CN110139978A - 四冲程内燃机中的汽缸检测 - Google Patents

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Abstract

这里公开了一种用于四冲程内燃机(2)中的汽缸检测的装置(4)。装置(4)包括连接到曲轴(6)的第一盘(16)以及连接到凸轮轴(12)的第二盘(18)，第一盘(16)包括第一标记(M11‑M13)，在每个第一标记内有间隙角(α)，第二盘(18)包括与汽缸数量相同个数的第二标记(M21‑M26)。第一标记(M11‑M13)布置在第一盘(16)上，或者各第一标记(M11‑M13)相对于彼此布置在第一盘(16)上，并且第二标记(M21‑M26)相对于彼此布置在第二盘(18)上，使得对于每个间隙角(α)，在第一盘(16)与第二盘(18)之间的不同相对旋转位置处，相关的第一标记(M11‑M13)可以通过第一传感器(20)检测到并且相关的第二标记(M21‑M26)可以通过第二传感器(22)检测到。

Description

四冲程内燃机中的汽缸检测
技术领域
本发明涉及一种用于四冲程内燃机中的汽缸检测的装置、一种包括用于汽缸检测的装置的四冲程内燃机、以及一种用于四冲程内燃机中的汽缸检测的方法。本发明还涉及一种用于执行四冲程内燃机中的汽缸检测方法的计算机程序和计算机程序制品。
背景技术
内燃机包括汽缸，每个汽缸具有活塞，活塞布置成在相关汽缸的汽缸孔中往复运动。内燃机的控制系统配置成控制内燃机的各种功能，诸如当相关活塞靠近点火上止点时，燃料喷射到汽缸中。因此，控制系统需要特定活塞何时到达其点火上止点的指示，或者至少哪个特定活塞将要到达其点火上止点的指示。为此目的，内燃机的飞轮可以设置有一个标记，用于确定内燃机的曲轴的特定位置。从该一个标记计数或计算曲轴每个转数的活塞的相关点火上止点位置。如果计数丢失，或者当发动机要启动时，曲轴必须旋转直到检测到一个标记，之后发动机控制系统可以充分控制燃料喷射到发动机的各个汽缸中。
US5469823公开了一种用于多缸内燃机中的汽缸检测的传感器装置。燃式发动机具有曲轴传感器和凸轮轴传感器，该曲轴传感器具有带有参考标记的增量盘，该凸轮轴传感器具有长段和短段以及各段之间的短中间空间和长中间空间。借助于对通过两个传感器提供的脉冲序列的共同评估，可以确定高相位和低相位的长度。由于在评估期间考虑了参考标记，因此减少了凸轮轴传感器盘上的不同段长度的数量，并且可以实现明确的汽缸检测。曲轴信号和凸轮轴信号的评估允许控制内燃机。在曲轴传感器发生故障的情况下，内燃机的紧急运行可以仅借助于凸轮轴传感器实现。
US5329904公开了一种用于区分发动机的每个汽缸的发动机控制装置，并且包括具有表示发动机的曲轴角度的配置的曲柄角转子，以及可操作地与曲柄角转子相关联以根据曲柄角转子的配置产生曲柄角信号的曲柄角传感器。曲柄角转子的配置包括第一和第二静音部分。第一静音部分与曲柄角传感器配合，以构成用于产生曲柄角信号的第一级非脉动分量的部分。第二静音部分与所述曲柄角传感器配合，以构成用于产生曲柄角信号的第二级非脉动分量的部分。还提供了一种具有表示凸轮轴角度的配置的凸轮角转子，其与凸轮角传感器可操作地相关联，用于产生凸轮角度信号，以提供相对于曲柄角转子的第一和第二静音部分的多种不同类型的信号水平序列。汽缸识别装置基于曲柄角信号的非脉动分量的水平和凸轮角信号的信号水平序列来区分发动机的每个汽缸。
US6575136公开了一种用于检测内燃机中的曲柄角位置的装置，其中与曲轴互锁的第一旋转器在旋转方向上具有多个可检测部分。提供第一旋转器上的可检测部分，使得相邻的空间几乎彼此相等。与凸轮轴互锁的第二旋转器在旋转方向上具有多个可检测部分。提供第二旋转器上的可检测部分，使得每个由在一个旋转方向上的至少两个连续角度间隔组成的排列彼此不同。利用这种配置，可以确定内燃机的冲程。
发明内容
本发明的目的是提供一种替代装置，其被配置用于区分四冲程内燃机的每个汽缸。
根据本发明的一个方面，该目的通过一种用于四冲程内燃机中的汽缸检测的装置来实现。四冲程内燃机包括曲轴、至少两个汽缸以及连接到曲轴的凸轮轴，每个汽缸具有一个活塞。曲轴在凸轮轴执行360度旋转的同时执行720度旋转。每个活塞连接到曲轴并在其汽缸中往复运动，每个活塞布置成呈现与在曲轴的720度旋转中的曲轴的顶部旋转位置相对应的一个点火上止点位置。曲轴的间隙角在每个顶部旋转位置之间延伸。该装置包括：
连接到曲轴的第一盘，第一盘包括在每个间隙角内的第一标记，
连接到凸轮轴的第二盘，该第二盘包括与汽缸数量相同个数的第二标记，
固定的第一传感器，用于检测该第一标记或各第一标记，
固定的第二传感器，用于检测第二标记，以及
燃式发动机控制单元，其配置为接收来自第一传感器和第二传感器的各信号。该第一标记布置在第一盘上，或者各第一标记相对于彼此布置在第一盘上，并且第二标记相对于彼此布置在第二盘上，使得对于每个间隙角，在第一盘与第二盘之间的不同相对旋转位置处相关的第一标记可以通过第一传感器检测到并且相关的第二标记可以通过第二传感器检测到。
由于该第一标记布置在第一盘上，或者各第一标记相对于彼此布置在第一盘上(在发动机包括多于两个汽缸的情况下)，并且第二标记相对于彼此布置在第二盘上，使得对于每个间隙角，在第一盘与第二盘之间的不同相对旋转位置处相关的第一标记可以通过第一传感器检测到并且相关的第二标记可以通过第二传感器检测到，可以基于检测到的第一盘上的第一标记和第二盘上的第二标记的不同相对旋转位置来识别至少两个汽缸中的每个。更具体地，以这种方式可以识别其活塞即将到达其点火上止点位置的特定汽缸。因此，该装置提供了用于区分四冲程内燃机的至少两个汽缸中的每个的条件。结果，上述目的得以实现。
