CN111601960B - 用于确定内燃机的位置的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定内燃机的位置的方法，所述内燃机包括至少一个气缸，其中检测表示所述内燃机的速度的速度信号的变化过程，并且基于所述速度信号的变化过程，通过执行至少一个求和，生成所产生的信号（100），而且在所述所产生的信号（100）的变化过程中，识别出如下信号模式（108）：依据所述信号模式（108），确定所述位置。

Description

用于确定内燃机的位置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定内燃机的位置的方法和一种用于执行该方法的装置。此外，本发明还涉及用于执行该方法的一种计算机程序和一种机器可读的存储介质。

背景技术

对于现代内燃机的运行而言必需的是，为电子发动机控制设备提供关于瞬时发动机转速的信息，所述电子发动机控制设备操控（ansteuert）内燃机。这样已知的是，经由感应式起作用的传感器或者霍尔传感器，检测机器或发动机的曲轴的转动速度。所述感应式起作用的传感器或者霍尔传感器记录掠过的（vorbeistreichende）金属标记，并且经由两个标记之间的时间差来确定旋转速度。

在下文也称作发动机或者机器的传统的内燃机中，借助发动机管理软件，通过发动机控制设备控制喷射和点火。该软件必须有如下内容的认知：为了引起喷射和点火，气缸处于哪个位置，或处于哪个起升高度。为了实现这一点，可以使用安置在内燃机的曲轴上的传感器轮，所述传感器轮具有多个齿并且在周长上具有槽。同样，在有些情况下，具有数个齿的传感器轮可以安置在凸轮轴上。

接着，传感器被安置在这些传感器轮上，所述传感器轮在机器工作并且由此曲轴转动时产生电信号。这些传感器轮与机器的机械位置有固定的关系。

在（例如在具有一个气缸的四冲程发动机中的）工作周期或工作循环中，曲轴旋转两次，凸轮轴仅旋转一次。这样，可以在曲轴的电信号上观察到或检测到间隙两次。因而，虽然经由间隙可以确定曲轴位置，但是不能确定工作冲程。这样，例如在压缩冲程结束时得到上死点，并且在排放冲程（Ausblastakt）或排气冲程结束时得到上死点，这些上死点不能通过齿槽信息来区分。

现在，软件必须利用算法在曲轴信号中检测到间隙，并且区分这是在工作冲程中的第一转的间隙GAP0，还是在工作冲程中的第二转中的间隙GAP1。为此，可以使用凸轮轴信号的轮廓。一旦该软件已辨识出间隙或GAP，该软件就与发动机位置同步。现在，该软件知道气缸的位置或起升高度，并且可以在时间上规定喷射和点火。

在具有两个传感器的系统中，同样可能的是支持安全模式。如果例如曲轴信号有错误，则在特定的曲轴传感器轮的情况下始终还可能的是，使该软件与发动机位置同步。然而，通过发动机管理软件提供的信息的精度也许并不是非常高，并且因而转矩在可称作曲轴安全模式的这种模式中受限。

相对应地，如果凸轮轴传感器信号有错误，则始终还可能的是，利用曲轴信号单独地在双点火模式中驱动发动机。同样可能的是，利用软件控制的方法（如例如测试喷射）辨识出间隙，也就是，是存在GAP0还是存在GAP1。

在价格低廉的两轮分段（Zweirad-Segment）中，通常仅提供曲轴传感器信号，当发动机具有多于一个的气缸时，也如此。为了使该软件与发动机位置同步，使用软件技术。已知的技术之一在于，与曲轴传感器信号相组合地使用进气管压力信号信息，以便检测发动机位置。

在出版文献DE 10 2014 206 182 A1中，公开了一种用于确定内燃机的曲轴位置的方法，其中在一时间期间检测曲轴的转速变化过程，其中通过利用内燃机的工作循环的已知的转速变化过程来调整（Abgleich）该转速变化过程，确定曲轴位置。已知的转速变化过程在此具有表征曲轴位置的区间（Abschnitt）。

