CN111206997B - 用于确定内燃机的气缸的工作冲程的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行混合驱动系统的方法，所述混合驱动系统具有内燃机（2）和电驱动装置（3），其中在曲轴位置角和曲轴位置角相对于所述内燃机（2）的一个或多个气缸（6）的工作冲程的相位分配的基础上运行所述内燃机（2）。所述方法具有以下用于获知相对于所述气缸（6）的工作冲程的相位分配的步骤：关于活塞在所述气缸（6）中扩大燃烧室的活塞运动来执行（S4）燃料的测试喷射；获知（S5）用于所述电驱动装置（3）的电操控参量的变化曲线；在确定由于所述测试喷射而引起所述电驱动装置（3）的功率消耗降低时，针对所述气缸（6）确定（S6）曲轴位置角相对于燃烧冲程的相位分配。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机、尤其是以冲程运行方式来运行的内燃机，对于所述内燃机来说借助于凸轮轴来控制阀运行。此外，本发明涉及用于对内燃机的气缸的工作冲程进行识别的措施。
背景技术
为了检测内燃机中的曲轴的位置角而设置了曲轴位置传感器。对于四冲程马达来说，曲轴与凸轮轴如此机械地耦合，使得凸轮轴在曲轴旋转两圈时旋转一圈。这种所确定的减速在原则上能够由曲轴的位置角推断出凸轮轴的相位。然而，因为曲轴在一个工作循环之内实施两圈旋转，所以根据关于曲轴的位置角的说明不能将工作冲程明确地分配给所检测的位置角。
因此，通常使用凸轮轴位置传感器，该凸轮轴位置传感器在凸轮轴的特定的位置处提供参考信号。如果凸轮轴位置传感器失灵，那么迄今规定，为了确定相位而使用所谓的测试喷射，以用于确定根据曲轴位置而假定的相位位置、也就是说位置角相对于特定的工作冲程的分配关系是否正确。如果在测试喷射之后例如由于点火火花的产生或者由于燃烧冲程开始时足够的点火压力而进行燃烧，那么所假定的工作冲程相对于位置角的分配关系是正确的，并且位置角可以明确地分配给相关的气缸的燃烧冲程。如果未进行燃烧，因为例如没有产生点火火花（对于汽油马达来说）或者不存在足够的点火压力（对于柴油马达来说），则能够假设气缸处于进气冲程中。相应地，必须进行将位置角分配给进气冲程之内的位置角。
目前通过对于马达转速的测量和评估、尤其是通过对于加速度的监控来执行对是否由于测试喷射而进行燃烧的确定。
发明内容
根据本发明，规定一种用于运行内燃机的方法，其中所述内燃机具有曲轴的位置角相对于内燃机的至少一个气缸的工作冲程的分配关系，并且规定一种装置和一种马达系统。
其它设计方案在以下说明书中得到了说明。
根据第一方面，规定一种用于运行具有内燃机和电驱动装置的混合驱动系统的方法，其中在曲轴位置角和曲轴位置角相对于内燃机的一个或多个气缸的工作冲程的相位分配的基础上来运行内燃机，所述方法具有以下用于获知相对于所述气缸的工作冲程的相位分配的步骤：
-关于活塞在所述气缸中扩大燃烧室的活塞运动来执行燃料的测试喷射；
-获知用于所述电驱动装置的电操控参量的变化曲线；
-在确定由于所述测试喷射而引起所述电驱动装置的功率消耗降低时，针对所述气缸确定曲轴位置角相对于燃烧冲程的相位分配。
测试喷射对于自点火的燃料控制的内燃机（柴油马达）来说表示将燃料输出到燃烧室中，从而通过随后的压缩（在排气冲程中在排气之前）点燃由此形成的空气-燃料混合物。对于空气控制的内燃机（汽油马达）来说，测试喷射包括将燃料输出到燃烧室或进气管区段中这个方面，从而通过随后的点火火花产生（在排气冲程中在排气之前）点燃由此形成的空气-燃料混合物。因此，测试喷射表示由朝燃烧室或进气管中的燃料输出、可能紧随此后在自点火的燃料控制的内燃机中进行的直接点火或者在空气控制的内燃机中在时间方面经过协调的点火尝试所构成的序列。因此，测试喷射相当于测试点火或者点火尝试。
