沿之后到达。同步测试在竖直箭头处开始。在TDC0的每次估计之后，在附于凸轮轴的目标上检测的上升边沿被编号为1、2、3、4和5。更具体地讲，可能的边沿的列表为{1,2,3,4,5}。

当检测到附连于曲轴的目标的第一基准边沿时，确定在附连于凸轮轴的目标上检测的最后上升边沿，最后上升边沿已经在所述基准边沿之前被检测。通过检查如曲线CAM_Theo所示的来自凸轮轴的位置传感器的信号的理论趋势和如曲线CAM_Ret所示的事实上观察到的实际趋势来进行上述确定，其中，所述理论趋势基于考虑到由于各种不确定性而导致的位置公差的初始假设，所述曲线CAM_Ret在此提供了附连于凸轮轴的目标上检测的上升边沿比CAM_Theo预测的上升边沿更晚地意外出现但仍然在所提供的不确定区域内。因此，给定附连到凸轮轴的目标上检测的上升边沿，看起来仅仅边沿4和5是在图1b的情况下可以考虑的边沿。因而，列表缩减为{4,5}。

相比而言，在图1c中假定TDC0在同步测试开始时经过。因此，当同步开始时，在竖直箭头的点处，来自凸轮轴的位置传感器的信号上的上升边沿1、2和3已经经过，但是边沿4和5没有经过。因此，看起来仅仅曲线CAM_Ret的凸轮轴目标的边沿3为该第二种情形中的可能选项。

因此，完成该第一测试后，情形如下：

·对于用TDC0Estim#1表示的关于TDC0的第一假设（TDC0在同步测试开始时还未经过），在附连于凸轮轴的目标上检测的上升边沿的合理的列表缩减为{4,5},以及

·对于用TDC0Estim#2表示的关于TDC0的第二假设（TDC0在同步测试开始时经过），合理的凸轮轴上升边沿的列表缩减为{3}。

因为没有列表是空的，所以在这个阶段两个TDC0假设仍为合理的。于是需要等待在附连于凸轮轴的目标上检测的下一上升边沿，以便排除对与TDC0的位置相关的假设的不确定性。

本发明提出通过增加第二测试从而能够得出更快和更可靠的结论来改进所述方法。

图2a和图2b示出了在根据本发明的方法中执行的第二测试。

出于教导的原因，其在与图1a至图1c所表示的不同的说明性示例（发动机启动位置和附连于凸轮轴的目标的边沿的位置不同）中阐述，但是精明的做法在于使用第二测试作为对附连于凸轮轴的给定目标的第一测试的补充。

这个测试被称为“最后事件测试”，包括观察位于当前情形和所检测的最后事件之间的给定区间。对于合理假设TDC0Estim#1和TDC0Estim#2中的每个假设，确定在可能的凸轮边缘的列表中是否有一些应该出现在该区间内。

因此，在情况TDC0Estim#1下，如图2a所示，边沿4和5应该出现在所讨论的位于竖直箭头和附连于曲轴的目标上检测第一基准边沿之间的区间内。现在，由于实际上没有事件发生（在该情况下TDC0的位置仍然是图1a表示的位置-更具体参见图2b的附连于凸轮轴的目标的相同示例），所以这意味着假设TDC0Estim#1是不合理的。

在假设TDC0Estim#2的情况下，发现没有边沿应该出现在这个区间内，实际上这个区间是空的。因此，假设TDC0Estim#2仍然是唯一一个合理的。

在该情况下，测试使之能够确定气缸0的上止点TDC0的实际位置，因此使发动机同步。

图3a和图3b示出了在根据本发明的方法中执行的第三测试。根据配置，可在先前的测试之后进行这个测试，例如，在利用所述的先前测试不能使发动机同步的情况下。

发动机启动位置一方面再次与图1b和图1c中示出的发动机启动位置不同，另一方面与图2a和图2b中示出的发动机启动位置也不同，并且附连于凸轮轴的目标的边沿的位置也不同，但是TDC0的位置仍然为图1a中表示的位置-更具体地参见图3b的附连于凸轮轴的目标的相同示例。

对于位置TDC0的每个假设，这个测试基于对所述位置和在来自凸轮轴的位置传感器的信号上检测的下一上升边沿之间的距离的估计。然后，将所述距离与附连于凸轮轴的目标的上升边沿的有效理论位置进行比较。

因此，在图3a中，凸轮轴的上升边沿的估计位置位于圆点处。现在，事实上发现编号从1到5的上升边沿均没有出现在该估计中。因此，第一假设的合理上升边沿的列表（其仅包括上升边沿{5}）现在为空的，这意味着在第一种情形下测试的假设TDC0Estim#1是不合理的。

