用于确定内燃发动机的凸轮轴位置的方法

文档序号:1949569 发布日期:2021-12-10 浏览:10次 >En<

阅读说明:本技术 用于确定内燃发动机的凸轮轴位置的方法 (Method for determining the camshaft position of an internal combustion engine ) 是由 J.耶施克 M.梅热 J.德鲁克汉默 F.威尔德哈根 于 2021-06-07 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种用于确定串联内燃发动机(5)的进气凸轮轴(2)的实际进气凸轮轴相位(1)和排气凸轮轴(4)的实际排气凸轮轴相位(3)的组合的方法,所述串联内燃发动机(5)具有至少一个气缸(6),其中,所述方法在串联内燃发动机(5)的工作中实施,相对于串联内燃发动机(5)的运行点(7)确定凸轮轴(2、4)的相应的实际相位(1、3)。(The invention relates to a method for determining a combination of an actual intake camshaft phase (1) of an intake camshaft (2) and an actual exhaust camshaft phase (3) of an exhaust camshaft (4) of a series internal combustion engine (5), which series internal combustion engine (5) has at least one cylinder (6), wherein the method is carried out during operation of the series internal combustion engine (5), the respective actual phases (1, 3) of the camshafts (2, 4) being determined relative to an operating point (7) of the series internal combustion engine (5).)

用于确定内燃发动机的凸轮轴位置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定内燃发动机的凸轮轴位置的方法。

背景技术

现代内燃发动机,例如汽油发动机,正在不断地发展。消耗和排放性能改善的重要部分是通过根据需要的尽可能高能效地配给的气缸充气(作为新鲜空气和残留气体的混合物)实现的。在此,充气交换控制机构起着重要的作用,因为尤其是通过进气和排气凸轮轴相位控制可以在很宽的范围内根据需要调整总充气质量和成分(残留气体)。通过相位控制(在更复杂的系统中还包括冲程曲线控制,例如ACT或ACT+通过AVS)对燃烧主要参数(总充气质量和残余气体份额)的影响或杠杆主要取决于内燃发动机的外部气体系统的瞬时边界参数。除了被动的环境条件(例如环境压力和温度)之外,内燃发动机的进气侧上“提供的”进气管压力作为由充气(VTG位置、废气焓)和节流(节气门)和“提供的”扫气压力降构成的组合,进气管压力作为用于配给内部残留气体质量的驱动因素与相位控制的效果或杠杆作用相关。取决于在进气侧的进气管和在排气侧的排气管中产生的压力状况,必须根据这些条件调整进气凸轮轴和排气凸轮轴相位的控制,即进气门和排气门的控制时间。

在此目的是,即使在内燃发动机的动态运行中也优化这种相互作用并且对其进行原位配给,使得在可接受的行驶性能下实现最小的消耗。因此,最佳条件在可能的最小压力差范围内(较小的储备量:节流阀和扫气压力降),因为不必要的高压力水平意味着能量消耗,因此该能量消耗不用于推进(机械做功)。优化气体交换导致,例如,以尽可能低的吹扫梯度来配给残留气体质量(或内部AGR)。由于质量流始终由压力梯度驱动,因此可通过几何路径(有效横截面积)进行精细配给和控制。因此,在达到压力平衡的压力差情况下,几何参数的变化(在此实施例中为随着相位变化的曲线)会对目标变量产生极大的影响。换句话说:由于优化目标“消耗”,该系统优选在非常敏感的敏感区域中运行,在该区域中,几何参数对整个过程具有巨大的影响。

在这种情况下,了解系统(每个单独模式)的确切绝对几何特性变得越来越重要。为了进行相位控制,除了阀,凸轮轴等的几何形状和尺寸的制造精度外,这尤其包括凸轮轴相对于曲轴的定位以及包括传感器的传感器轮的组装。在现代内燃发动机中,该系统的安装状况是在生产结束时进行测量的,并分配给各个组件。在确定进气和排气凸轮轴的位置时,将这些确定的安装值读入发动机控制器并在发动机运行时予以考虑。只要安装状况不受磨损或维护的干扰,就可以非常精确地识别凸轮轴的位置。如果更换了组件,则必须在工作完成后将新零件的特定安装值传送到控制器中。如果组件更换不当,凸轮轴的位置可能与实际情况不符,车辆的运行因此将受到损害,以致无法再实现最佳的消耗和排放值。为了防止这种情况,可以机械地防止不合格的组件更换。另一替代方案是可以在内燃发动机的运行期间识别、监视并在必要时适应物理现实的方法。