从发动机控制的角度来看，确定四冲程内燃机中的哪个汽缸的活塞即将到达其点火上止点位置是重要的，例如用于确定接下来向哪个汽缸中喷射燃料。在第一间隙角内，在第一盘上的相关的第一标记与第二盘上的相关的第二标记之间的相对旋转位置可以例如在第一盘上是12°，或在第二盘上是6°。第一间隙角对应于随后到达其点火上止点位置的第一活塞。对于对应于随后到达其点火上止点位置的第二活塞的第二间隙角，第一盘上的相关的第一标记与第二盘上的相关的第二标记之间的相对旋转位置可以例如在第一盘上是20°，或在第二盘上是10°。因此，取决于第一盘上的相对旋转位置是12度还是20度，燃式发动机控制单元可以识别第一活塞和第二活塞中的哪个将会接下来到达其点火上止点位置。
四冲程内燃机也可以称为燃式发动机或发动机。四冲程内燃机可以包括两个以上的汽缸。四冲程内燃机的每个活塞在曲轴的720°旋转期间执行四个冲程：进气冲程、压缩冲程、动力冲程和排气冲程。活塞在下止点BDC和上止点TDC之间往复运动。在曲轴的720°旋转期间，活塞经过BDC两次并且经过TDC两次。压缩冲程与动力冲程之间的TDC在此称为点火上止点位置。对于发动机活塞的每个点火上止点位置，曲轴具有顶部旋转位置。在相邻的这种顶部旋转位置之间，曲轴执行对于间隙角的旋转覆盖。换句话说，曲轴的间隙角在两个顶部旋转位置之间延伸。多个间隙角一起形成曲轴的720°旋转。取决于发动机的汽缸的配置，不同顶部旋转位置之间的间隙角可以相同，或者至少一些顶部旋转位置之间的间隙角可以不同。在前一种情况下，六缸发动机可以具有例如六个120°的间隙角，在曲轴的720°旋转中对称地提供活塞的六个点火上止点位置。后一种类型的发动机的示例可以是V2双缸发动机，其中一个间隙角可以超过360°，而另一个间隙角小于360°。两个间隙角共同构成曲轴的720°旋转。第一盘可以例如形成发动机的飞轮的一部分。
本发明还涉及一种四冲程内燃机，其包括根据本文所述的任一方面和/或实施方式的用于汽缸检测的装置。
本发明的另一个目的是提供一种用于区分四冲程内燃机的每个汽缸的替代方法。
根据本发明的另一方面，该目的通过一种用于四冲程内燃机中的汽缸检测的方法来实现。四冲程内燃机包括曲轴、至少两个汽缸以及连接到曲轴的凸轮轴，每个汽缸具有一个活塞。曲轴在凸轮轴执行360度旋转的同时执行720度旋转。每个活塞连接到曲轴并在其汽缸中往复运动。每个活塞布置成呈现与在曲轴的720度旋转中的曲轴的顶部旋转位置相对应的点火上止点位置。曲轴的间隙角在每个顶部旋转位置之间延伸。该装置包括连接到曲轴的第一盘，第一盘包括在每个间隙角内的第一标记；连接到凸轮轴的第二盘，该第二盘包括与汽缸数量相同个数的第二标记；固定的第一传感器，用于检测该第一标记或各第一标记；固定的第二传感器，用于检测第二标记；以及燃式发动机控制单元，其配置为接收来自第一传感器和第二传感器的各信号。该第一标记布置在第一盘上，或者各第一标记相对于彼此布置在第一盘上，第二标记相对于彼此布置在第二盘上，使得对于每个间隙角，在第一盘与第二盘之间的不同相对旋转位置处相关的第一标记可以通过第一传感器检测到并且相关的第二标记可以通过第二传感器检测到。该方法包括以下步骤：
利用第一传感器检测该第一标记或各第一标记之一，
利用第二传感器检测第二标记之一，以及
基于检测该第一标记或各第一标记之一的步骤以及检测第二标记之一的步骤来确定第一盘与第二盘之间的相对旋转位置。
本发明还涉及一种用于执行四冲程内燃机中的汽缸检测的方法的计算机程序，其中计算机程序包括计算机可读代码，该计算机可读代码配置为使得燃式发动机控制单元的计算单元执行根据本文讨论的任何一个方面和实施方式的方法。
本发明还涉及一种用于执行四冲程内燃机中的汽缸检测的方法的计算机程序制品，其中计算机程序包括计算机可读代码，该计算机可读代码配置为使得四冲程内燃机的燃式发动机控制单元的计算单元执行根据本文所讨论的任何一个方面和实施方式的方法。
当研究所附权利要求和以下详细描述时，本发明的其他特征和优点将变得显见。
附图说明
从以下详细描述和附图中讨论的示例实施方式将容易地理解本发明的各个方面，包括其特定特征和优点，其中：
图1展示包括用于汽缸检测的装置的四冲程内燃机的实施方式，
图2展示用于四冲程内燃机中的汽缸检测的装置的实施方式，
图3示出说明来自图2的装置的第一和第二传感器的各信号的图，
图4a和4b示出第一和第二盘之间的不同相对旋转位置的图，
图5a更详细地展示第一盘的实施方式，
图5b更详细地展示第二盘的实施方式，
图6展示用于四冲程内燃机中的汽缸检测的装置的实施方式，
图7展示用于四冲程内燃机中的汽缸检测的装置的发动机控制单元的实施方式，
图8展示用于四冲程内燃机中的汽缸检测的方法的实施方式，以及
图9展示计算机程序制品。
具体实施方式
现在将更全面地描述本发明的各方面。相同的数字始终指代相同的元素。为了简洁和/或清楚起见，不一定要详细描述众所周知的功能或结构。
图1示出了四冲程内燃机2的实施方式，其包括用于汽缸检测的装置4。四冲程内燃机2包括曲轴6、至少两个汽缸8和凸轮轴12，每个汽缸具有一个活塞10。凸轮轴12连接到曲轴6，例如经由传动带或链条。曲轴6与凸轮轴12之间的2：1传动比使得曲轴6在凸轮轴执行360度旋转的同时执行720度旋转，这在四冲程内燃机中是常见的。
发动机2的每个活塞10连接到曲轴6，例如经由连接杆14。每个活塞10在其汽缸8的汽缸孔中在上止点TDC与下止点BDC之间往复运动，从而使得曲轴6旋转。每个活塞10布置成呈现在压缩冲程与动力冲程之间的一个点火上止点位置。每个点火上止点位置对应于曲轴6的顶部旋转位置。因此，曲轴6在其720度旋转中具有与发动机2具有的汽缸相同数量的顶部旋转位置，例如六缸发动机的曲轴具有六个顶部旋转位置，三缸发动机的曲轴具有三个顶部旋转位置。用于汽缸检测的装置4包括第一盘16和第二盘18。
