CN108350824B - 组合识别内燃机活塞、入口阀和出口阀行程相位差的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于组合识别内燃发动机的气缸的活塞行程相位差、入口阀相位差和出口阀相位差的方法，其中，在操作期间，空气进气通道中的进气空气和/或排气出口通道中的排气的可分配到气缸的动态压力振荡被测量，并且其中，基于测量的压力振荡的各选定信号频率的相位位置，等相位位置线被确定，并且等相位位置线通过投射和相位偏移被带向共同的交点，根据该交点，入口阀行程相位差和出口阀行程相位差以及活塞行程相位差被确定。由此，可以以简单且便宜的方式进行控制正时的特别精确的识别，借此可以实现关于排放、消耗、运行平滑性和功率的优势以及发动机的闭环和开环的可控制性的改进。

Description

组合识别内燃机活塞、入口阀和出口阀行程相位差的方法

技术领域

本发明涉及一种方法，借助于该方法，可通过评估进气空气和/或排气的动态压力振荡而以组合的形式识别操作期间往复活塞式内燃发动机的活塞行程相位差、入口阀的阀行程相位差和出口阀的阀行程相位差，所述振荡在空气进气通道（tract）中和排气出口通道中分别测量。

背景技术

往复活塞式内燃发动机（下文中也将以缩短的形式仅被称为内燃发动机）具有一个或更多个气缸，在每种情况下，一个往复活塞被布置在一个或更多个气缸中。为了说明往复活塞式内燃发动机的原理，以下将参考图1，图1通过示例的方式图示了内燃发动机的气缸以及还有最重要的功能单元，该内燃发动机也可能是多气缸内燃发动机。

相应的往复活塞6以可线性移动的方式布置在相应的气缸2中，并与气缸2一起包围燃烧室3。相应的往复活塞6借助于所谓的连接杆7连接到曲轴9的相应的曲柄销8，其中，曲柄销8相对于曲轴旋转轴线9a偏心布置。由于燃烧室3中的燃料-空气混合物的燃烧，往复活塞6被线性“向下”驱动。往复活塞6的平移行程移动借助于连接杆7和曲柄销8传递到曲轴9，并转化成曲轴9的旋转移动，这促使往复活塞6在其通过气缸2中的底部死点（deadcenter）之后沿相反方向再次“向上”移动足够远直至顶部死点。为了允许内燃发动机1在气缸2的所谓的工作循环期间连续操作，首先需要使燃烧室3填充有燃料-空气混合物，燃料-空气混合物在燃烧室3中被压缩，并且然后被点火并燃烧，从而驱动往复活塞6，并且最后，燃烧之后留下的排气从燃烧室3被排放。该顺序连续重复的结果是内燃发动机1的连续操作，功以与燃烧能量成比例的方式被输出。

取决于发动机的构思，气缸2的工作循环被分成：分布在一个曲轴旋转（360°）上的两个行程（二行程发动机），或分布在两个曲轴旋转（720°）上的四个行程（四行程发动机）。

至今，四行程发动机已被建立成为用于机动车辆的驱动器。在进气行程中，随着往复活塞6向下移动，燃料-空气混合物或者要不然仅新鲜空气（在燃料直接喷射的情况下）从空气进气通道20被引入燃烧室3中。在随后的压缩行程期间，随着往复活塞6向上移动，燃料-空气混合物或新鲜空气在燃烧室3中被压缩，并且在适当情况下，燃料借助于属于燃料供给系统的喷射阀5被分别、直接地喷射到燃烧室3中。在随后的工作行程期间，随着往复活塞6向下移动，燃料-空气混合物借助于火花塞4被点火，伴随着膨胀动作燃烧并膨胀，输出功。最后，在排气行程中，随着往复活塞6的另一向上移动，留下的排气从燃烧室3被排出并进入到排气出口通道30中。

一般地，且尤其在这里被作为基础看待的示例中，燃烧室3相对于内燃发动机的空气进气通道20或排气出口通道30的界定借助于入口阀22和出口阀32来实现。在当前的现有技术下，所述阀借助于至少一个凸轮轴来致动。所示的示例具有用于致动入口阀22的入口凸轮轴23和用于致动出口阀32的出口凸轮轴33。通常还存在另外的机械部件（这里未图示），其设置在阀与相应的凸轮轴之间用于力传递，这些部件还可包括阀游隙补偿装置（例如，筒式挺柱（bucket tappet）、摇杆（rocker lever）、指型摇臂（finger-type rocker）、挺杆（tappet rod）、液压挺柱（hydraulic tappet）等）。

入口凸轮轴23和出口凸轮轴33借助于内燃发动机1自身被驱动。由于该原因，入口凸轮轴23和出口凸轮轴33在每种情况下借助于适当的入口凸轮轴控制适配器24和出口凸轮轴控制适配器34（比如例如齿轮、链轮或带轮）并借助于控制机构40（其具有例如齿轮机构、控制链或有齿的控制带）相对于彼此并相对于曲轴9在预定的位置借助于对应的曲轴控制适配器10（其对应地被形成为齿轮、链轮或带轮）联接到曲轴9。借助于该连接，原则上，入口凸轮轴23和出口凸轮轴33的旋转位置相对于曲轴9的旋转位置被限定。通过示例的方式，图1图示了入口凸轮轴23和出口凸轮轴33与曲轴9之间的借助于带轮和有齿控制带的联接。