用于该替代方案的一种方法是检测进气和/或排气管中的脉动压力,即内燃发动机的进气或排气侧的脉动压力,并基于测得的压力信号推导出进气和排气凸轮轴的位置或相位。作为简化的作用链获得下列关系:带有活塞和曲轴的曲轴驱动装置产生在燃烧循环中周期性变化的气缸容积。这通过打开的气门(即气门升程曲线)与进气管或进气侧和排气管或出口侧的相邻容积短路。相应的气门升程曲线通过相位调整在其相位上移动,因此两个容积中的压力根据气门升程曲线相对于活塞运动的位置而变化。通过测量这些压力,而与凸轮轴的位置测量无关,可以获得有关气门升程曲线和气缸容积之间共同作用的第二条信息。假设精确制造的凸轮轴形状、气缸几何形状和最小变化的气门间隙,则凸轮轴相位在所选压力信号中的确定的方面起主导作用。

凸轮轴相位的识别精度取决于其他运行参数,例如转速、环境压力、VTG和节气门位置,以及燃料-空气混合物的可能燃烧。如有必要,为了相位识别必须在较窄的范围内可重复设置这些其他运行参数。结果,该识别不是永久地进行,而是仅在确定的选定的条件下,例如,在确定的情况下,该识别才永久地进行。内燃发动机的位置传感器和传感器轮,例如用于检测曲轴和凸轮轴相位的传感器在这种情况下无法节省。

从DE 10 2015 209 665 A1中已知测量进气道和/或排气道中的动态压力振荡,并确定曲轴位置或凸轮轴位置反馈信号。压力振荡的选定信号频率的相位角可以通过离散傅里叶变换从压力振荡和曲轴信号中确定。可以将这些相位角与参考相位角和参考气门控制时间进行比较,从而可以确定所讨论的内燃发动机的气门控制时间。

从DE 10 2016 219 582 B3中已知,测量针对进气道和排气道中的运行点的动态压力振荡并确定曲轴位置或凸轮轴位置反馈信号。根据压力振荡和曲轴信号,可以通过离散傅立叶变换来确定所测量的压力振荡的所选信号频率的幅度。在此要考虑的是,各个选择的信号频率的幅度,即压力振荡信号相对于中心线的偏转高度,以及曲轴相位角信号取决于进气门升程相位差或相位以及排气门的相位差或相位。基于各个选定信号频率的确定幅度,在特性曲线族中确定相同幅度的轮廓线,这些轮廓线取决于进气门升程相位差和排气门升程相位差,其中,这些特性曲线族是在参考内燃发动机上针对这些信号频率确定的。所选择的不同信号频率的相同幅度的这些轮廓线被投影到由进气门升程相位差和排气升程相位差界定的共同平面中。这些轮廓线的交点会得出进气门升程相位差或相位和排气升程相位差或相位的具体值。

在DE 10 2016 219 582 B3中,评估了两个信号频率,即例如进气道和/或出口道中压力信号的信号频率,这两个信号频率在测量过程中确定,也就是说在内燃发动机的运行点中确定。由于该方法的稳定性和牢靠性例如取决于轮廓线的相交角,因此对于其中确定的压力信号没有明显不同的倾斜轮廓线的运行点而言,无法获得实际相位的确定值的高精度。

发明内容

本发明的目的是,解决现有技术中存在的问题。尤其是应该能够更牢靠地(或可靠地)并且更稳定地确定凸轮轴的实际相位。

权利要求中单独列出的特征能以技术上合理的方式彼此组合并且可以通过说明书中阐述的事实和/或附图中的细节补充,其中,还示出了本发明的其他实施形式。

建议一种用于确定具有至少一个气缸的串联内燃发动机的进气凸轮轴的实际进气凸轮轴相位和排气凸轮轴的实际排气凸轮轴相位的组合的方法。该方法可以在串联内燃发动机的运行中实施。可以相对于串联内燃发动机的运行点确定凸轮轴相应的实际相位。