图2展示用于四冲程内燃机(例如结合图1讨论的发动机2)中的汽缸检测的装置4的实施方式。在这些示例性实施方式中，所讨论的发动机是六缸发动机。然而，所讨论的原理可以扩展到具有不同数量汽缸的四冲程内燃机。
如上所述，装置4包括第一盘16和第二盘18，该第一盘连接到发动机的曲轴，该第二盘连接到发动机的凸轮轴。装置4还包括与第一盘16结合布置的第一传感器20，与第二盘18结合布置的第二传感器22，以及配置成接收来自第一传感器20和第二传感器20的各信号的燃式发动机控制单元24。第一盘16包括多个第一标记M11-M13。第二盘18包括多个第二标记M21-M26。第一传感器20相对于发动机固定地布置。第一传感器20布置成在第一标记M11-M13中的每个经过第一传感器20时检测该第一标记。第二传感器22也相对于发动机固定地布置。22处的第二传感器布置成在第二标记M21-M26中的每个经过第二传感器22时检测该第二标记。
第一盘16可以例如形成发动机的飞轮的一部分。或者，第一盘16可以是直接地或间接地连接到发动机的曲轴并且布置成以与曲轴相同的速度旋转的单独盘。第二盘18可以形成直接地连接到发动机的凸轮轴的车轮的一部分。或者，第二盘18可以是直接地或间接地连接到凸轮轴的单独盘。
在图2中，为了清楚起见，上面结合图1讨论的并且与发动机的六个活塞的点火上止点位置相对应的顶部旋转位置TRP1-TRP6利用径向线表示。在每个顶部旋转位置TRP1-TRP6之间，间隙角α延伸。每个间隙角α对应于曲轴在两个相邻的顶部旋转位置TRP1-TRP6之间的旋转角度。
由于这些实施方式中的发动机是六缸发动机，其在活塞的六个点火上止点位置之间具有相等的分配，因此每个间隙角α是120°。顶部旋转位置TRP1-TRP6由于曲轴完成两个完整转数(即720°)而成对重叠，以便使得六个活塞中的每个到达其点火上止点位置。
第一盘16包括在每个间隙角α内的第一标记M11-M13。第二盘18包括与发动机的汽缸数量相同个数的第二标记，即在这些实施方式中是六个第二标记M21-M26。
第一标记M11-M13在第一盘16上相对于彼此布置，并且第二标记M21-M26在第二盘18上相对于彼此布置，使得对于每个间隙角α，在第一盘16与第二盘18之间的不同相对旋转位置处相关的第一标记M11-M13可以通过第一传感器20检测到并且相关的第二标记M21-M26可以通过第二传感器22检测到。因此，发动机控制单元24可以基于检测到的第一盘16上的第一标记M11-M13中的每个和第二盘18上的第二标记M21-M26中的每个的不同相对旋转位置来区分发动机的六个汽缸中的哪个的活塞将要到达其点火上止点位置。第一和第二盘16，18的旋转位置与相应的特定第一与第二标记之间的特定关系与发动机的特定的汽缸相关联。基于此，可以识别特定的汽缸。换句话说，在间隙角α内，在第一盘16上的第一标记M11-M13中的每个与第二盘18上的第二标记M21-M26中的每个之间的相对旋转距离对于每个间隙角α是不同的。分析来自第一和第二传感器20，22的各信号的控制单元24例如获得与第一和第二标记相对应的脉冲之间的增大的相位差。该相位差对于每个间隙角α(即对于每个圆柱)是唯一的。
第一和第二传感器20，22可以是例如电感式传感器、霍尔效应传感器或光学传感器。因此，第一和第二标记M11-M26可以包括例如设置在第一和第二盘16，18上的金属突起、磁性突起、反射器、不透明突起或半透明部分。第一和第二标记可以沿着相应的第一和第二盘的外周布置。或者，第一和第二标记可以布置在相应的第一和第二盘的圆形表面中或圆形表面上。
根据一些实施方式，四冲程内燃机可以仅包括两个汽缸。对于这样的发动机，在第一盘16上仅需要一个第一标记，而在第二盘上仍然需要每个汽缸一个第二标记，即用于双缸发动机的两个第二标记。在下文中，参考图2讨论了包括两个或更多汽缸的四冲程内燃机中的汽缸检测装置的实施方式。
根据各实施方式，该第一标记M11-M13或各第一标记M11-M13中的每个可以放置在第一盘16的一个旋转位置处，并且第一传感器20相对于第一盘16定位，使得在活塞的点火上止点位置之间的位置处该第一标记M11-M13或各第一标记M11-M13中的每个可以通过第一传感器20检测到。第二标记M21-M26中的每个可以放置在第二盘18的一个旋转位置，并且第二传感器22相对于第二盘18定位，使得在活塞的点火上止点位置之间的位置处第二标记M21-M26中的每个可以通过第二传感器22检测到。以这种方式，可以确保第一和第二标记M11-M26的检测不会干扰第一和第二传感器20，22在活塞的点火上止点位置处的其他检测和感测。例如，第一和第二盘可以设置有另外的指示器，其可以用于将在活塞的点火上止点位置处执行的发动机的控制和/或定时功能，也参见下面的图5a。
根据一些实施方式，第一盘16上的该第一标记M11-M13或各第一标记M11-M13中的每个与第一盘16上与曲轴的顶部旋转位置或者顶部旋转位置TRP1-TRP6中的每个相对应的每个位置旋转间隔至少5度。以这种方式，可以确保该第一标记或各第一标记M11-M13的检测不会干扰第一传感器20在活塞的点火上止点周围的其他检测和感测。例如，第一盘16可以设置有另外的指示器，其可以用于在活塞的点火上止点位置周围执行的发动机的控制和/或定时功能，也参见下面的图5b。