发明内容

在该背景下，介绍了一种根据本发明的方法和一种根据本发明的装置。此外，介绍了一种根据本发明的机器可读的存储介质。根据本发明，提出了一种用于确定内燃机的位置的方法，所述内燃机包括至少一个气缸，其中检测表示所述内燃机的速度的速度信号的变化过程，并且基于所述速度信号的变化过程，通过针对所述速度信号执行至少一个求和，生成所产生的信号，而且在所述所产生的信号的变化过程中，借助可校准的阈值识别出如下信号模式：所述信号模式与所述内燃机的位置有固定的关系，并且依据所述信号模式，确定所述内燃机的位置。根据本发明，还提出一种用于确定内燃机的位置的装置，所述装置设立用于执行根据本发明的方法。并且根据本发明，提出了一种机器可读的存储介质，该机器可读的存储介质具有存储在其上的计算机程序，所述计算机程序具有程序代码装置，所述程序代码装置设立为，当该计算机程序在计算单元上实施时，实施根据本发明的方法。

所介绍的方法使得能够，确定发动机位置、也就是一个或者多个气缸所处的位置，并且由此确定工作冲程。在此也可谈及的是，该方法用于确定曲轴位置。因而可能查明，该或者所述多个气缸处于哪个工作冲程，并且相对应地通过软件的同步而在时间上规定喷射和点火。

因此，所描述的方法所基于的是，生成或产生使用发动机速度信号的信息的信号，所述发动机速度信号由发动机控制设备接收到。所述发动机速度典型地说明发动机的转速。通常，要么通过曲轴传感器信号，要么通过发电机的信号，提供速度信息，所述发电机在两轮的情况下直接安置在曲轴上。

所产生的信号突出在高压弯道的上死点（OT）的压缩范围中的在发动机速度信息或发动机转速中的显著改变。如果使用该信号模式，则简单地可能的是，检测到内燃机中的气缸的位置。在单缸发动机的情况下，在一个工作循环期间仅存在一次由于高压弯道中的压缩和减压引起的转速改变。

如已经在前面曾详加说明的那样，该方法仅仅需要发动机速度信号。没有其他信号和信息是必要的。尤其是在所有具有单个气缸、两个气缸的所有两轮系统中，并且即使在多气缸系统中，也可以有效地采用该方法来检测发动机位置。

至少在所述实施方案中的数个实施方案中，所介绍的方法具有下列优点：

- 如果起动器驱动该机器，则在所有可能的运行状态中利用少量信息可能可靠地检测到发动机位置信息，

- 所介绍的算法可以被使用，以便在脚踏起动期间检测到相位或工作冲程，

- 提供机器速度信息的发电机信号同样可以被使用，以便检测发动机位置。因此，可以节约针对传感器轮、传感器和信号处理电路的成本，

- 与另外的行为方式相比，该算法可以更快地检测到发动机位置，因而可以更快地执行发动机起动，

- 不存在对在起动期间在双点火模式中运行该机器的需求，因为可以更快地检测到工作冲程，

- 提高了火花塞的使用寿命，

- 该方法可以被用于在起动期间检测工作冲程。同样可能的是，在重新同步时，在电机的速度更高的情况下，采用该方法。因而，与另外的方法相比，扩宽了该方法的应用领域。附加方法的采用并不必要，因而降低了软件的复杂性，

