CN104110317B - 用于确定内燃机的传感器轮的扇区时间的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定内燃机传感器轮（10）扇区时间的方法，其中所述传感器轮（10）抗扭转地与所述内燃机的曲轴（11）相连接，其中沿着所述传感器轮（10）的周边布置了标记（12a、12b、12c、12d、12e），并且其中所述内燃机的曲轴（11）在所述扇区时间里扫过预先确定的角度范围（SA、SB）。将齿时间确定为在所述传感器轮（10）的相应两个标记之间的、时间上的间隔，将低通滤波应用到所确定的齿时间上，并且将经过滤波的齿时间确定为所述低通滤波的结果。作为所述传感器轮特定数目的彼此先后相随的标记的、经过滤波的齿时间的总和来确定所述传感器轮（10）的扇区时间。

Description

用于确定内燃机的传感器轮的扇区时间的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定内燃机的传感器轮的扇区时间（Segmentzeit）的方法。

背景技术

燃烧断火导致了在内燃机的运行中所散发的有害物质的上升，并且除此以外可能导致在所述内燃机的排气系统中的催化器的损坏。为了满足用于对与废气相关的功能进行监控的法律要求，需要在整个转速及负载范围内对燃烧断火进行识别。在这方面，可能的情况是，在具有燃烧断火的运行中出现所述内燃机的、相对于无断火的正常运行的、表示出特征的变化。通过对于这些转速曲线的比较，可以在无断火的正常运行与有断火的运行之间进行区分。

为此，可以为每个气缸的活塞运动的特定的范围分配被称为“扇区（Segment）”的曲轴角度范围。这些扇区比如可以通过在与所述曲轴相耦合的传感器轮上面的标记来实现。在所述扇区时间里所述曲轴扫过这个角度范围，所述扇区时间尤其取决于在燃烧冲程中所转化的能量。燃烧断火导致在点火同步时所检测到的扇区时间的上升。因此，扇区时间的差代表着用于内燃机的运转不稳定性的尺度。

所述传感器轮的标记关于其所定义的位置易受机械的公差、下面称为“齿误差”的影响，由此可能歪曲所测量的扇区时间。这些齿误差可以在齿误差适应的过程中通过合适的算法求得，并且可以得到校正。不过，对于这种“齿误差适应”来说，在所定义的内燃机状态中来运行所述内燃机，这引起巨大的开销，并且尤其在所述内燃机的正常的运行过程中不能得到实现。因而可能出现较长的、无“齿时间适应”、并且由此无“齿误差校正”的周期，在所述周期中可能歪曲所确定的扇区时间。

现在向本领域的技术人员提出的任务是，提供一种可行方案，以便以简单的方式确定内燃机传感器轮扇区时间并且其中对所述传感器轮标记的机械的公差进行补偿。

发明内容

按照本发明，建议一种具有权利要求1所述特征的、用来确定内燃机传感器轮扇区时间的方法。有利的设计方案是从属权利要求的及以下面说明的主题。

本发明的优点：

所述按本发明的方法代表着一种可以容易地实现的可行方案，该可行方案可以确定所述传感器轮的扇区时间并且其中对所述传感器轮标记的机械的公差进行补偿。在此可以利用所述内燃机的已经存在的组件和构件，而不需要对于所述内燃机进行改装或者改动。

在这种情况中所述传感器轮抗扭转地与所述内燃机的曲轴相连接。作为替代方案或者补充方案，所述传感器轮也可以抗扭转地与所述内燃机的凸轮轴相连接。沿着所述传感器轮的周边，尤其基本上等距地布置了所述标记。齿时间被确定为在所述传感器轮的相应两个标记之间的、时间上的间隔。

在这种情况中比如借助于检测器、比如磁性的传感器来对所述传感器轮的标记进行探测，并且确定测量信号、比如电的电压信号。从这种关于时间的、模拟的、连续的测量信号中可以将下述时刻确定为齿时间：在此时刻一个标记经过所述检测器。通过这种方式，将数字的齿时间信号确定为一系列属于各个标记的齿时间。