该方法包括至少下列步骤:

a)在参考内燃发动机(或者说参照内燃发动机)上确定至少一个模型,其中,针对参考内燃发动机的至少一个运行点的至少一个模型表示参考内燃发动机上确定的第一压力信号(或第一压力信号的至少一个特征)与相应运行点的实际进气凸轮轴相位和实际排气凸轮轴相位之间的关系;

b)用串联内燃发动机达到运行点并且至少在至少一个气缸的工作循环期间在(假定的)第一进气凸轮轴相位和(假定的)第一排气凸轮轴相位中检测(例如测量)第二压力信号;

c)对第二压力信号进行滤波处理以选择第二压力信号的至少一个信号频率,从而信号频率能表示为压力值随时间的变化曲线;

d)将至少一个工作循环的第二压力信号的变化曲线划分成多个区段,其中,每个区段包括一个时间区间;

e)在所述区段之一中确定第二压力信号的至少一个(第一)特征,其中,所述第一特征描述在该区段内的一个时刻上的第二压力信号;

f)将至少该第一特征与存储在该模型中的第一压力信号的相应特征进行比较,并且确定实际进气凸轮轴相位和实际排气凸轮轴相位。

将方法步骤如上(非穷举地)划分为a)至f)的目的主要是为了区分而不是强制序列和/或依赖性。方法步骤例如在系统设置和/或运行期间的频次可能会有所不同。也可行的是,方法步骤在时间上至少部分地彼此重叠。方法步骤b)至f)非常特别优选在步骤a)之后进行。尤其是,步骤c)至f)在步骤b)期间或之后或至少部分与之并行地进行。尤其是,以列出的顺序实施步骤a)至f)。

内燃发动机的曲轴的旋转位置确定内燃发动机的气缸中的活塞的位置,并且如果存在多个气缸,则尤其确定活塞彼此之间的位置。为了改善内燃发动机的排放和/或所产生的功率,每个单独的凸轮轴相位以及气门(进气门,排气门)的控制时间都可以单独地调节。在此,气门的控制时间可以在内燃发动机的运行中通过调节相关的凸轮轴相位来改变,但是对于由相应的凸轮轴操作的所有气门仅能共同地改变。因此,可以为内燃发动机的每个运行点设置凸轮轴相位的期望的组合,并因此设置气门的确定的控制时间。在例如由曲轴的转速、施加的扭矩和凸轮轴相位确定的运行点中,也即在曲轴旋转运动期间存在凸轮轴相位的确定的组合。

所建议的方法应当尤其允许在运行中检查并且在必要时改变或校正凸轮轴的控制。

尤其是,凸轮轴相位的确定的组合由控制器为内燃发动机的确定的运行点预设。在此,根据曲轴的旋转位置确定每个凸轮轴相位。例如,由于部件的更换,可能会发生这种情况:未实际上实现由控制器预设(假定)的凸轮轴相位,而至少一个凸轮轴占据偏离预设目标相位的不同的实际相位。通过建议的方法使实际存在的凸轮轴的实际相位能够被识别并能够与控制器所预设的控制变量进行比较。通过比较可以在控制器中进行校正,从而从该时刻开始,由控制器预设的控制变量可以设置凸轮轴的期望的和可再现的相位。

尤其是该方法的前提是,凸轮轴相位中的误差由部件和公差(例如传感器、传感器轮等的安装误差)确定,并因此以与重复达到具有凸轮轴相位的确定组合的运行点相同的质量和准确性设置并且检测凸轮轴相位从一个运行点到另一个运行点的相对移位。

该方法尤其是使得能够将串联内燃发动机的(第二)压力信号的预定特征与在参考内燃发动机上确定的、类似的(第一)压力信号的相同特征进行比较。在此,尤其是达到相同的运行点,因为在此出现的压力信号应彼此对应。