- 与另外的工作冲程检测方法相比，同样更快地可能校准该算法。

附图说明

本发明的其他优点和构建方案从说明书和所附的附图中得到。

应理解的是，不仅以分别所说明的组合，而且以另外的组合，或者单独地，可使用前面所提到的并且下面还要阐述的特征，而不离开本发明的范围。

图1示出了曲轴信号和凸轮轴信号的变化过程（Verlauf）。

图2以曲线图示出了发动机在借助机电启动器（Anlasser）起动时的速度特性。

图3示出了描述关系的信号的变化过程。

图4依据状态机示出了所介绍的方法的流程。

图5至10示出了曲轴信号的变化过程。

图11以曲线图示出了利用脚踏起动器起动的转速特征。

具体实施方式

本发明依据在附图中的实施形式来示意性地示出，并且随后参照附图予以详细描述。

图1示出了曲轴信号10和凸轮轴信号12的变化过程。在曲轴信号中，标记有上死点（OT），即OT2 20、OT1 22、OT3 24和OT4 26。

图2示出了在具有一个气缸的两轮中在起动期间的发动机速度信号50的变化过程。在此，在横坐标52上绘出曲轴转角[°CA]，而在纵坐标54上绘出发动机速度[U/min]。该图示出了，发动机速度在压缩冲程期间下降，而在减压阶段期间极大地提高。

现在设置了，基于在图2中所示出的承载发动机速度的信息的信号，产生特定的信号，以便利用该速度信息。以这种方式，可以特别适当地探测到压缩和减压对发动机速度信号的作用。该特定的信号随后称作所产生的信号。

图3示出了所产生的信号100的变化过程或特性。在此，在横坐标102上绘出时间，而在纵坐标104上绘出。此外，在该图中录入经校准的阈值106。在所示出的变化过程中，识别出特别的模式108，该特别的模式108在所产生的信号100中重复。该模式108围绕（um）在高压阶段的上死点中的压缩而出现一次。在具有一个气缸的两轮系统中，每个工作循环或工作周期要正好识别出一个这种模式。

该特定的模式108与机械发动机位置有固定的关系。因此，一旦在信号100中已辨识出该模式108，软件就可以依据该特定的模式与发动机位置同步。

针对在较高速度的情况下不存在经过同步的运行的情况，由于不进行燃烧，所以发动机速度下降。即使在这种场景下，也可能从发动机速度信号100中产生这样的模式108或信号模式。因此，软件可以以简单的方式又被同步，使得可以避免发动机停止。尤其是要考虑的是，与另外的行为方式（如例如进气管压力相位检测（Saugrohrdruckphasenerfassung））相比，该方法的应用领域更广。

从速度信号中例如构造或产生所示出的信号模式108，如通过下面的等式所表达的那样：

，

其中t[i]、t[j]表示来自机器速度信号的边沿时间。在机器速度信号上的边沿时间可以在两个上升的信号边沿之间、在两个下降的信号边沿之间或者在所有信号边沿（上升的至下降的或者相反）之间被测量。替选地，代替边沿时间，也可以直接使用机器速度，以便产生该信号模式。

针对所测量的边沿时间的两个不同集合来计算所示的和。为了获得时间t[i]或者t[j]的合适比例，这些时间不必是连续的，但是这是可能的。同样，相加的时间的数目可以是一或者更高。根据针对分子和分母的所选择的时间，可以实现不同的比例性质（Verhaeltniseigenschaften）。在图3中示出实例。对分子和分母的集合的选择可以以如下方式来选择：这些和的得出的比例明显突出用于使发动机位置同步的特定模式，并且这样可特别适当地探测到该特定模式。

为了评价这些变化过程或曲线，可以相对于可校准的阈值来检查得出的模式的幅值。如果幅值大于可校准的阈值，或者如果幅值小于可校准的阈值，如果特征点是最大值或最小值，则这意味着：软件已找到发动机位置。该阈值取决于环境条件，如例如发动机温度、发动机速度、高度等等，并且该阈值可以通过校准或者在运行时间期间而简单地被适配（anpassen）。代替使用可校准的阈值，可以通过不同的另外的进行信号处理的技术（如例如互相关）来评价该比例模式，以便找到确定的特征点。