在一个工作循环期间由曲轴覆盖的旋转角度将在下文中被称为工作相位，或简单地被称为相位。在一个工作相位内由曲轴覆盖的旋转角度相应地被称为相位角。借助于连接到曲轴9或曲轴控制适配器10的位置编码器43和关联的曲轴位置传感器41可连续地检测曲轴9的相应的当前曲轴相位角。这里，位置编码器可被形成为例如具有大量的齿的齿轮，大量的齿布置成等距地分布在周边上，其中，独立的齿的数目决定了曲轴相位角信号的分辨率。

另外同样可能的是，在适当情况下，借助于对应的位置编码器43和关联的凸轮轴位置传感器42而连续地检测入口凸轮轴23和出口凸轮轴33的当前相位角。

因而，由于预定的机械联接，相应的曲柄销8和与曲柄销8一起的往复活塞6、入口凸轮轴23和与入口凸轮轴23一起的相应的入口阀22、以及出口凸轮轴33和与出口凸轮轴33一起的相应的出口阀32相对于彼此以预定的关系且以取决于曲轴旋转的方式移动，所述功能部件相对于曲轴同步地运行通过相应的工作相位。因此，考虑相应的传动比，往复活塞6、入口阀22和出口阀32的相应的旋转位置和行程位置可相对于曲轴9的由曲轴位置传感器41预先限定的曲轴相位角被设置。因此，在理想的内燃发动机中，可能的是，每个特定的曲轴相位角被分配特定的曲柄销角度HZW（图2）、特定的活塞行程、特定的入口凸轮轴角度及因此特定的入口阀行程，以及还有特定的出口凸轮轴角度及因此特定的出口阀行程。也就是说，所陈述的部件中的所有与旋转的曲轴9成同相，或者成同相地移动。

然而，在现代的内燃发动机1中，可能的是，另外的定位元件例如以整合到入口凸轮轴适配器24和出口凸轮轴适配器34中的方式被设置在曲轴9与入口凸轮轴23和出口凸轮轴33之间的机械联接路径内，该定位元件实现曲轴9与入口凸轮轴23和出口凸轮轴33之间的期望的、可控的相位偏移。在所谓的可变阀驱动器中，这些被称为所谓的相位调节器。

电子可编程发动机控制单元50（CPU）也象征性地被图示，其配备有：信号输入部，用于接收表征内燃发动机操作的各种传感器信号；和信号与功率输出部，用于致动用于控制发动机功能的对应的定位单元和致动器。

为了内燃发动机的最佳操作（关于排放、消耗、功率、运行平滑性等），在进气行程期间被引入燃烧室中的新鲜气体充气（charge）应以最佳可能的精度被获知，以便用于燃烧的另外的参数（比如例如待供给的并可能直接喷射的燃料量）能够与之相协调。在这种情况下，所谓的充气交换，即新鲜气体的进气和排气的排放，高度取决于入口阀22和出口阀32的控制正时（control timing），即取决于相应的阀行程关于时间的分布，该分布与活塞行程关于时间的分布相关。换言之，在操作期间，充气交换取决于入口阀和出口阀的相对于曲轴相位角及因此相对于往复活塞的相位位置的相位位置。

为了确定新鲜气体充气，以及为了使内燃发动机的控制参数与新鲜气体充气相协调，现有技术包含：在所有出现的操作状态下，例如以取决于旋转速度、载荷、可能地可借助于相位调节器被预先限定的阀控制正时、可能地排气涡轮增压器或超级增压器（supercharger）的操作参数等的方式，在所谓的参考内燃发动机上进行测量，并且将所述测量值或其导出值（derivative）或反映特征的模型存储在对应的成批生产的内燃发动机的发动机控制单元上。然后，所有相同类型系列的结构相同、成批生产的内燃发动机以所产生的该参考数据集来操作。

成批生产的内燃发动机的入口阀和出口阀与曲轴相位角或往复活塞位置之间的实际相对位置的相对于参考内燃发动机的理想参考位置的例如由制造公差导致的偏差，即入口阀行程、出口阀行程和可能地活塞行程的相对于由曲轴位置传感器预先限定的相位角或曲轴相位位置的相位差，具有如下影响：实际上吸入的新鲜气体充气偏离作为参考被确定的新鲜气体充气，并且因此，基于参考数据集的控制参数不是最优的。在内燃发动机的操作期间，这些误差可具有关于排放、消耗、功率、运行平滑性等的不利影响。

为了图示成批生产的内燃发动机中出现的可能偏差，以及为了所述偏差的术语限定，以下将参考图2，图2示出了来自图1的内燃发动机，但在图2中，为了更好的概览，被图示在图1中的附图标记被省去，并且仅对应的偏差被标示。

位置编码器的相位角由曲轴位置传感器41检测，从曲轴控制适配器10上布置的该位置编码器43的参考位置开始，存在导致相位位置偏差的多条公差链，下文中，相位位置偏差也被称为往复活塞6的、入口阀22的和出口阀32的相对于理想参考相位位置的相位差。

这里，活塞行程相位差ΔKH例如由曲柄销角度HZW相对于曲轴位置传感器41的参考位置的偏差（所谓的曲柄销角度差ΔHZW）和由连接杆7和往复活塞6的不同尺寸的公差（未图示）导致。