尤其是此处将分别在确定的时刻出现的压力信号的特征相互比较。在此,可以根据压力信号的变化曲线将这些时刻分配给曲柄轴的具体的例如测得的角度位置。

在下文中,术语“特征”表示在该方法的范围内在参考内燃发动机或串联内燃发动机上确定的特征并且尤其还包括术语“第一特征”。

尤其是,压力信号是内燃发动机的输入侧或输出侧上的压力变化曲线的主振荡。尤其是,主振荡处在内燃发动机的点火频率中。在内燃发动机的工作循环中,主振荡尤其是与气缸的数量相应地重复,也就是说在四个气缸的情况下重复四次。四冲程内燃发动机的工作循环尤其包括720°也即曲柄轴的两转的角度范围。

第二压力信号或其变化曲线尤其划分成多个区段,例如划分成上升区段(也即第二压力信号从第二压力信号的低的压力值或最小值开始变化为第二压力信号的高的压力值或最大值的区段)和下降区段(即第二压力信号从高的压力值或最大值开始变化为低的压力值或最小值的区段)。在每个区段中,存在或检测到例如至少一个(第一)特征。

单独的区段(关于存储在模型中的并且在串联内燃发动机上确定的特征)的观察使所观察的特征能够例如分配给(或关联)内燃发动机的具体气缸。因此,并非所有主振荡都被叠加并且从其叠加中(例如通过傅里叶变换)确定一个特征,而可行的是,将一个特征分配给确定的曲柄轴位置(在四冲程-内燃发动机的情况下,每个曲柄轴位置分别在720°的范围内)。因此,可以从第二压力信号或相应第一特征中确定例如仅出现在串联内燃发动机的至少一个气缸上的损坏。此外,将这些区段分配给气缸也有利于任何类型的非对称(非谐波的)压力信号,例如气缸停用和气缸组的分开的空气导引。

与通过FFT分析压力信号相比,尤其是由于通过建议的方法对于每个气缸可分开观察的区段,建议的方法的其他优点是:

·在一部分气缸停用时的可用性:例如在半发动机运行中,其中,压力信号则不再具有全发动机-四冲程运行的谐波的基阶;

·在气缸列的空气/废气分开导引时的可用性:例如在具有分开的路径和在每个气缸列之前的相应压力传感器的V8-M发动机中,其中,压力信号则是更加非谐波的(即对于所有的气缸均有效的FFT-评估更差)。

为了检测凸轮轴的实际相位,根据步骤a)在参考内燃发动机上确定至少一个模型或多个模型。

在这些模型中,针对相应运行点存储凸轮轴的实际相位和第一压力信号或第一压力信号的至少一个特征。这些模型在串联内燃发动机的运行中存储在控制器中并被确认为是有效的。在此,针对参考内燃发动机的运行点,例如由曲柄轴的转速和施加的扭矩以及由凸轮轴的目标相位定义地,检测凸轮轴的实际相位的不同组合和第一压力信号的分别确定的特征。在串联内燃发动机的运行中,尤其是达到存储模型的运行点,以便实施该方法。

实际相位和特征可以在参考内燃发动机上通过传感器,例如通过压力传感器、旋转角度传感器等确定,其中,参考内燃发动机的特征在于具有特别小的偏差和特别精确地已知的部件。

因此,在参考内燃发动机上设定,目标相位相当于实际相位。

尤其是,分别针对一个运行点生成一个模型并且存储在控制器中。该模型描述实际相位与第一压力信号或第一压力信号的至少一个特征之间的关系。

每个模型可以具有多个特征曲线族或子模型。第一特征曲线族或模型的子模型包括例如从实际进气凸轮轴相位的确定的值和实际排气凸轮轴相位的与之相关设置的值开始的为各个组合确定的特征。

第二特征曲线族或模型的子模型包括例如从实际进气凸轮轴相位的确定的值和第一压力信号的特征的在此分别存在的值开始的在该组合时并且在该运行点中分别存在的实际排气凸轮轴相位。

第三特征曲线族或模型的子模型包括例如从实际排气凸轮轴相位的确定的值和第一压力信号的特征的在此分别存在的值开始的在该组合时并且在运行点中分别存在的实际进气凸轮轴相位。