另一方面，在图3b中，对位置TDC0Estim#2进行相同的测试。事实上发现，在对编号4进行估计时，上升边沿有效地出现。因此，上升边沿的列表被更新：上升边沿5被排除，且上升边沿4被保留。因此，列表缩减为{4}。由于该列表不是空的，所以这意味着假设TDC0Estim#2是合理的。

图4示出了根据本发明的方法的过程。第一曲线CRK示出了来自曲轴的位置传感器的信号的趋势。第二曲线CAM示出了来自凸轮轴的位置传感器的信号的趋势。

水平箭头表示与曲轴的720°旋转对应的完整的4冲程型发动机循环。然而，与现有技术方法不同，根据本发明的方法的优势在于，曲轴的720°循环并不环回（loop）。因此，在第三曲线上发现，曲轴的角度达到了超过曲轴旋转2圈的值。

第三曲线上的点对应于不同的样本，或者执行先前描述的测试之一的点。

因而，这样的方法能够使连接至各种可能的曲轴或凸轮轴目标轮廓的所有发动机构造同步，甚至是最复杂的发动机构造，因为所执行的测试的数量并不受循环结束的限制，并且可组合各种测试来一个接一个地排除假设且得到单个合理假设（对应于发动机的同步），其中，由于对边缘的出现或者在时间上太接近的边缘的出现的高不确定性，现有技术的方法将不能相当简单地得到结论。

此外，在局限于研究检测基准边沿之后的曲轴720°的旋转的现有技术的方法中，当目标的轮廓使得附连于凸轮轴的目标的边沿位于靠近这些720°的位置时，使发动机同步是非常困难的，甚至是不可能的。根据本发明的方法不是如此，如果之前万一发动机没有被同步，根据本发明的方法能够超越720°的限制。

已经利用带齿目标描述了本发明，但是本发明可以应用于任何类型的目标，例如光学的或磁性的。类似地，在不以任何方式脱离本发明的情况下，可在不以上升边沿和/或下降边沿为优选的情况下对信号进行处理。

Claims (7)

1. 一种使4冲程型内燃发动机同步的方法，所述4冲程型内燃发动机包括至少一个气缸，所述至少一个气缸包括在上止点和下止点之间运动的活塞，活塞的运动驱动曲轴和凸轮轴，所述方法包括下述步骤：

确定与曲轴转两圈的过程中附连于曲轴的目标上存在的基准齿一样多的合理假设，所述合理假设与在启动时发动机循环中基准气缸的两个上止点中的一个上止点的位置有关；

从曲轴启动开始，检测附连于曲轴的目标的基准边沿以及附连于凸轮轴的目标的上升边沿或下降边沿经过，每个目标与检测器相关从而产生用于所述曲轴和凸轮轴的位置传感器；

在从曲轴启动开始的曲轴当前位置，使用检测的边沿的位置，通过将检测的边沿的位置与对应于确定的假设的边沿的位置进行比较来排除对启动时气缸的所述上止点的位置所做的一个或多个假设；和

当除一个假设之外的所有假设都被排除时，同步终止。

2. 如权利要求1所述的同步方法，其中，根据发动机的机械构造和发动机循环，对启动时气缸的所述上止点的位置所做出的每个假设，建立在附连于凸轮轴的目标上检测的边沿的可能性的初始列表，名为CAM_PLAUS_LIST。

3. 如权利要求2所述的同步方法，包括下述步骤：

对于列表CAM_PLAUS_LIST的每个元素，确定在发动机循环中附连于凸轮轴的目标的连续边沿是否应该出现在附连于曲轴的目标的基准边沿之前；

在该确定为否定的情况下，从列表CAM_PLAUS_LIST删除对应的元素。

4. 如上述权利要求中的任一项所述的同步方法，包括下述步骤：

在附连于曲轴的目标上检测基准边沿；

确定与启动时所述上止点在发动机循环中的位置相关的多个合理假设；

对于每个假设，从列表CAM_PLAUS_LIST确定附连于凸轮轴的目标的边沿的出现时序表。

5. 如权利要求4所述的同步方法，包括下述步骤：

对与启动时所述上止点在发动机循环中的位置相关的每个合理假设，检查边缘是否应该出现在附连于凸轮轴的目标上检测的最后边缘和当前位置之间，

在所述检查证明为否定的情况下，排除对应的假设。

6. 如上述权利要求中的任一项所述的同步方法，其中，在目标上观察到的边沿是上升边沿。

7. 一种实施如上述权利要求中的任一项所述的方法使4冲程型内燃发动机同步的装置。

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