此外，入口阀行程相位差ΔEVH例如由凸轮位置偏差（所谓的入口凸轮轴角度差ΔENW）连同入口凸轮轴控制适配器24和控制机构40的机械公差（未图示）导致。如果存在用于入口凸轮轴的相位调节器，则于是可能地，还考虑入口凸轮轴调节角度ENVW或入口凸轮轴调节角度与设定点的偏差。

通过相同的方式，出口阀行程相位差ΔAVH例如由凸轮位置偏差（所谓的出口凸轮轴角度差ΔANW）连同出口凸轮轴控制适配器24和控制机构40的机械公差（未图示）导致。如果存在用于出口凸轮轴的相位调节器，则于是可能地，还考虑出口凸轮轴调节角度ANVW或出口凸轮轴调节角度与设定点的偏差。

所描述的偏差的可能的原因例如可以是：

-所涉及的机械部件的制造公差和/或组装公差，和

-磨损现象，比如例如控制链或有齿的带的变长，曲轴与凸轮轴借助于控制链或有齿的带联接，以及

-由高机械载荷状态引起的、弹性的或塑性的变形现象。

这里，根据当前的现有技术，对所描述的问题的先前的解决方案原则上在于，检测并定量在参考内燃发动机与成批生产的内燃发动机之间出现的偏差，以便能够通过调适控制参数而实施用于修正或补偿的对应措施。

此外，迄今寻求通过最小化制造及组装公差来抵消该问题。此外，例如，基于阀行程位置、凸轮轮廓等，在相应的静态的成批生产的内燃发动机上测量控制正时，并在组装过程期间对应地调节内燃发动机。

此外，最新已知的系统利用参考点系统（位置反馈）来操作。这里，在每种情况下，可借助于传感器检测的一个位置标记被放置在曲轴上和入口凸轮轴上和/或出口凸轮轴上，或者也在相应的曲轴控制适配器上和入口凸轮轴控制适配器上和/或出口凸轮轴控制适配器上，或者也在可被设置的相位调节器上等。通过这样的方式，可确定曲轴与相应的入口凸轮轴和/或出口凸轮轴之间的相对相位位置，并且可识别相对于期望的参考值的偏差。然后，可在控制单元中借助于对应的控制参数的调适或修正以取决于确定的偏差的方式来抵消所述偏差的不期望的影响。

然而，原则上，借助于该方法仅可识别出现的公差中的一些。例如，由相应的位置标记自身相对于凸轮轴的位置偏差引起的角度偏差，或者由相对于相应的参考位置的入口凸轮轴角度差ΔENW或出口凸轮轴角度差ΔANW引起的角度偏差因此不可能被识别。

比如评估爆震传感器（knock sensor）信号，评估气缸压力信号的另外的方法同样是已知的。此外，US 6,804,997 B1已经公开了用于通过监测并评估进气通道中的压力波动来确定曲轴的相位位置的发动机控制装置。控制装置设计成确定进气空气压力波动，其指示进气空气事件及因此与之相关的曲轴相位位置及其在发动机循环中的对应阶段。控制装置利用这些信息项来确定曲轴旋转速度和曲轴的相位位置，从而控制发动机的燃料喷射和点火特征。在该情况下，入口阀和出口阀的控制正时，即可能地入口阀行程相位差和出口阀行程相位差不被考虑并且在某些情况下可能显著地影响结果。

文献DE 10 2005 007 057已经公开了用于内燃发动机的进气通道中的待以闭环方式控制的节气门（throttle flap）空气流的闭环控制方法，其中，在流体流的闭环控制中，尤其还受到内燃发动机的阀控制正时影响的进气通道中的压力脉动被考虑。由于该原因，压力脉动借助于快速傅里叶变换被分析，并且幅度信息以失真因素被概括，其被考虑作为例如用于节气门空气流的多维数学闭环控制模型的另外的输入变量。借助于该方法不能作出关于内燃发动机的阀控制正时（即还可能的当前的入口阀行程相位差和出口阀行程相位差）的特定结论。

文献DE 35 06 114 A1已经公开了用于内燃发动机的开环或闭环控制的方法，在该方法中，内燃发动机的至少一个操纵变量以取决于操作变量的方式被控制，操作变量包括作为信息的内燃发动机的振荡谱的至少一部分，比如例如气体压力信号。由于该原因，根据所检测的操作变量，包含在其中的值谱作为振荡谱的一部分通过离散傅里叶变换被确定，并被用作测量谱，并与参考谱相比较。然后，以取决于测量谱与参考谱之间的偏差的方式来控制内燃发动机的待控制的操纵变量。借助于该方法同样不能容易地作出关于内燃发动机的阀控制正时和活塞行程位置的特定结论。

文献US 2009 0 312 932 A1公开了用于对内燃发动机内的燃烧执行诊断的方法，其中，借助于快速傅里叶变换，燃烧相位设定值由曲轴角速度产生，将所述值与期望的燃烧相位设定值相比较，并且识别所述值之间的大于可容许的燃烧相位设定差的差。