由于所述传感器轮的标记的、机械的公差，这些齿时间可能会被歪曲。本发明以以下认识为基础：可以将所述传感器轮的标记的、由于机械的公差而偏离所定义的位置的偏差近似地假定为正常分布。因此，所述标记的、在所述传感器轮的有利地较大的扇区的范围内偏离所定义的位置的、平均的偏差趋向于零。传统的用统计方法对所述标记的齿时间求平均的方式，虽然会对平均的偏差进行补偿，但是各个标记的、绝对的偏差会保持下来，并且所述扇区时间会继续被歪曲。

按照本发明，将低通滤波应用到各个特定的齿时间上或者应用到所述齿时间信号上。可以将这种低通滤波直观地与滑顺的（gleitender）平均值的形成进行比较。将经过滤波的齿时间确定为这种低通滤波的结果。由此有效地滤出各个标记的、偏离所定义的位置的偏差。将所述传感器轮的扇区时间确定为所述传感器轮的特定数目的彼此先后相随的标记的、这些经过滤波的齿时间的总和。

有利地较大的扇区的扇区时间由此差不多未被歪曲，并且不含齿误差。对于具有四个气缸的内燃机来说，比如可以将180°的扇区视为足够大。由此不需要实施一种“齿误差适应（Zahnfehleradaption）”。对于所述按本发明的方法来说，不需要在特殊的运行模式或者所定义的内燃机状态中来运行所述内燃机。所述按本发明的方法可以在所述内燃机的正常的运行过程中来实施，并且可以被集成到所述内燃机的控制仪中。所述按本发明的扇区时间确定方案由此可以用于所述内燃机的极为不同的功能，比如用于精确地确定所述内燃机的转速或者用于调节凸轮轴运动。

有利地为所述低通滤波如此选择极限频率，从而最多以一种导通值（Durchlasswert）为幅度、也就是说比如最多以10%的幅度来抑制所述内燃机的点火频率及较低的频率。作为替代方案或者补充方案，优选如此选择所述极限频率，从而至少以一种抑制值为幅度、也就是说比如最少以90%的幅度来抑制所述内燃机的双倍的点火频率及较高的频率。有利地根据相应的使用目的来预先给定所述滤波特性曲线的陡度、导通值和抑制值（Dämpfwert）。由此实现这一点：仅仅通过所述燃烧过程所引起的频率份额进入到扇区时间计算当中。由此避免混叠效应。通过对于所述极限频率的有利的选择，由此实现所述低通滤波的可靠的滤波质量。

“点火频率”一般来说描述了每时间单位的一定数目的点火事件。以可以从以[min^-1]计的转速n和缸数N中以(n/60)*(N/2)这个公式来为四冲程发动机计算以 [s^-1]计的点火频率f。所述点火频率对于所述滤波来说作为采样频率起作用。因为所述极限频率与所述采样频率相关，但是所述采样频率随着转速而变化，所以有利的是，规定所述标准化的频率ω=2πf。为了不违反探测标准，所述标准化的频率涉及0…π的范围。

在本发明的一种有利的设计方案中，所述低通滤波器是FIR滤波器（具有有限的脉冲响应的滤波器），尤其是滑顺-平均值-滤波器。所述经过滤波的齿时间作为所述FIR滤波器的结果从所述齿时间信号的、有限的、刚刚过去的过去时间中来确定。直观地讲，对于FIR滤波器和滑顺-平均值-滤波器来说，由“n”个彼此先后相随的（必要时不同地经过加权的）齿时间形成一个总和，并且将该总和除以“n”。而后将n个数值的组连续地相应地以一个节拍为幅度继续移动，并且每次重新形成所述平均值。所述结果是一组经过滤波的、已经通过低通滤波器的齿时间。