根据一些实施方式，第一标记M11-M13以相等的间隔布置在第一盘16的圆周方向上。以这种方式，可以简化第一盘16的制造。同样，可以简化将第一盘16相对于发动机的曲轴旋转地定位。在图2的在第一盘16上包括三个第一标记M11-M13的示例性实施方式中，第一标记M11-M13彼此成120°布置。
根据一些实施方式，第二标记M21-M26中的至少两个以不同的间隔布置在第二盘18的圆周方向上。以这种方式，可以简化第二盘18的制造。在图2的在第二盘18上包括六个第二标记M21-M26的示例性实施方式中，第二标记M21-M26中的五个可以彼此成62°布置，而最后两个第二标记(例如第二标记M26和M21)之间的剩余角度可以彼此成50°布置，总计加起来达360°。
图3示出了说明来自图2的装置4的第一和第二传感器20，22的各信号的图。因此，在下面参考图2和3两者。沿着图的X轴示出曲轴和第一盘16的720°旋转。每隔120°，曲轴到达与活塞的点火上止点位置相对应的顶部旋转位置TRP1-TRP6中的一个。顶部旋转位置TRP1-TRP6之间的120°间隔对应于间隙角。图中所示的顶部旋转位置TRP1-TRP6涉及活塞的一系列点火上止点位置，其不一定对应于汽缸布置在相关发动机上的顺序。
在Y轴的正方向上具有尖峰的曲线图表示来自第一传感器20的第一信号S11-S16，因为第一盘16上的第一标记M11-M13中的每个通过第一传感器20感测到。在第一盘16的第一个360°转数期间，第一标记M11-M13每120°依次产生第一信号S11-S13。在第一盘16的第二个360°转数期间，第一标记M11-M13每120°依次产生第一信号S14-S16。在Y轴的负方向上具有尖峰的曲线图表示来自第二传感器22的第二信号S21-S26，因为第二盘18上的第二标记M21-M26中的每个通过第二传感器22感测到。如上所述，第二盘18与凸轮轴一起在曲轴完成两个完整转数的同时完成一个360°转数。在第二盘18的360°转数期间，依次产生第二信号S21-S26。第二信号S21-S26之间的间隙在第二盘18上是62°，而第二信号S26与S21之间的间隙是50°。当第二盘18继续进入随后的360°转数时，发生后者的间隙。
在图3中的两个曲线图下方，成对的点D11-D26表示两对第一和第二信号S11和S21，S12和S22等中的每对之间的距离。该距离可以以时间、度、弧度或距离测量。从图3中可以清楚地看出，每对点D11-D26之间的距离在第一盘16的720°转数和第二盘18的360°转数中增加。因此，第一标记M11-M13在第一盘16上相对于彼此布置，第二标记M21-M26在第二盘18上相对于彼此布置，使得对于每个间隙角，在第一盘16与第二盘18之间的不同相对旋转位置处相关的第一标记M11-M13可以通过第一传感器20检测到并且相关的第二标记M21-M26可以通过第二传感器22检测到。
图4a和4b示出第一盘16与第二盘18之间的不同相对旋转位置的图，其中在每个间隙角α内，第一标记M11-M13通过第一传感器20检测到并且第二标记M21-M26通过第二传感器22检测到。该图涉及图2的装置4。因此，在下文中参考图4a和4b以及图2和3两者。同样，沿着图的X轴示出了曲轴和第一盘16的720°旋转。在图的Y轴上示出了来自感测相应的第一和第二标记M11-M26的第一和第二传感器20，22的在每个间隙角α内的在接收成对的第一和第二信号S11和S21，S12和S22等中的第一与第二信号之间的如在第一盘16上看到的角度差或相位差。图4a展示当第一盘16和曲轴沿正确方向(即相关发动机的操作方向)旋转时的角度差。图4b展示当第一盘16和曲轴沿不正确的方向(即与相关发动机的操作方向相反)旋转时的角度差。可以注意到，对于下面参照图5b描述的广义偶数N个汽缸的情况，图中沿X轴的角度差的增量是2β。
参照图4a，第一汽缸的第一和第二信号S11，S21之间的角度差是12°，第二汽缸的第一和第二信号S12，S22之间的角度差是16°，依此类推，直到第六汽缸的第一和第二信号S16，S26之间的角度差是32°。如果发动机的曲轴由于某种原因以错误的方向旋转，参见图4b，则第一汽缸的第一和第二信号S11，S21之间的角度差是91°，第二汽缸的第一和第二信号S12，S22之间的角度差是95°，依此类推，直到第六汽缸的第一和第二信号S16，S26之间的角度差是111°。因此，不管曲轴在一个720°旋转内的旋转位置如何，发动机控制单元24能够检测到六个汽缸中的哪个的活塞即将到达其点火上止点位置，只要已经接收到一对第一和第二信号中的第一和第二信号。同样，曲轴的旋转方向可以基于一对第一和第二信号的第一和第二信号之间的角度差来确定。
根据替代实施方式，在曲轴的各顶部旋转位置之间可以存在与在上面讨论的示例性实施方式中相比其他的间隙角，例如由于相关发动机具有不同数量的汽缸。因此，第一标记也可以与在上面讨论的示例性实施方式中相比不同地定位在第一盘上。同样，第二标记可以与在上面讨论的示例性实施方式中相比不同地定位在第二盘上，例如可以在多于两个第二标记之间提供第二标记之间的不同距离。
图5a更详细地示出了第一盘16的实施方式，以及图5b更详细地示出了第二盘18的实施方式。两个盘16，18都配置为用于六缸发动机。
同样，第一盘16包括第一标记M11-M13。第一标记M11-M13中的每个在对应的曲轴的顶部旋转位置TRP1-TRP6之间的间隙角α内放置在第一盘16的一个旋转位置处，并且在图5a中利用径向线表示。同样，第二盘18包括第二标记M21-M26。第二标记M21-M26中的每个放置在第二盘18的一个旋转位置处，使得当第二盘18连接到相关发动机的凸轮轴时，在活塞的点火上止点位置之间的位置处第二标记中的每个可以通过第二传感器检测到。