US 2010 0 063 775 A1中也公开了与以上描述的那些相似的、用于确定参考发动机与成批生产的发动机之间的偏差的方法。

发明内容

本发明基于如下目标：提供引言中描述类型的、简单且便宜的方法，借助于该方法，特别精确地识别入口阀、出口阀和往复活塞的实际相位位置是可能的，和/或可以在内燃发动机的正在进行的操作期间可靠地确定活塞行程相位差ΔKH、入口阀行程相位差ΔEVH和出口阀行程相位差ΔAVH。

根据本发明，所述目标借助于用于在操作期间组合识别成批生产的内燃发动机的气缸的活塞行程相位差、入口阀行程相位差和出口阀行程相位差的方法来实现。

还描述了根据本发明的主题的示例性实施例和改进方案。

在根据本发明的用于在操作期间组合识别成批生产的内燃发动机的气缸的活塞行程相位差、入口阀行程相位差和出口阀行程相位差的方法中，相应的成批生产的内燃发动机的空气进气通道中的进气空气和/或排气出口通道中的排气的可分配到相应的气缸的动态压力振荡在操作期间被测量，并且在每种情况下，对应的压力振荡信号由这些（动态压力振荡）产生。同时，曲轴相位角信号被确定。根据压力振荡信号，利用离散傅里叶变换，测量的压力振荡的各选定信号频率的相对于曲轴相位角信号的相位位置被确定。

此外，方法的特征在于下列另外的步骤：

-基于相应的各选定信号频率的已确定的相位位置，各选定信号频率的等相位位置线被确定，该线取决于入口阀行程相位差和出口阀行程相位差。这利用等相位位置参考线来实现，该参考线被存储在参考线特征图中或借助于相应的模型函数来确定；

-通过向由入口阀行程相位差和出口阀行程相位差生成的共同的平面中投射和已确定的等相位位置线的取决于信号频率的相位偏移，各选定信号频率的已确定的等相位位置线的共同的交点被确定；

-根据各选定信号频率的等相位位置线的已确定的共同的交点，入口阀行程相位差和出口阀行程相位差被确定，以及

-根据已经被执行到各选定信号频率的等相位位置线的共同的交点的相位偏移的值来确定活塞行程相位差。

在内燃发动机的“空气进气通道”的表述下或者还要简单的“进气通道”、“进气系统”或“入口通道”的表述下，本领域技术人员将概括用于将空气供给到气缸的相应的燃烧室并因此限定所谓的空气路径的所有部件。这些（部件）可包括例如空气过滤器、进气管、进气歧管或分配器管或简称的吸入管、节气门阀，以及可能地压缩机和气缸中的进气开口或气缸的入口导管。相比之下，内燃发动机的“排气出口通道”的表述或者简称的“排气通道”或“出口通道”的表述表征的是用于使在燃烧之后从燃烧室出来的排气受控地排放的那些部件。

对于压力振荡信号的分析，压力振荡信号经过离散傅里叶变换（DFT）。为了该目的，被称为快速傅里叶变换（FFT）的算法可被用于DFT的有效计算。借助于DFT，压力振荡信号现在被分解成各单独的信号频率，之后，关于它们的幅度和相位位置，可以以简化的方式分别分析各单独的信号频率。

在目前的情况下，尤其已经发现，压力振荡信号的各选定信号频率的相位位置取决于内燃发动机的阀控制正时和活塞行程。在该情况下，信号频率的相位位置表征的是信号频率信号相对于曲轴旋转角度信号的相对位置。

根据本发明的方法具有如下优点：在没有另外的传感器的情况下，各相位位置（即内燃发动机的入口阀的、出口阀的和往复活塞的当前行程位置）可相对于曲轴相位角被确定并具有高的精度，并因此可被用于充气交换过程的精确计算和用于内燃发动机的控制参数的调节。

在方法的一个实施例中，所述方法描述了在根据本发明的上述方法之前的步骤：对参考内燃发动机进行测量，以便以取决于参考入口阀行程相位差和参考出口阀行程相位差的方式确定空气进气通道中的进气空气的压力振荡信号和/或排气出口通道中的排气的压力振荡信号的各选定信号频率的等相位位置参考线，并且以取决于参考入口阀行程相位差和参考出口阀行程相位差的方式将压力振荡信号的各选定信号频率的等相位位置参考线存储在参考线特征图中。

通过这样的方式，可以以简单的方式实现入口阀行程相位差和出口阀行程相位差以及活塞行程相位差的确定。

以上提及的参考线特征图可有利地被存储在相应的成批生产的内燃发动机的现有发动机控制单元的存储器区域中，并因此可在成批生产的内燃发动机的操作期间被立即可获得地用于以上提及的方法中，无需单独的存储器装置。

有利地，还可能的是，对于相应的信号频率，由压力振荡信号的各选定信号频率的如以上描述的已确定的参考线特征图，得到代数模型函数，该代数模型函数以取决于参考入口阀行程相位差和参考出口阀行程相位差的方式复制压力振荡信号的各选定信号频率的相应的等相位角参考线的分布。通过这样的方式，可获得等相位角参考线的数学公式，其可在用于分析确定等相位位置线的共同的交点及因此用于识别活塞行程相位差、入口阀行程相位差和出口阀行程相位差的另外的方法期间被使用。