优选借助于特定的扇区时间来实施对于所述内燃机的运转不平稳性的监控。与所述“齿误差适应”相比，所述按本发明的、用于进行扇区时间确定的方法也在所述内燃机的连续的运行过程中以简单的方式确定未歪曲的、用于所述扇区时间的数值。本发明由此尤其适合于对于所述内燃机的运转不平稳性的、持久的实时监控。

优选将转速梯度确定为彼此先后相随的扇区时间的差。因为所述内燃机的各个气缸的燃烧断火导致在点火同步时所检测到的扇区时间的上升并且扇区时间的差代表着用于所述内燃机的运转不平稳性的尺度，所以来自按照本发明所确定的扇区时间的转速梯度特别适合于对所述内燃机的运转不平稳性进行监控。在这种情况中尤其可以监控，所述转速梯度是否达到一种预先给定的阈值。

如果所述转速梯度达到所述预先给定的阈值，则优选识别到所述内燃机的燃烧断火。在这种情况下，比如可以通过报警信号灯来向使用者、比如机动车的驾驶员通报燃烧断火。此外，可以保存关于所述燃烧断火的频次和更为详细的情况的信息，用于供以后的保养或者维修作业所用。

按本发明的计算单元、比如机动车的控制仪尤其在程序技术方面被设立用来实施按本发明的方法。

以软件的形式来实现所述方法的做法也是有利的，因为尤其在一种执行方法的控制仪还用于其它的任务并且因此本来就存在时这种做法引起的成本特别低。合适的、用于提供计算机程序的数据载体尤其是磁盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD-ROM、DVD以及类似更多的数据载体。也可以通过计算机网络（互联网、内联网等等）来下载程序。

本发明的其它优点和设计方案从说明书和附图中获得。

不言而喻，前面提到的和下面还要解释的特征不仅能够以相应所说明的组合、而且也能够以其它的组合或者单独地使用，而不离开本发明的范围。

附图说明

借助于实施例在附图中示意性地示出本发明，并且下面参照附图对本发明进行详细描述。其中：

图1是一种装置的示意图，该装置构造用于执行按本发明的方法的一种实施方式；并且

图2是按本发明的方法的一种实施方式的、作为框图的示意图。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了一种装置，该装置构造用于执行按本发明的方法的一种优选的实施方式。

传感器轮10抗扭转地与机动车的内燃机（在图1中未示出）的曲轴11相连接。所述传感器轮10的周边或者边缘具有标记12a、12b、12c、…。比如用60-2个齿来扩展了传感器轮，对于所述60-2个齿来说所述标记分别以6°的间隔来布置。

所述传感器轮10可以被划分为多个、尤其是基本上等距的扇区。在图1的特殊的实例中，将所述传感器轮10在所述标记12a与标记12e之间划分为两个分别为180°的扇区SA和SB。

比如一个扇区SA或者SB对于具有四个气缸的内燃机来说相当于一次180°的曲轴运动和所述内燃机的活塞的一次活塞行程。作为一次活塞行程，在此是指所述活塞在上死点OT与下死点UT之间的运动。

一种检测器构造为霍耳传感器13。所述霍耳传感器13布置在所述传感器轮10的边缘的附近，并且通过线路14与所述内燃机的控制仪15相连接。所述控制仪15被设立用于实施按本发明的方法的一种实施方式。

在所述内燃机的运行中，所述曲轴11以及由此还有所述传感器轮10转动。每个标记的开始在所述检测器13中产生电压脉冲。所属的电压信号在图1中示意性地作为图表U(t)来示出。

所述控制仪15对所述电压信号U(t)进行测评，并且实施按本发明的方法的一种实施方式，借助于图2对该方法2进行解释。其中在图2中作为框图示意性地示出了按本发明的方法的一种实施方式。