根据各实施方式，第一盘16可以包括布置在第一标记M11-M13之间的多个周向上相等间隔开的第一指示器50。第一标记M11-M13可以与第一指示器50区分开。以这种方式，第一传感器不仅可以感测第一标记M11-M13，还可以感测第一指示器50。来自第一传感器的与第一指示器50有关的各信号可以用于相关内燃机的一般控制，和/或用于控制燃式发动机中的特定功能。由于提供了第一标记M11-M13，可以建立第一盘16的一个或多个旋转位置。根据这样的一个或多个所建立的旋转位置，第一指示器50可以用于计数和/或测量第一盘16的进一步旋转。这种计数和测量可以例如是与时间、角度或距离有关。
第一盘16上的第一标记M11-M13中的每个可以距第一盘上的与相关曲轴的各顶部旋转位置TRP1-TRP6中的每个相对应的每个位置旋转间隔至少5度。以这种方式，可以在第一标记M11-M13中的每个之间提供一个或多个指示器50，以允许第一传感器围绕各顶部旋转位置TRP1-TRP6中的每个在第一盘16的扇区中提供各信号。在第一盘16的顶部旋转位置周围的扇区中的这种信号可以被利用，例如用于控制燃料喷射到发动机的汽缸中。
根据各实施方式，第二盘18可以包括布置在第二标记M21-M26之间的多个周向上相等间隔开的第二指示器52。第二标记M21-M26可以与第二指示器52区分开。以这种方式，第二传感器不仅可以感测第二标记M21-M26，还可以感测第二指示器52。来自第二传感器的与第二指示器52有关的各信号可以用于控制相关发动机中的功能。
第一和第二盘16，18中的每个可以单独用于发动机控制。如果例如用于感测第一和第二标记以及第一和第二指示器的第一和第二传感器之一失效，则可以基于来自起作用的传感器的信号来控制发动机，尽管发动机性能降低。
第一标记M11-M13中的每个可以在第一盘16的圆周方向上具有相同的长度。适当地，每个第一指示器50可以在第一盘16的圆周方向上具有相同的长度。
根据替代实施方式，该第一标记或各第一标记可以在第一盘的圆周方向上具有不同的长度。以这种方式，可以仅基于一个第一标记的长度建立第一盘的一个旋转位置。
第二标记M21-M26中的每个可以在第二盘18的圆周方向上具有相同的长度。适当地，每个第二指示器52可以在第二盘18的圆周方向上具有相同的长度。
根据一些实施方式，第一标记M11-M13可以以相等的间隔布置在第一盘16的圆周方向上。根据一些实施方式，第二标记M21-M26中的至少两个以不同的间隔在第二盘18的圆周方向上。然而，第一和第二标记M11-M26的位置的唯一实际限制是它们中的每个布置在间隙角的框架内，并且在每个间隙角内的第一与第二标记之间必须存在不同的距离，即对于任何间隙角，成对的第一与第二标记之间的距离不能是相同的。
根据涉及包括偶数N个汽缸的发动机的一些实施方式，可以应用以下概括：在第一标记之间的等距间隙角α的情况下，第二标记可以对于前N-1个扇区具有α/2+β的分离角γ，并且对于最后一个扇区具有分离角γ'＝360°-(α/2+β)*(N-1)关闭该序列以完成第二盘的360°转数。角度β是角度增量，以在第一和第二标记中的每个之间形成独特的旋转距离。基于汽缸的数量选择角度β的大小，并且使得最后扇区的分离角γ'不同于前N-1个扇区。
图6示出了用于四冲程内燃机中的汽缸检测的装置4的实施方式。这些实施方式在很大程度上类似于图2的实施方式。然而，在这些示例性实施方式中，相关发动机是三缸发动机，并且以下讨论的一个目的是阐明与发动机具有奇数个汽缸的实施方式有关的本发明。因此，下面仅讨论与图2的实施方式的主要差异。
同样，装置4包括第一盘16、第二盘18、第一传感器20、第二传感器22和燃式发动机控制单元24。第一盘16包括多个第一标记M11-M12。第二盘18包括多个第二标记M21-M23。三缸四冲程内燃机的曲轴包括三个顶部旋转位置TRP1-TRP3，其对应于发动机的三个活塞的点火上止点位置。同样，为了清楚起见，顶部旋转位置TRP1-TRP3用径向线表示。间隙角α在各顶部旋转位置TRP1-TRP3中的每个之间延伸。每个间隙角α对应于曲轴在两个相邻的顶部旋转位置TRP1-TRP3之间的旋转角度。在这些实施方式中，顶部旋转位置TRP1-TRP3间隔240°，即在这些实施方式中间隙角α是240°。因此，在第一盘16的两个完整转数(即720°)中，三个活塞中的每个到达其点火上止点位置。
同样，在每个间隙角α内，第一盘16包括第一标记M11，M12，并且第二盘18包括与发动机的汽缸数量相同个数的第二标记，即在这些实施方式中包括第二标记M21-M23。
在第一间隙角α1内，第一个第一标记M11布置在第一盘16上。第二个第一标记M12布置在第二间隙角α2内。在第三间隙角α3内，布置第一标记M11和M12两者。因此，至少一个第一标记M11，M12布置在每个间隙角α中。与第二盘18上的三个第二标记M21-M23组合，可以检测到活塞即将到达其点火上止点位置的下一个汽缸。对于第三间隙角α3，第一传感器20将会感测第一标记M11，M12两者。然而，发动机控制单元24可以设置为忽略第一标记M11，M12中的没有由来自第二传感器22的与第三个第二标记M23有关的信号跟随的一个。
因此，同样在这些实施方式中，第一标记M11，M12在第一盘16上相对于彼此布置，并且第二标记M21-M23在第二盘18上相对于彼此布置，使得对于每个间隙角α，在第一盘16和第二盘18之间的不同相对旋转位置处相关的第一标记M11，M12可以通过第一传感器20检测到并且相关的第二标记M21-M23可以通过第二传感器22检测到。因此，发动机控制单元24可以基于所检测到的第一盘16上的第一标记M11，M12中的每个与第二盘18上的第二标记M21-M23中的每个的不同相对旋转位置来区分发动机的三个汽缸中的哪个的活塞将要到达其点火上止点位置。