在图4中，示出了状态机130，所述状态机130阐明了用于在速度信号的每个边沿处进行相位检测的算法。该图示出了不同的状态，即：

初始化工作冲程查找，132

禁用工作冲程查找，134

工作冲程查找成功，136

激活工作冲程查找，138

工作冲程查找不成功，140。

箭头说明状态过渡的前提，即：

满足激活条件，150

不满足激活条件，152

重新同步，154

重新同步，156

重新同步，158

工作冲程查找成功，160

工作冲程查找失败，162。

要注意的是，另外的实施方案是可能的，以便实施所描述的同步算法。

除了单缸系统之外，可以使用该方法，以便在下列系统中检测发动机位置：

情况1

在带有曲轴传感器的非对称安置的双缸系统的情况下：

- 在工作循环中检测到这种模式两次，

- 由于上死点非对称地分布，所以该模式的位置与曲轴传感器信号中的间隙不同。因此，软件可以容易地与机械发动机位置同步，其中使用来自曲轴传感器的缝隙或间隙信息和所产生的信号中的模式。

在图5中示出了具有带有曲轴传感器的非对称安置的双缸系统的发动机的曲轴信号200。此外，该图示出了OT1 202和OT2 204。第一箭头206表明在转速信号间隙与第一OT之间的间距，第二箭头208表明在转速信号间隙与第二OT之间的间距。箭头的不同长度图解说明这些气缸关于曲轴的非对称定位和与其关联的转速信号。

情况2

在带有曲轴传感器的对称安置的双缸系统的情况下：

- 在工作循环中检测到这种模式两次，

- 由于上死点对称地分布，所以必须评价其他信号，以便区分这两个间隙。可能性在于，在开始时，在两个气缸中进行喷射，但是仅在气缸之一中进行点火。一旦检测到燃烧气缸，同步就完成。

在图6中示出了具有带有曲轴传感器的对称安置的双缸系统的发动机的曲轴信号250。此外，该图示出了OT1 252和OT2 204。第一箭头206表明在转速信号间隙与第一OT之间的间距，第二箭头208表明在转速信号间隙与第二OT之间的间距。箭头的相同长度图解说明这些气缸关于曲轴的彼此间的对称间距和与其关联的转速信号。

情况3

在不带有曲轴传感器的非对称安置的双缸系统的情况下：

- 没有具有间隙的曲轴传感器信号可用。可是，关于发电机信号的发动机速度信号信息是可用的，

- 在使用发动机速度信号（也就是发电机信号）的情况下，产生该信号，

- 在工作循环中，在所产生的信号中检测到模式两次，

- 由于上死点非对称地分布，所以模式之间的间距是不同的。可以使用该间距信息，以便检测机械发动机位置。

在图7中示出了具有不带有曲轴传感器的非对称安置的双缸系统的发动机的曲轴信号300。此外，该图示出了OT1 302和OT2 304。

情况4

在不带有曲轴传感器的对称安置的双缸系统的情况下：

- 没有具有间隙的曲轴传感器信号可用。可是，关于发电机信号的发动机速度信号信息是可用的。

- 在使用发动机速度信号（也就是发电机信号）的情况下，产生该信号，

- 在工作循环中，在所产生的信号中检测到模式两次，

- 由于上死点对称地分布，所以必须评价其他信号，以便区分这两个上死点。可能性在于，在开始时，但是利用双点火在假定的气缸中进行喷射。一旦检测到燃烧气缸，同步就完成。

在图8中示出了具有不带有曲轴传感器的对称安置的双缸系统的发动机的曲轴信号350。此外，该图示出了OT1 352和OT2 354。

情况5

在带有曲轴传感器的三缸系统的情况下：

- 在工作循环中检测到这种模式三次，

- 在考虑到曲轴信号中的间隙的情况下，上死点的位置可以具有唯一的模式。在曲轴的一转中，可以观察到两个上死点，而在曲轴的另一转中，仅仅可观察到一个上死点，

- 由于在所产生的信号中在上死点的范围中监控该模式，所以简单地可能的是，与间隙信息相组合地在曲轴信号上检测机械发动机位置。

在图9中示出了具有带有曲轴传感器的三缸系统的发动机的曲轴信号400。此外，该图示出了OT1 402、OT2 404和OT3 406。

情况6

在不带有曲轴传感器的三缸系统的情况下：

- 没有具有间隙的曲轴信号可用。可是，关于发电机信号的发动机速度信号是可用的，

- 在工作循环中检测到这种模式三次，

- 由于上死点对称地分布，所以必须评价其他信号，以便区分相应的气缸高压阶段的三个上死点。可能性在于，在开始时，在一个气缸中进行喷射，并且紧接着在曲轴的接下来的两转中，在（关于转速信号的间隙的）相对应的位置处，进行点火。由于仅仅针对两次点火之一可以进行成功燃烧，所以可以探测到与其关联的显著的转速升高，并且这样可以区分工作循环的两转。一旦检测到从该气缸中的燃烧得出的转速升高，同步就完成。