在本发明的改进方案中，对于各选定信号频率的如以上描述的已确定的代数模型函数被存储在相应的成批生产的内燃发动机的发动机控制单元的存储器区域中。通过这样的方式，代数模型函数可在控制器中立即被得到，并可容易地用于分别当前确定等相位位置线。因此不需要将包括大量数据并因此引起增加的存储空间要求的对应的参考线特征图存储在存储器中。

在根据本发明的方法的另外的实施例中，基于对应的代数函数进行如下内容：将已确定的等相位位置线投射到由入口阀行程相位差和出口阀行程相位差生成的共同的平面中，以及已确定的等相位位置线的取决于信号频率的相位偏移，以便确定共同的交点。出于该目的，该专利申请中用于方法的改进图示的图表性图示被转变成代数函数或处理操作。在借助于电子的、可编程的处理单元（比如例如对应的发动机控制单元）来执行方法的情况下，这是特别有利的，对应的处理操作可在该电子的、可编程的处理单元上被执行。

在以上提及的设想下，方法可在相应的成批生产的内燃发动机的电子的、可编程的发动机控制单元上执行。这具有如下优点：不需要单独的控制或处理单元，并且方法的算法可被包括到发动机控制程序的对应的时序中。

在本发明的强化的实施例中，在修正或调适已确定的活塞行程相位差、已确定的入口阀行程相位差和已确定的出口阀行程相位差的情况下，例如用于喷射的燃料质量、喷射开始的时间、点火时间、凸轮轴的相位调节器的致动等的控制变量或控制例程的调适在发动机控制器中进行。因此，可能的是，对于相应的成批生产的内燃发动机的真实状况，燃烧过程被优化，并因此使燃料需求和排放值降低。

为了执行根据本发明的方法，各选定信号频率有利地对应于作为基础频率或第一谐波的进气频率和另外的倍数，即内燃发动机的进气频率的第二到第n的所谓“谐波”。

这里，进气频率继而唯一地涉及内燃发动机的旋转速度。于是，对于所述各选定信号频率，考虑到被并行检测的曲轴相位角信号，各选定信号频率相对于曲轴相位角的相位位置（在该上下文中被称为“相位角”）被确定。在等相位位置线的确定中，这产生特别唯一的结果，该结果因此易于评估，因而这导致结果的高精度。

有利地，还可能的是，借助于进气管中的在任何情况下已经设置的成批生产型的压力传感器，从而测量空气进气通道中的进气空气的动态压力振荡。这具有如下优点：不必为此目的设置另外的传感器，并因此不招致用于执行根据本发明的方法的另外的成本。

执行根据本发明的方法所需的曲轴相位角信号可借助于连接到曲轴的齿轮以及借助于霍尔传感器来确定。这样的传感器布置结构在现代内燃发动机中同样已经被设置用于其它的目的。借助于所述传感器布置结构产生的曲轴相位角信号可容易地被根据本发明的方法结合利用。这具有如下优点：不必设置另外的传感器，并因此不招致用于执行根据本发明的方法的另外的成本。

附图说明

参考附图，本发明所基于的关系的详细考虑将在以下被呈现。在附图中：

图1示出往复活塞式内燃发动机的简化示意性绘图；

图2示出根据图1的示意图，其中标示了往复活塞式内燃发动机的重要部件的可能的位置及角度偏差；

图3示出两个三维图表，用于图示空气进气通道和/或排气通道中测量的压力振荡信号的两个选定信号频率的相位位置（PL_SF）与入口凸轮轴角度差和出口凸轮轴角度差的依存关系；

图4示出两个二维图表，用于图示被投射到由入口凸轮轴角度差和出口凸轮轴角度差生成的平面中的、在空气进气通道和/或排气通道中所测量的压力振荡信号的两个选定信号频率的等相位位置线；

图5示出根据图4的二维图表，具有对于入口凸轮轴角度差和出口凸轮轴角度差的特定组合的不同信号频率的等相位位置绘制线；

图6示出如图5中的二维图表，具有在叠加活塞行程相位差的情况下的对于入口凸轮轴角度差和出口凸轮轴角度差的特定组合的不同信号频率的等相位位置绘制线；

图7示出用于图示方法的简化的方块图。

具体实施方式

本发明基于以下认识：

当使“理想”参考内燃发动机上的入口阀行程相位差ΔEVH和出口阀行程相位差ΔAVH变化，并借助于离散傅里叶分析来分析空气进气通道中的进气空气或排气出口通道中的排气的压力振荡信号（下文中简称为压力振荡信号），并且考虑各单独的选定信号频率（在每种情况下，各单独的选定信号频率对应于进气频率或进气频率的倍数）时，尤其发现的是，各单独的选定信号频率的相位位置，即压力振荡信号相对于曲轴相位角信号的相对位置，取决于入口阀行程相位差ΔEVH和出口阀行程相位差ΔAVH。