如果例如由于凸轮轴位置传感器的故障而不能提供关于所检测的曲轴位置角的相位信息，那就借助于朝相关的气缸中的测试喷射来执行将曲轴位置角分配给特定的气缸的相应的工作冲程。如果在燃烧冲程期间进行测试喷射，那么所述测试喷射就引起曲轴的加速度，所述加速度能够通过对于曲轴位置角的监控来检测。
已知混合驱动系统，对于混合驱动系统来说内燃机与电驱动装置固定地耦合，从而在内燃机的运行期间另一附加负载起作用。所述附加负载能够阻抑或者抑制曲轴的在测试喷射时能测量的加速度，从而不能可靠地识别测试喷射的影响。因此，通过对于电驱动装置的功率消耗的评估，能够对由内燃机提供的转矩的变化曲线进行评估。尤其在确定电驱动装置的功率消耗下降时，能够识别由于测试喷射而引起的燃烧。此外，功率消耗的降低能够包括由于电驱动装置按发电机方式运行而通过测试喷射引起的转矩消耗。因此，功率消耗的降低也能够包含电驱动装置的短时间转换为按发电机方式的运行这一点。
上述方法能够在凸轮轴位置传感器失灵时或者在没有构造凸轮轴位置传感器的马达系统中提供简单而可靠的可行方案，以用于以简单的方式将曲轴位置角分配给气缸的工作冲程。
此外，能够在可能点燃气缸中的空气-燃料混合物的时刻之前执行测试喷射。
能够规定，在确定由于测试喷射而未出现电驱动装置的功率消耗的降低时，针对气缸进行曲轴位置角相对于进气冲程的相位分配。
根据一种实施方式，所述电操控参量能够相应于实际的马达电流或者用于马达电流的预先给定值、尤其在电流调节时的额定马达电流。
能够规定，以转速调节的方式来运行电驱动装置，其中电操控参量相应于转速调节的调节参量、尤其是用于预先给定电驱动装置的马达电压的占空比。
转速调节能够阻抑或者说抑制曲轴的在测试喷射时能测量的加速度，从而不能可靠地识别测试喷射的影响。在此，转速调节补偿了曲轴转速的波动，所述波动由于内燃机的变化的力矩输出而产生。因为对于电驱动装置的操控不仅在转速调节的运行中而且没有转速调节的情况下由于变化的负载而直接对内燃机的转矩提高作出反应，所以与对于混合驱动系统的内燃机、尤其是其驱动轴的转速变化曲线的纯粹的评估相比，对于电驱动装置的电操控代表着更好的、用于在燃烧冲程中进行的燃烧或者在进气冲程中缺失的燃烧的指示器。
根据另一方面，规定了一种用于运行具有内燃机和电驱动装置的混合驱动系统的装置，其中在曲轴位置角和曲轴位置角相对于所述内燃机的一个或多个气缸的工作冲程的相位分配的基础上运行所述内燃机，其中所述装置构造用于获知相对于所述气缸的工作冲程的相位分配，方法是：
-关于活塞在所述气缸中扩大燃烧室的活塞运动来执行燃料的测试喷射；
-获知用于所述电驱动装置的电操控参量的变化曲线；
-在确定由于测试喷射而引起所述电驱动装置的功率消耗降低时，针对所述气缸确定燃烧冲程的相位分配。
根据另一方面，规定了一种混合驱动系统，该混合驱动系统具有内燃机、能够与内燃机相耦合的电驱动装置和上述装置。
附图说明
下面借助于附图对实施方式进行详细解释。其中：
图1示出了具有混合驱动装置的马达系统的示意图；
图2示出了以转速调节的运行方式对电驱动装置进行的调节的图示；并且
图3示出了流程图，该流程图用于说明一种用于将曲轴角位置分配给内燃机的气缸的工作冲程的方法。
具体实施方式