在步骤101中，正如上面所解释的那样，由所述检测器13检测一种电压信号。在步骤102中，对所述电压信号进行测评。从各个电压脉冲中确定这样的一些时刻：在这些时刻检测到属于相应的标记的电压脉冲。作为齿时间来确定这些时刻的时间上的间隔。由此，将数字的齿时间信号确定为一系列属于各个标记的齿时间。

在步骤103中，将低通滤波应用到所述齿时间信号上，也就是应用到特定的齿时间上。在这种特殊的实施例中，将FIR滤波应用到所述齿时间上。其中从所述特定的齿时间t_zahn中，根据以下公式来算出经过滤波的齿时间t_filter：

其中N是所述FIR滤波的阶（Ordnung）并且C(i)是所述FIR滤波的系数，所述系数由本领域的技术人员有利地比如借助于数学的软件工具来确定。其中为每个单个的齿时间t_zahn计算所述滤波算法。

在步骤104中，从所确定的、经过滤波的齿时间t_filter中计算扇区时间t_segment。比如对于表征一次在活塞的上死点（扇区开始A）与活塞的下死点（扇区结束B）之间的活塞行程的扇区SA或者SB来说适用：

通过这种方式所确定的扇区时间t_segment可以用于所述内燃机的不同的功能，这一点示范性地通过附图标记200、300或者400来示出。

在情况200中，将所述扇区时间用于实施对于内燃机的运转不平稳性的监控。在步骤201中，作为彼此先后相随的扇区时间t_segment的差来确定转速梯度。在步骤202中检查，所述转速梯度是否达到、尤其是低于一种预先给定的阈值。如果是这种情况，那就由此检测到所述内燃机的燃烧断火。

在步骤301中，将所述扇区时间t_segment用于确定所述内燃机的转速。在步骤401中将所述扇区时间t_segment用于调节所述内燃机的凸轮轴运动。

Claims (10)

1.用于确定内燃机传感器轮（10）扇区时间的方法，其中所述传感器轮（10）抗扭转地与所述内燃机的曲轴（11）相连接，其中沿着所述传感器轮（10）的周边布置了标记（12a、12b、12c、12d、12e）并且其中所述内燃机的曲轴（11）在所述扇区时间里扫过预先确定的角度范围（SA、SB），其中

-作为在所述传感器轮（10）的相应两个标记（12a、12b、12c、12d、12e）之间的时间上的间隔来确定（102）齿时间；

-将低通滤波应用到所确定的齿时间上，并且作为所述低通滤波的结果来确定（103）经过滤波的齿时间；

-作为所述传感器轮特定数目的、彼此先后相随的标记（12a、12b、12c、12d、12e）的经过滤波的齿时间的总和来确定（104）所述传感器轮（10）的扇区时间。

2.按权利要求1所述的方法，其中如此选择低通滤波器的极限频率，从而最多以一种导通值为幅度来抑制所述内燃机的点火频率及较低的频率。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中如此选择低通滤波器的极限频率，从而至少以一种抑制值为幅度来抑制所述内燃机的双倍的点火频率及较高的频率。

4.按权利要求1或2所述的方法，其中低通滤波器是FIR滤波器。

5.按权利要求1或2所述的方法，其中低通滤波器是滑动-平均值-滤波器。

6.按权利要求1或2所述的方法，其中借助于所确定的扇区时间来实施对于所述内燃机的运转平稳性的监控（200）。

7.按权利要求1或2所述的方法，其中作为彼此先后相随的扇区时间的差来确定（201）转速梯度，并且检查（202）所述转速梯度是否达到预先给定的阈值。

8.按权利要求7所述的方法，其中如果所述转速梯度达到所述预先给定的阈值，则识别出所述内燃机的燃烧断火。

9.计算单元（15），该计算单元设立用于实施按前述权利要求中任一项所述的方法。

10.机器可读的存储介质，具有保存在其上面的带有程序代码措施的计算机程序，所述程序代码措施在其在按权利要求9所述的计算单元（15）上执行时促使计算单元（15）实施按权利要求1到8中任一项所述的方法。