图3图示了对于进气频率（频率1）和第一谐波（频率2）两个不同信号频率的该依存关系。

为了使入口阀行程相位差ΔEVH和出口阀行程相位差ΔAVH变化，相应的相位调节器被用于该目的，以使入口凸轮轴角度差ΔENW和出口凸轮轴角度差ΔANW在-5°与+5°之间的范围内变化，并且压力振荡信号的相应的信号频率PL_SF的各自关联的相位位置被竖直地绘制在因此生成的ΔENW-ΔANW平面上方。因此，对于每个选定的信号频率，在生成的三维空间中存在产生的、不一样倾斜的“相位表面”100、200。如果与ΔENW-ΔANW平面平行放置的截面平面110、120、210、220现在被放置在相应的信号频率的不同相位位置PL_SF的水平处，则得到与相应的相位表面100、200相交的相应的线，该线可被称为等相位位置线。也就是说，对于沿着这样的等相位位置线放置的所有ΔENW-ΔANW组合，可得到压力振荡信号的选定频率的相同的相位位置。相反地，这意味着压力振荡信号的信号频率的确定的相位位置不能被分配唯一的ΔENW-ΔANW组合。

在频率1的情况下，图3示出了相位表面100，并以示例的方式示出了相位位置260°和265°处的两个截面平面110、120。等相位位置线111是对于相位位置263°获得的，并且等相位位置线121是对于相位位置260°获得的。在频率2的情况下，示出了相位表面220，并以示例的方式示出了相位位置216°和195°处的两个截面平面210、220。等相位位置线211是对于相位位置216°获得的，并且等相位位置线221是对于相位位置195°获得的。

为了进一步检查这些关系，压力振荡信号的各个选定信号频率的等相位位置线现在已经被投射到ΔENW-ΔANW平面中。类似于图3，这在图4中对于频率1和频率2分别图示。在该图示中，也通过对应的附图标记标示了对于频率1的在263°和260°处的对应的等相位位置线111、121以及还有对于频率2的在216°和195°处的对应的等相位位置线211、221。可以看到，不同的选定信号频率的等相位位置线具有不同的梯度。如果基于等相位位置线131、231、331和431，如图5中图示的，使不同的选定信号频率的等相位位置线一个在另一个之上地投射到ΔENW-ΔANW平面中，则可以看到，不同信号频率的等相位位置线恰好在一点处相交，因此这代表单个ΔENW-ΔANW组合。（指出的是，图5和图6中图示的等相位位置线不被认为是来自之前的图中的图示的延续）由于将理想的参考发动机作为基础，因此可假定入口凸轮轴23与入口阀22的以及出口凸轮轴33与出口阀32的直接且不受影响的相互作用，入口凸轮轴角度差ΔENW可被分配特定的入口阀行程相位差ΔEVH，并且出口凸轮轴角度差ΔANW可被分配特定的出口阀行程相位差ΔAVH。

因此，如果假定另外的理想关系，于是因此可能的是，通过确定压力振荡信号的选定信号频率的相位位置，并通过向共同的ΔEVH-ΔAVH平面中投射来考虑和叠加相应的信号频率的已确定的相位位置的已知的等相位位置线，从而确定等相位位置线的单个交点，并由此确定入口阀行程相位差ΔEVH的值和出口阀行程相位差ΔAVH的值。

在进一步测试期间，除了入口阀行程相位差ΔEVH和出口阀行程相位差ΔAVH之外，例如在成批生产的内燃发动机中也可能会被预料到的，往复活塞位置的偏差（所谓的活塞行程相位差ΔKH）现在已被叠加。这里，已经发现，在另外出现活塞行程相位差ΔKH的情况下，选定信号频率的等相位位置线当通过投射到共同的平面中而被叠加时不再相交在单个点处。这在图6中被图示。这里，当等相位位置线被叠加时，多个单独的交点311至315形成。

然而，已经发现，出现的活塞行程相位差ΔKH造成不同信号频率的相应的等相位位置线131、231、331和431的取决于相应的选定信号频率的相位偏移，该相位偏移的值取决于活塞行程相位差ΔKH的值。这里，尤其已经发现，随着频率的增加，相应的等相位位置线的相位偏移的值也增加，具有线性依存关系。因此，如果在对应于第一谐波的信号频率处发生了关联的等相位位置线的值为X的相位偏移，则于是在第二谐波的情况下可预计关联的等相位位置线的2X的相位偏移。

因此，借助于各单独的已确定的等相位位置线131、231、331和431的取决于活塞行程相位差ΔKH的、分别被确定为值X、2X等的对应的相位偏移，可再次找到单个交点。

这里，如以上已经描述的，ΔENW-ΔANW平面中的交点的位置提供关于入口凸轮轴角度差ΔENW和入口阀行程相位差ΔEVH以及还有出口凸轮轴角度差ΔANW和出口阀行程相位差ΔAVH的信息。相比之下，活塞行程相位差ΔKH可根据到等相位位置线131、231、331和431的共同的交点所需的相位偏移的值来确定。

图3至图6中所图表性地图示的关系用于使方法的原理易于理解。所述关系也可基于对应的代数公式不证自明地被体现，并且方法可在该基础上借助于对应的处理操作和程序算法来执行。出于该目的，得到例如对应于等相位位置线的图示的数学-物理模型函数，该模型函数可被用于确定共同的交点和所需的相位偏移。

本发明的用于在操作期间组合识别内燃发动机的活塞行程相位差ΔKH、入口阀行程相位差ΔEVH和出口阀行程相位差ΔAVH的方法基于以上所呈现的认识，并在一个示例中按照如下被相应地呈现：