在图10中示出了具有带有曲轴传感器的三缸系统的发动机的曲轴信号450。此外，该图示出了OT1 452、OT2 454和OT3 456。

情况7

要考虑的是，在脚踏起动期间，同样可能在所产生的信号中观察到唯一的模式，基于发动机速度信号已产生所述所产生的信号。

图11示出了在单缸发动机的脚踏起动期间的发动机速度信号500的特性。在此，在横坐标502上绘出曲轴转角[°CA]，而在纵坐标504上绘出发动机速度[U/min]。

唯一的模式可以在具有一个气缸的发动机中在脚踏起动期间围绕上死点中的压缩来产生。可以使用该信号模式，以便在脚踏起动期间也检测到发动机位置。可是，为了在所产生的信号中检测到该模式，附加的智能也是必要的。这的原因在于，发动机速度在脚踏起动期间极大地增大。这对所产生的信号的质量有影响。可是一旦发动机速度在已达到最大值之后开始下降，就必须可能在所产生的信号中容易地检测到该模式。

因而存在如下需要：将脚踏起动与由起动器驱动的起动区分开来。这例如同样可以基于在起动期间的电池电压的变化过程来实现。电起动器需要电池的显著能量。这导致电池电压的可测量的下降。与其相比，脚踏起动不需要电能。

同样，在利用脚踏起动器的起动过程中，可以使用所介绍的为了使具有一个或者多个气缸的系统同步的行为方式。

发动机具有的气缸越多，在压缩阶段期间的速度与在减压阶段期间的速度之间的差就越小。因而，只要速度差足够显著，所介绍的方法就可以在任意数目的气缸的情况下被使用。针对多于三个的气缸而言，可以适配针对较少的气缸所介绍的方法，以便满足气缸数目的需求。

Claims (12)

1.一种用于确定内燃机的位置的方法，所述内燃机包括至少一个气缸，其中检测表示所述内燃机的速度的速度信号（50）的变化过程，并且基于所述速度信号（50）的变化过程，通过针对所述速度信号（50）执行至少一个求和，生成所产生的信号（100），而且在所述所产生的信号（100）的变化过程中，借助可校准的阈值（106）识别出如下信号模式（108）：所述信号模式（108）与所述内燃机的位置有固定的关系，并且依据所述信号模式（108），确定所述内燃机的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，与曲轴耦合的电机的信号被用作被检测的速度信号（50）。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，被检测的所述速度信号（50）表示曲轴的转速。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在确定曲轴位置之后，在考虑到所确定的曲轴位置的情况下，执行所述内燃机与操控软件的同步。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，从所述速度信号（50）中通过下式生成所述信号模式（108），

，

其中t[i]、t[j]表示在来自所述速度信号（50）的信号边沿之间的各个时间间距。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，针对和中的每个和，将至少一个时间间距或者多个时间间距求和，其中所述和能包括时间间距的彼此间不同的集合。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，相对于可校准的阈值（106），检查所述信号模式（108）的幅值。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述阈值（106）根据不同的环境条件来适配。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在起动方式中，使用E起动器、脚踏起动器或者推车起动。

10.一种用于确定内燃机的位置的装置，所述装置设立用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

11.一种机器可读的存储介质，其具有存储在其上的计算机程序，所述计算机程序具有程序代码装置，所述程序代码装置设立为，当该计算机程序在计算单元上实施时，实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

12.根据权利要求11所述的机器可读的存储介质，其中，所述计算单元是在根据权利要求10所述的用于确定内燃机的位置的装置中的计算单元。

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