在替代实施方式中可以利用忽略第一盘16上的没有由第二盘18上的第二标记跟随的第一标记的原理。例如对于包括偶数个汽缸的内燃机以及包括奇数个汽缸的内燃机，间隙角可以包括一个以上的第一标记。例如，通过利用该原理，相同类型的第一和第二盘可以由不同类型的四冲程内燃机共享。必须对相关发动机类型的发动机控制单元进行编程以利用与特定发动机类型相关的第一和第二标记。
图7展示用于四冲程内燃机2中的汽缸检测的装置4的发动机控制单元24的实施方式。发动机2可以是如结合图1-6所讨论的发动机2。然而，发动机2可以是包括至少两个汽缸的任何四冲程内燃机2。
燃式发动机控制单元24包括计算单元26，该计算单元可以采用基本上任何合适类型的处理器电路或微计算机的形式，例如用于数字信号处理的电路(数字信号处理器，DSP)、中央处理单元(CPU)、处理单元、处理电路、处理器、专用集成电路(ASIC)、微处理器或可以解释和执行指令的其他处理逻辑。这里利用的表达“计算单元”可以表示包括多个处理电路(例如上述的任何、一些或全部处理电路)的处理电路集。发动机控制单元24包括存储器单元28。计算单元26连接到存储器单元28，该存储器单元向计算单元26提供例如计算单元26所需使它能够进行计算的所存储的程序代码和/或所存储的数据。计算单元26还适于在存储器单元28中存储计算的部分或最终结果。存储器单元28可以包括用于临时或永久地存储数据或程序(即指令序列)的物理设备。根据一些实施方式，存储器单元28可以包括集成电路，该集成电路包括基于硅的晶体管。在不同实施方式中，存储器单元28可以包括例如存储卡、闪存、USB存储器、硬盘或其它类似的用于存储数据的易失性或非易失性存储单元，诸如ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)等。
发动机控制单元24还设有用于接收和/或发送输入和输出信号的相应的设备30，32，34。这些输入和输出信号可以包括波形、脉冲或其他属性，输入信号接收设备30，32可以将其检测为信息并且可以将其转换为可以由计算单元26处理的信号。然后将这些信号提供给计算单元26。输出信号发送设备34布置成将来自计算单元26的计算结果转换成输出信号，以输送到发动机控制系统的其他部分和/或信号所针对的一个或多个部件，诸如相关汽缸的燃料喷射器。到用于接收和发送输入和输出信号的相应设备30，32，34的连接中的每个可以采用电缆、数据总线或无线连接中的一个或多个的形式，该数据总线例如CAN(控制器区域网络)总线、MOST(面向媒体的系统传输)总线或其他一些总线配置。在所示的实施方式中，本发明在发动机控制单元24中实施，但也可替代地全部或部分地在一个或多个其他控制单元中实施。
燃式发动机控制单元24经由输入设备30，32与第一和第二传感器20，22通信。因此，例如当第一标记和第二标记被第一和第二传感器20，22感测到时，发动机控制单元24可以接收来自第一和第二传感器20，22的信号。
因此，燃式发动机控制单元24可以配置为基于从第一传感器20接收的信号来识别与该第一标记或各第一标记相关的第一信号，并且燃式发动机控制单元24可以配置为基于从第二传感器22接收的信号来识别与第二标记相关的第二信号。发动机控制单元24的计算单元26可以基于从第一和第二传感器20，22接收的信号来识别第一和第二信号。计算单元26可以配置为将计算基于所识别的第一信号和第二信号。例如，当已接收到第一和第二信号时，第一和第二盘上的第一和第二标记的不同相对旋转位置可以由计算单元26计算，并且可以基于计算检测特定汽缸，即所有汽缸中活塞即将下一个到达点火上止点位置的特定汽缸。
根据一些实施方式，燃式发动机控制单元24可以配置成识别第一信号与第二信号之间的相位差。以这种方式，可以利用从第一和第二标记发出的第一和第二信号之间的相位差来区分内燃机2的不同汽缸。发动机控制单元24的计算单元26可以计算相位差。相位差可以例如以度、弧度、时间或距离表示。相位差是当已接收到第一和第二信号时如何确定第一和第二盘的相对旋转位置的一个示例。
根据一些实施方式，燃式发动机控制单元24可以配置成识别第一信号与第二信号之间的变化的相位差，并且燃式发动机控制单元24可以配置成评估变化的相位差以确定曲轴的瞬时旋转位置。特定的相位差与发动机2的特定汽缸相关联。因此，基于第一与第二信号之间的变化的相位差中所识别的相位差，可以识别特定汽缸。同样，发动机控制单元24的计算单元26可以计算相位差。多个第一与第二信号之间的变化的相位差是当已经接收到第一和第二信号时如何确定第一和第二盘的相对旋转位置的一个示例。
图8展示用于四冲程内燃机中的汽缸检测的方法100的实施方式。四冲程内燃机是根据本文讨论的任一方面和/或实施方式的包括至少两个汽缸的四冲程内燃机2。四冲程内燃机包括根据本文讨论的任一方面和/或实施方式的用于四冲程内燃机中的汽缸检测的装置4。
方法100包括以下步骤：
利用第一传感器检测102该第一标记或各第一标记之一，
利用第二传感器检测104第二标记之一，以及
基于检测102该第一标记或各第一标记之一的步骤以及检测104第二标记之一的步骤来确定106第一盘与第二盘之间的相对旋转位置。
根据各实施方式，方法100可以包括以下步骤：
基于从第一传感器接收的信号来识别108与该第一标记或各第一标记相关的第一信号，以及
基于从第二传感器接收的信号来识别110与第二标记相关的信号，其中确定106相对旋转位置的步骤包括以下步骤：
识别112第一信号与第二信号之间的相位差。
根据各实施方式，识别112第一信号和第二信号之间的相位差的步骤可以包括以下步骤：