在内燃发动机的操作期间，空气进气通道中的进气空气的动态压力振荡或排气出口通道中的排气的动态压力振荡或者要不然两个区域中的动态压力振荡被连续测量。相应的测量结果是压力振荡信号。所述压力振荡信号被供给到内燃发动机的控制单元。在控制单元中，借助于存储在其中的程序算法，压力振荡信号经过离散傅里叶变换，并且测量的压力振荡的选定信号频率（优选地内燃发动机的进气频率的第一谐波和另外的谐波）相对于曲轴相位角信号的相位位置被确定。随后，对于各单独的选定信号频率，在每种情况下，基于相应的相位位置，确定一条对应的等相位位置线。在每种情况下，这通过如下进行：要么从参考线特征图选择等相位位置参考线，该参考线特征图对于对应的内燃发动机序列是典型的，并被存储在控制单元的存储器区域中；要么借助于相应的代数模型函数和对应的处理操作和程序算法来计算，该相应的代数模型函数对于对应的内燃发动机序列是典型的，并被存储在控制单元的存储器区域中。

因此已确定的各单独的选定信号频率的等相位位置线于是借助于存储在控制单元中的对应的程序算法被投射到由入口阀行程相位差ΔEVH和出口阀行程相位差ΔAVH生成的共同的平面中，并且如果需要，通过各单独的线的取决于信号频率的相位偏移被带向单个共同的交点。于是可能的是，根据由入口阀行程相位差ΔEVH和出口阀行程相位差ΔAVH生成的平面中的所述共同的焦点的位置，确定入口阀行程相位差ΔEVH和出口阀行程相位差ΔAVH。

如果等相位位置线向所述共同的平面中的投射没有已产生单个共同的交点，则于是必须假定存在另外的活塞行程相位差，如以上讨论的，该活塞行程相位差导致各单独的选定信号频率的相位位置偏移，及因此的对应的等相位位置线沿相同的方向偏移，偏移的值在每种情况下取决于关联的信号频率，也就是说以取决于信号频率的方式偏移。由于相位位置的偏移唯一地涉及活塞行程相位差，因此等相位位置线到单个共同的交点的对应的取决于信号频率的（向后的）偏移导致对于活塞行程相位差ΔKH的特定值。因此，活塞行程相位差可根据已经被执行到各选定信号频率的等相位位置线的共同的交点的相位偏移的值来确定。

为了方法的执行，需要利用具有等相位位置参考线的特定的特征图或对应的代数模型函数。这些取决于结构的类型和内燃发动机的类型序列/多个类型序列的详细的结构设计，并因此必须在典型序列的结构相同的参考内燃发动机上来确定。出于该目的，在参考内燃发动机上，随着入口阀行程相位差ΔEVH和出口阀行程相位差ΔAVH的变化，空气进气通道和/或排气出口通道中的压力振荡信号以最大可能的操作点数目被记录，并经过离散傅里叶变换，并且，各选定信号频率的相位位置以取决于入口阀行程相位差ΔEVH和出口阀行程相位差ΔAVH的方式被存储。这里，必须确保的是，没有活塞行程相位差ΔKH被叠加并歪曲结果。

于是，可能的是，基于因此确定的这些三维数据图，对于各单独的选定信号频率，等相位位置线被确定并被存储在对应的特征图中，或者对于代数模型函数，等相位位置线的计算被确定。

然后，因此确定的特征图和/或模型函数被存储在每个结构相同的成批生产的内燃发动机的控制单元的存储器区域中，并可被用于执行根据本发明的方法。

图7图示了根据本发明的方法的实施例，用于在操作期间组合识别成批生产的内燃发动机的气缸的活塞行程相位差、入口阀行程相位差和出口阀行程相位差，再次以简化方块图的形式示出主要步骤。

在开始处，在操作期间，相应的成批生产的内燃发动机的空气进气通道中的进气空气和/或排气出口通道中的排气的可分配到相应气缸的动态压力振荡被测量，并且对应的压力振荡信号由这些（动态压力振荡）产生，并且同时曲轴相位角信号被确定，如由方块图示的，这些方块被并行地布置，并被标记为DDS（动态压力振荡信号）和KwPw（曲轴相位角）。

然后，由压力振荡信号（DDS），利用离散傅里叶变换（DFT），确定测量的压力振荡的多个选定信号频率（PL_SF_1 … PL_SF_X）的相对于曲轴相位角信号（KwPw）的相位位置，这借助于被标记为DFT（离散傅里叶变换）和PL_SF_1 … PL_SF_X（相应的信号频率的相位位置）的方块被图示。

然后，基于相应的选定信号频率的所确定的相位位置（PL_SF_1 … PL_SF_X），在每种情况下，分别相同的信号频率的一条等相位位置线（L_PL_1 … L_PL_X）被确定，如借助于对应地标记的方块所图示的，该线取决于入口阀行程相位差和出口阀行程相位差。这利用相应的信号频率的等相位位置参考线（RL-PL_1 … PL_PL_X）实现，该参考线被存储在参考线特征图中，或该参考线借助于相应的代数模型函数来确定。出于该原因，在图7中的图表中，被标记为Sp_RL/Rf的存储器被图示，从该存储器可访问其中设置的等相位位置参考线RL_PL_1…X或者要不然对应的代数模型函数Rf(PL_1…X)，用于确定所述线的目的。