图1示意性地示出了具有混合驱动装置的马达系统1，所述混合驱动装置具有内燃机2和电驱动装置3。内燃机2包括曲轴4，该曲轴与电驱动装置3机械地耦合，以用于通过输出轴5来提供共同的驱动力矩。能够通过离合器、皮带或者类似部件直接与输出轴来进行耦合。
驱动力矩作为由内燃机2的马达力矩和电驱动装置3的电驱动力矩构成的总和来得出。
曲轴4与内燃机2的气缸6相耦合，其中每个气缸6都具有燃烧室61和燃烧室-能运动的活塞62。活塞经由连杆63以已知方式如此与曲轴4机械地耦合，从而将活塞62的上下运动转换成曲轴4的旋转运动。
设置了马达控制器10，它如此运行内燃机2，从而以四冲程运行方式来运行该内燃机。为此，活塞62在气缸6的工作循环期间分别两次从上死点（最小的燃烧室容积）运动至下死点（最大的燃烧室容积），其中工作冲程的冲程顺序以已知的方式相应于压缩冲程、燃烧冲程、排气冲程和进气冲程（以这种顺序） 。
此外，一根或者多根凸轮轴7与曲轴4相耦合，所述凸轮轴对气缸6的进气阀和排气阀进行操控，以用于在进气冲程期间以合适的持续时间使气体进入到气缸6的燃烧室61中或者在排气冲程期间使气体从燃烧室排出到内燃机2的排气系中。
由于四冲程运行而有必要将凸轮轴7与曲轴4如此耦合起来，从而将曲轴4的两圈旋转转换为凸轮轴7的一圈旋转。由此能够规定，进气凸轮仅仅在进气冲程期间打开相应的阀并且排气凸轮仅仅在排气冲程期间打开相应的阀。然而，气缸的进气阀和排气阀的运行必须与喷射时刻或喷射持续时间和点火时刻同步，在当前的曲轴位置角的基础上分别在马达控制器10中获知并且预先给定所述喷射时刻或喷射持续时间和点火时刻。
此外，马达控制器10构造用于通过提供操控电压的方式来操控电驱动装置3。例如，马达控制器10能够实施转速调节，该转速调节在曲轴位置角的基础上获知驱动系统1的转速并且借助于转速调节通过预先给定额定转速的方式来预先给定用于电驱动装置3的额定调节力矩。额定调节力矩通过相应的操控、尤其是马达电流的预先给定来调节。作为替代方案，对于非转速调节的运行方式来说，根据混合运行策略通过马达控制器10基于其它功能性来预先给定额定调节力矩。
为了识别曲轴位置角，在曲轴4上设置有曲轴位置传感器8，所述曲轴位置传感器通过绝对的位置角测量来检测曲轴位置角或者在相对的位置角测量和位置角计数器的增量的基础上推导出曲轴位置角。但是因为气缸6的工作冲程仅仅在曲轴每第二次旋转时重复并且相同的曲轴位置角分别被分配给两个工作冲程、即一个进气冲程或一个燃烧冲程或一个排气冲程或一个压缩冲程，因此需要附加地将曲轴角分配给相关气缸的工作冲程之一。因此通常规定，给凸轮轴7设置凸轮轴位置传感器，该凸轮轴位置传感器提供同步信号，以用于提供曲轴位置角与每个气缸的工作冲程的明确的分配关系。如果凸轮轴位置传感器失灵或者出于节省原因没有设置该凸轮轴位置传感器，则在这方面建议，结合测试喷射就对于电驱动装置3的操控进行评估。
在测试喷射中，能够关于活塞朝下死点的运动将燃料喷射到相关的气缸6中。测试喷射尤其能够在活塞朝下死点的运动的第一半部分（也就是说在上死点之前）、开始时或者之内进行。由于朝气缸6中的测试喷射而可能出现点火和燃烧，通过点火和燃烧产生附加的马达力矩。这种附加的马达力矩能够通过转速提高来探测。如果在排气冲程期间朝气缸6中进行测试喷射，则不进行点火并且不产生附加的马达力矩。
例如在图2中示出了用于电驱动装置3的转速调节的示意图。可以看出，调节器31提供用于电驱动装置3的操控调节参量y，在预先给定的额定转速n额定与实际上的实际转速n实际之间的转速偏差e的基础上调节所述操控调节参量。