识别114第一信号与第二信号之间的变化的相位差，以及
评估116变化的相位差以确定第一与第二盘之间的相对旋转位置。
包括上面讨论的步骤102-116的方法可以在结合图7讨论的控制单元24中执行，并且可以通过控制单元24内的一个或多个计算单元26来实施。如下所述的计算机程序制品90包括用于在控制单元24中执行步骤102-116的指令，当计算机程序被加载到控制单元24的一个或多个计算单元26时，该计算机程序制品可以执行包括用于四冲程内燃机中的汽缸检测的步骤102-116中的至少一些的方法100。
本领域技术人员将理解，方法100可以通过编程指令来实现。这些编程指令通常由计算机程序构成，当该计算机程序在计算机或控制单元中执行时，其确保计算机或控制单元执行所需的控制，例如方法步骤102-116。计算机程序是通常是计算机程序制品的一部分，该计算机程序制品包括存储计算机程序的合适的数字存储介质。因此，本发明还涉及一种用于执行四冲程内燃机中的汽缸检测的方法100的计算机程序，其中该计算机程序包括计算机可读代码，该计算机可读代码配置为使燃式发动机控制单元的计算单元执行根据本文讨论的任一方面和实施方式的方法100。
图9示出了以CDROM盘形式的用于执行四冲程内燃机中的汽缸检测的方法的计算机程序制品90。
因此，本发明还涉及一种用于执行四冲程内燃机中的汽缸检测方法的计算机程序制品90，其中计算机程序包括计算机可读代码，该计算机可读代码配置为使得四冲程内燃机的燃式发动机控制单元的计算单元执行根据本文讨论的任一方面和实施方式的方法。
计算机程序制品90例如以携带计算机程序代码的数据载体的形式提供，该计算机程序代码用于在被加载到结合图7讨论的控制单元24的一个或多个计算单元26中时执行根据一些实施方式的步骤102-116中的至少一些。数据载体可以例如是ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除PROM)、闪存、EEPROM(电可擦除PROM)、硬盘、CDROM光盘、记忆棒、光学存储设备、磁存储设备或可以以非暂时的方式保存机器可读数据的任何其他适当的介质，诸如磁盘或磁带。计算机程序制品还可以作为计算机程序代码提供在服务器上，并且可以远程地(例如通过因特网或内联网连接)或者经由其他有线或无线通信系统下载到控制单元24。
应理解，前述内容是对各种示例实施方式的说明，并且本发明仅由所附权利要求限定。本领域技术人员将认识到，可以修改示例实施方式，并且可以组合示例实施方式的不同特征以创建除了这里描述的实施方式之外的实施方式，而不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围。例如，第一和/或第二标记可以由可以识别长度的开放空间而不是突起形成。

Claims (16)

1.一种用于四冲程内燃机(2)中的汽缸检测的装置(4)，四冲程内燃机(2)包括曲轴(6)、至少两个汽缸(8)以及连接到曲轴(6)的凸轮轴(12)，每个汽缸具有一个活塞(10)，其中曲轴(6)在凸轮轴(12)执行360度旋转的同时执行720度旋转，其中每个活塞(10)连接到曲轴(6)并且在其汽缸(8)中往复运动，每个活塞(10)设置成呈现与在曲轴(6)的720度旋转中的曲轴(6)的顶部旋转位置(TRP1-TRP6)相对应的点火上止点位置，其中曲轴(6)的间隙角(α)在各顶部旋转位置(TRP1-TRP6)中的每个之间延伸，并且其中装置(4)包括：
连接到曲轴(6)的第一盘(16)，第一盘(16)包括在每个间隙角(a)内的第一标记(M11-M13)，
第二盘(18)，其连接到凸轮轴(12)并且包括与汽缸数量相同个数的第二标记(M21-M26)，
固定的第一传感器(20)，用于检测所述第一标记(M11-M13)或各第一标记(M11-M13)，
固定的第二传感器(22)，用于检测第二标记(M21-M26)，以及
燃式发动机控制单元(24)，用于接收来自第一传感器(20)和第二传感器(22)的信号，
其特征在于，
所述第一标记(M11-M13)布置在第一盘(16)上，或者各第一标记(M11-M13)相对于彼此布置在第一盘(16)上，并且第二标记(M21-M26)相对于彼此布置在第二盘(18)上，使得对于每个间隙角(a)，在第一盘(16)与第二盘(18)之间的不同相对旋转位置处相关的第一标记(M11-M13)能够通过第一传感器(20)检测到并且相关的第二标记(M21-M26)能够通过第二传感器(22)检测到。
2.根据权利要求1所述的装置(4)，其中，所述第一标记(M11-M13)或各第一标记(M11-M13)中的每个放置在第一盘(16)的一个旋转位置处，并且第一传感器(20)相对于第一盘(16)定位，使得在活塞(10)的点火上止点位置之间的位置处所述第一标记(M11-M13)或各第一标记(M11-M13)中的每个能够通过第一传感器(20)检测到，以及其中
第二标记(M21-M26)中的每个放置在第二盘(18)的一个旋转位置，并且第二传感器(22)相对于第二盘(18)定位，使得在活塞(10)的点火上止点位置之间的位置处第二标记(M21-M26)中的每个能够通过第二传感器(22)检测到。
3.根据权利要求1或2所述的装置(4)，其中，所述第一盘(16)包括布置在第一标记(M11-M13)之间的多个周向上相等间隔开的第一指示器(50)，并且其中所述第一标记(M11-M13)或各第一标记(M11-M13)能够与第一指示器(50)区分开。