随后，如由标记为SPEm（交点确定）的方块图示的，通过向由入口阀行程相位差和出口阀行程相位差生成的共同的平面中投射，并通过已确定的等相位位置线的取决于信号频率的相位偏移，已确定的等相位位置线（L_PL_1 … L_PL_X）的至少一个相应的共同的交点于是被确定。

最后，根据各选定信号频率的等相位位置线（L_PL_1 … L_PL_X）的已确定的交点，入口阀行程相位差（ΔEVH）和出口阀行程相位差（ΔAVH）被确定。根据已经被执行到各选定信号频率的等相位位置线的共同的交点的相位偏移的值，活塞行程相位差（ΔKH）被确定。这通过图7中相应地标记的方块被图示。

此外，图7示出了在上述方法之前的步骤：对参考内燃发动机进行测量，以便以取决于参考入口阀行程相位差和参考出口阀行程相位差的方式确定空气进气通道中的压力振荡信号和/或排气出口通道中的排气的压力振荡信号的各选定信号频率的等相位位置参考线（RL_PL_1…X），并且，如通过标记为RL_PL_1…X的方块象征性地图示的，在每种情况下，以取决于参考入口阀行程相位差和参考出口阀行程相位差的方式将压力振荡信号的各选定信号频率的等相位位置参考线存储在参考线特征图中。

被标记为Rf(PL_1…x)的方块包括得到代数模型函数，基于先前确定的参考线特征图，作为等相位位置参考线函数（Rf(PL_1)…Rf(PL_X)）的代数模型函数以取决于参考入口阀行程相位差和参考出口阀行程相位差的方式复制压力振荡信号的各选定信号频率的相应的等相位位置参考线的分布。

然后，参考线特征图或等相位位置参考线函数被存储在相应的成批生产的内燃发动机的发动机控制单元（CPU）的存储器区域（Sp_RL/Rf）中，它们可在其中被获得，用于执行如以上所讨论的根据本发明的方法。

方块图中围绕对应的方块的由虚线示出的边界象征性地表现了相应的成批生产的内燃发动机的执行方法的电子可编程发动机控制单元50（CPU）之间的边界。

Claims (11)

1.一种用于在操作期间组合识别成批生产的内燃发动机的气缸的活塞行程相位差、入口阀行程相位差和出口阀行程相位差的方法，其中，

-在操作期间，相应的成批生产的内燃发动机的空气进气通道中的进气空气和/或排气出口通道中的排气的可分配到所述气缸的动态压力振荡被测量，并且对应的压力振荡信号由这些动态压力振荡产生，并且其中，曲轴相位角信号同时被确定，

-其中，根据所述压力振荡信号，利用离散傅里叶变换，测量的压力振荡的各选定信号频率相对于所述曲轴相位角信号的相位位置被确定，其特征在于下列另外的步骤：

-基于相应的各选定信号频率的已确定的相位位置，利用等相位位置参考线来确定各选定信号频率的等相位位置线，所述等相位位置线取决于入口阀行程相位差和出口阀行程相位差，所述参考线被存储在参考线特征图中或者借助于相应的代数模型函数来确定；

-通过向由入口阀行程相位差和出口阀行程相位差生成的共同的平面中投射和已确定的等相位位置线的取决于信号频率的相位偏移，确定各选定信号频率的已确定的等相位位置线的共同的交点；

-根据各选定信号频率的等相位位置线的已确定的共同的交点，确定入口阀行程相位差和出口阀行程相位差，以及

-根据已经被执行到各选定信号频率的等相位位置线的共同的交点的相位偏移的值来确定活塞行程相位差。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括下列在前的步骤：

-对参考内燃发动机进行测量，以便以取决于参考入口阀行程相位差和参考出口阀行程相位差的方式确定空气进气通道中的进气空气和/或排气出口通道中的排气的压力振荡信号的各选定信号频率的等相位位置参考线，以及

-以取决于参考入口阀行程相位差和参考出口阀行程相位差的方式将压力振荡信号的各选定信号频率的等相位位置参考线存储在参考线特征图中。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参考线特征图被存储在相应的成批生产的内燃发动机的发动机控制单元的存储器区域中。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对于相应的信号频率，根据压力振荡信号的各选定信号频率的参考线特征图，得到代数模型函数，所述代数模型函数以取决于参考入口阀行程相位差和参考出口阀行程相位差的方式复制压力振荡信号的各选定信号频率的相应的等相位位置参考线的分布。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，用于各选定信号频率的代数模型函数被存储在相应的成批生产的内燃发动机的发动机控制单元的存储器区域中。

6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，基于对应的代数函数进行如下内容：将已确定的等相位位置线投射到由入口阀行程相位差和出口阀行程相位差生成的共同的平面中，以及已确定的等相位位置线的取决于信号频率的相位偏移，以便确定它们的共同的交点。

7.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在相应的成批生产的内燃发动机的电子的、可编程的发动机控制单元上执行。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在修正或调适已确定的活塞行程相位差、已确定的入口阀行程相位差和已确定的出口阀行程相位差的情况下，控制变量或控制例程的调适在发动机控制单元上进行。

9.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述各选定信号频率包括进气频率和内燃发动机的进气频率的另外的倍数。

10.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述动态压力振荡借助于进气管中的成批生产型的压力传感器来测量。

11.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述曲轴相位角信号借助于连接到曲轴的齿轮并借助于霍尔传感器来确定。

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