操控调节参量y例如能够是操控电压，该操控电压能够以占空比或类似参量的形式来预先给定并且获知该操控电压，以用于提供预先确定的马达电流。操控调节参量能够在功率单元32中被转换成电驱动装置3的相应的电操控。
转速调节自然已经对额定转速n额定与实际转速n实际之间的小的偏差作出反应，从而在与额定转速有偏差时尽可能提早地进行反向控制。这引起在测试喷射时引起的提高的马达力矩快速地被调整这样的结果，也就是说引起电驱动力矩的快速的降低，从而缺失值得一提的转速变化或者转速变化如此之小，以至于不能将该转速变化可靠地分配给前面的测试喷射。因此，马达电流代表着关于由电驱动装置3提供的电驱动力矩的说明。为了监控马达电流而设置了电流传感器33，该电流传感器对到马达控制单元10上的相应的马达电流说明进行信号化。
因此，规定了一种用于对曲轴位置角相对于特定的气缸6的工作冲程的分配关系进行识别的方法，该方法在马达控制器10中实施并且在图3中作为流程图示意性地示出。基本上任意地选择特定的气缸6。因为其余的气缸6相对于相关的气缸6的相位是恒定的，所以曲轴位置角相对于相关的气缸6的工作冲程的分配关系足以用于也确定其余的气缸6的相位的分配关系。
在步骤S1中检查，是否必须进行将曲轴位置角分配给气缸6的工作冲程。例如在起动内燃机2时就是这种情况或者对于其它事件来说是这种情况，在所述其它事件中失去工作冲程与曲轴位置角之间的同步。如果确定需要开始或重新分配给气缸6的工作冲程（二选一：是），则以步骤S2继续所述方法，否则跳回到步骤S1。
在步骤S2中，例如通过曲轴位置传感器8来检测曲轴位置角。
在步骤S3中检查，曲轴位置角是否能够被分配给喷射时刻。如果用于相关的气缸6的曲轴位置角表明一种位置角，对于该位置角来说活塞62在相关的气缸6中处于上死点附近或者已经超出上死点，那就是这种情况。如果在步骤S3中确定当前的曲轴位置角能够相应于用于燃烧冲程的正常的喷射时刻（二选一：是），则以步骤S4继续所述方法，否则（二选一：否）跳回到步骤S 2。
在步骤S4中，现在进行针对相关的气缸6的测试喷射。对于自点火的燃料控制的内燃机（柴油马达）来说，测试喷射表示将燃料输出到燃烧室中。在随后的压缩中（在排气冲程中在排气之前），由此形成的空气-燃料混合物点燃并且引起转矩输出。对于空气控制的内燃机（汽油马达）来说，测试喷射包括将燃料输出到燃烧室中或者输出到进气管区段中这个方面，从而通过随后的点火火花产生（在排气冲程中在排气之前）点燃由此形成的空气-燃料混合物并且引起转矩输出。因此，测试喷射表示由朝燃烧室或进气管中的燃料输出、可能紧随此后在自点火的燃料控制的内燃机中进行的直接点火或者在空气控制的内燃机中在时间方面经过协调的点火尝试所构成的序列。
在步骤S5中对在测试喷射之后的马达电流的变化曲线进行分析。如果由于测试喷射或者由于通过内燃机引起的转矩形成而出现马达电流的短时间的减小，则测试喷射在燃烧冲程的期间进行。如果确定由于所述测试喷射而没有降低所述电驱动力矩、也就是说没有降低所述马达电流，那就能够认为，在进气冲程期间进行了所述测试喷射并且相应地进行将当前的曲轴角位置分配给相关的气缸6的进气冲程。
因为气缸6由于凸轮轴与气缸6的进气阀和排气阀的固定耦合而以特定的顺序进入到燃烧冲程中，所以通常测试喷射足以用于进行将工作冲程分配给曲轴位置角。
如果电驱动装置3处于非转速调节的运行中并且取而代之用固定的操控参量、像比如固定的马达电压来操控，则同样能够通过马达电流的电流变化曲线的反应来确定，是否由于测试喷射而减小的转矩必须由电驱动装置3来提供。