4.根据权利要求3所述的装置(4)，其中第一盘(16)上的所述第一标记(M11-M13)或各第一标记(M11-M13)中的每个与第一盘(16)上的与曲轴(6)的顶部旋转位置(TRP1-TRP6)或各顶部旋转位置(TRP1-TRP6)中的每个相对应的每个位置旋转间隔至少5度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(4)，其中，第二盘(18)包括布置在第二标记(M21-M26)之间的多个周向上相等间隔开的第二指示器(52)，并且其中第二标记(M21-M26)能够与第二指示器(52)区分开。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(4)，其中，第一标记(M11-M13)以相等的间隔布置在第一盘(16)的圆周方向上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(4)，其中，第二标记(M21-M26)中的至少两个以不同的间隔布置在第二盘(18)的圆周方向上。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(4)，其中，燃式发动机控制单元(24)配置为基于从第一传感器(20)接收的信号来识别与所述第一标记(M11-M13)或各第一标记(M11-M13)相关的第一信号(S11-S16)，并且其中燃式发动机控制单元(24)配置为基于从第二传感器(22)接收的信号来识别与第二标记(M21-M26)相关的第二信号(S21-S26)。
9.根据权利要求8所述的装置(4)，其中，燃式发动机控制单元(24)配置为识别第一信号(S11-S16)和第二信号(S21-S26)之间的相位差。
10.根据权利要求8或9所述的装置(4)，其中，燃式发动机控制单元(24)配置为识别第一信号(S11-S16)和第二信号(S21-S26)之间的变化的相位差，并且其中燃式发动机控制单元(24)配置成评估变化的相位差以确定曲轴(6)的瞬时旋转位置。
11.一种四冲程内燃机(2)，包括根据前述权利要求中任一项所述的用于汽缸检测的装置(4)。
12.一种用于四冲程内燃机(2)中的汽缸检测的方法(100)，四冲程内燃机(2)包括曲轴(6)、至少两个汽缸以及连接到曲轴(6)的凸轮轴(12)，每个汽缸具有一个活塞(10)，其中曲轴(6)在凸轮轴(12)执行360度旋转的同时执行720度旋转，其中每个活塞(10)连接到曲轴(6)并且在其汽缸中往复运动，每个活塞(10)设置成呈现与在曲轴(6)的720度旋转中的曲轴(6)的顶部旋转位置(TRP1-TRP6)相对应的点火上止点位置，其中曲轴(6)的间隙角(a)在顶部旋转位置(TRP1-TRP6)中的每个之间延伸，其中装置(4)包括连接到曲轴(6)的第一盘(16)，第一盘(16)包括在每个间隙角(a)内的第一标记(M11-M13)；第二盘(18)连接到凸轮轴(12)并且包括与汽缸数量相同个数的第二标记(M21-M26)；固定的第一传感器(20)，用于检测所述第一标记(M11-M13)或各第一标记(M11-M13)；固定的第二传感器(22)，用于检测第二标记(M21-M26)；燃式发动机控制单元(24)，用于接收来自第一传感器(20)和第二传感器(22)的信号，其中第一标记(M11-M13)布置在第一盘(16)上，或第一标记(M11-M13)相对于彼此布置在第一盘(16)上，并且第二标记(M21-M26)相对于彼此布置在第二盘(18)上，使得对于每个间隙角(a)，在第一盘(16)与第二盘(18)之间的不同相对旋转位置处相关的第一标记(M11-M13)能够通过第一传感器(20)检测到并且相关的第二标记(M21-M26)能够通过第二传感器(22)检测到，并且其中方法(100)包括以下步骤：
利用第一传感器(20)检测(102)所述第一标记(M11-M13)或各第一标记(M11-M13)之一，
利用第二传感器(22)检测(104)第二标记(M21-M26)之一，以及
基于检测(102)所述第一标记(M11-M13)或各第一标记(M11-M13)之一的步骤以及检测(104)第二标记(M21-M26)之一的步骤来确定(106)第一盘(16)与第二盘(18)之间的相对旋转位置。
13.根据权利要求12所述的方法(100)，包括以下步骤：
基于从第一传感器(20)接收的信号来识别(108)与所述第一标记(M11-M13)或各第一标记(M11-M13)相关的第一信号，以及
基于从第二传感器(22)接收的信号来识别(110)与第二标记(M21-M26)相关的第二信号，并且其中确定(106)相对旋转位置的步骤包括以下步骤：
识别(112)第一信号与第二信号之间的相位差。
14.根据权利要求13所述的方法(100)，其中识别(112)第一信号与第二信号之间的相位差的步骤包括以下步骤：
识别(114)第一信号与第二信号之间的变化的相位差，以及
评估(116)变化的相位差以确定第一与第二盘(16，18)之间的相对旋转位置。
15.一种用于执行四冲程内燃机(2)中的汽缸检测的方法(100)的计算机程序，其中，计算机程序包括计算机可读代码，所述计算机可读代码配置为使得燃式发动机控制单元(24)的计算单元(26)执行根据权利要求12-14中任一项所述的方法(100)。
16.一种计算机程序制品(90)，用于执行四冲程内燃机(2)中的汽缸检测的方法(100)，其中计算机程序包括计算机可读代码，所述计算机可读代码配置为使得四冲程内燃机(2)的燃式发动机控制单元(24)的计算单元(26)执行根据权利要求12-14中任一项所述的方法(100)。
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