在步骤S6中，现在能够借助于所检测的曲轴位置角和相对于所述气缸的相应的工作冲程的分配关系来运行所述内燃机2。
总之，通过对于电驱动装置3的输入端上的电参量的评估，能够确定电驱动装置是否为总驱动力矩提供了减小的贡献，由此能够推断，测试喷射引起了力矩产生。相反地能够看出，如果没有由于测试喷射而引起所述电驱动力矩的变化，则在进气冲程期间进行了测试喷射并且相应地将当前的曲轴角位置分配给相关的气缸6的进气冲程。
Claims (10)
1.用于运行具有内燃机（2）和电驱动装置（3）的混合驱动系统的方法，其中，在曲轴位置角和所述曲轴位置角相对于所述内燃机（2）的一个或多个气缸（6）的工作冲程的相位分配的基础上运行所述内燃机（2），所述方法具有以下用于获知相对于所述气缸（6）的工作冲程的相位分配的步骤：
-关于活塞在所述气缸（6）中扩大燃烧室的活塞运动来执行燃料的测试喷射；
-通过用于所述电驱动装置（3）的马达电操控参量的变化曲线获知所述电驱动装置（3）的马达功率消耗；
-在确定由于所述测试喷射而引起所述电驱动装置（3）的马达功率消耗降低时，针对所述气缸（6）确定所述曲轴位置角相对于燃烧冲程的相位分配。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在点燃所述气缸（6）中的空气-燃料混合物的时刻之前执行所述测试喷射。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在确定由于测试喷射而未出现所述电驱动装置（3）的功率消耗降低时，针对所述气缸（6）进行进气冲程的相位分配。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述电操控参量与电驱动装置的实际的马达电流或用于电驱动装置的马达电流的预先给定值对应。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以转速调节的方式来运行所述电驱动装置（3），其中所述电操控参量与所述转速调节的调节参量对应。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电操控参量与用于预先给定所述电驱动装置（3）的马达电压的占空比对应。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据所确定的相位分配来运行所述内燃机（2）。
8.用于运行具有内燃机（2）和电驱动装置（3）的混合驱动系统的装置，其中，在曲轴位置角和曲轴位置角相对于所述内燃机（2）的一个或多个气缸（6）的工作冲程的相位分配的基础上运行所述内燃机（2），其中所述装置构造用于获知相对于所述气缸（6）的工作冲程的相位分配，方法是：
-关于活塞在所述气缸（6）中扩大燃烧室的活塞运动来执行燃料的测试喷射；
-通过用于所述电驱动装置的马达电操控参量的变化曲线获知所述电驱动装置的马达功率消耗；并且
-在确定由于测试喷射而引起所述电驱动装置的功率降低时，针对所述气缸（6）确定所述曲轴位置角相对于燃烧冲程的相位分配。
9.混合驱动系统，具有内燃机（2）、能够与所述内燃机（2）相耦合的电驱动装置（3）以及根据权利要求8所述的装置。
10.电子存储介质，在该电子存储介质上面存储了计算机程序，该计算机程序被设置用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法的所有步骤。
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