第二和第三特征曲线族可以例如分别通过第一特征曲线族的反转来确定。

因此,每个特征曲线族或子模型描述从两个输入变量的确定的值开始的相应的第三变量。因此,从第一特征曲线族开始,例如第二特征曲线族(子模型)可以通过第一特征曲线族的反转形成。第二特征曲线族则可以包括从实际进气凸轮轴相位的确定的值开始的与之有关确定的特征和实际排气凸轮轴相位的为相应组合设置的值。第三特征曲线族(子模型)也可以通过第一特征曲线族的反转形成。第三特征曲线族则包括从实际排气凸轮轴相位的确定的值开始的与之相关确定的特征和实际进气凸轮轴相位的为相应组合设置的值。

大量的特征曲线族(子模型)的存储可以尤其是减小在串联内燃发动机的运行中为实施该方法所需的计算量,因为可以简化运行中确定的特征的相位的相关值的读取。

尤其是,借助特征曲线族或子模型,之后通过插值确定实际相位的任何值和特征。

尤其是,也可以由方程组实现或代替特征曲线族或模型。

在串联内燃发动机的运行中,根据步骤b)至e),在至少一个运行点中检测并且分析第二压力信号的至少一个特征。在此,也检测存在于相应运行点中的凸轮轴相位(但由于被调节而可能不正确)。这些检测到的相位尤其使用在步骤f)中,以便确定步骤b)中设置的(但不实际存在的)相位与实际存在的实际相位的偏差,从而在串联内燃发动机的后续运行中可以为该相位使用必要时以该偏差校正的值。

在串联内燃发动机的运行中达到的运行点相应于尤其是将模型存储在控制器中的运行点。

尤其是,在步骤f)中将步骤b)中检测到的第二压力信号或步骤e)中确定的至少一个特征与模型比较。

从模型中可以读取针对在步骤b)中达到的运行点和根据步骤e)检测到的特征的、凸轮轴的实际相位的可能组合。例如确定该特征的进气凸轮轴相位的实际值是多少并因此实际排气凸轮轴相位是多少。进一步例如确定,该特征的实际排气凸轮轴相位的值是多少并因此实际进气凸轮轴相位是多少。这样确定的参数组合可以例如通函数模拟。函数可以例如形成图中的一条线。在该图中,可以例如在第一轴线上绘制实际进气凸轮轴相位并且在第二轴线上绘制实际排气凸轮轴相位。

达到多个运行点和/或比较多个不同的特征在此可以提高确定实际凸轮轴相位的精度。

参数的组合也可以看做点云,其中,点云的相应点通过针对步骤e)中确定的特征的实际进气凸轮轴相位和实际排气凸轮轴相位的由模型导出的组合形成。由于点云的每个点都具有针对这一个特征的实际凸轮轴相位的相应组合的坐标,因此点云在此只具有两个维度。

在显示该二维度的图中,实际凸轮轴相位的组合可以显示为在模型或子模型中的例如等高线(或轮廓线),在这些组合的情况下在模型或子模型中获得测得的特征。

相应的点云尤其由可以从特征曲线族或子模型中读取的点组成。例如,为所述一个运行点确定的点云由针对检测到的特征存在的实际进气凸轮轴相位以及针对该实际进气凸轮轴相位和该运行点存在的实际排气凸轮轴相位组成。因此,实际排气凸轮轴相位尤其是从相应的已存储在控制器中的或在串联内燃发动机运行中确定的特征曲线族或子模型中读取。点云还由针对该检测到的特征存在的实际排气凸轮轴相位以及针对该实际排气凸轮轴相位和该运行点存在的实际进气凸轮轴相位组成。

为所述一个运行点确定的点云尤其是由从前述的第二特征曲线族导出的点和从前述第三特征曲线族导出的点组成。从第二特征曲线族中可以读取针对测得的特征的实际进气凸轮轴相位的相应值和针对该组合存在的实际排气凸轮轴相位值。这些值的组合在此形成由第二特征曲线族导出的、点云的各个点。从第三特征曲线族中可以读取针对测得的特征的实际排气凸轮轴相位的相应值和针对该组合存在的实际进气凸轮轴相位值。这些值的组合在此形成由第三特征曲线族导出的、点云的各个点。

为了确定实际凸轮轴相位,尤其是确定点云的交点,其中,通过从相同的压力信号(即相同的运行点)确定另一个特征(尤其是与先前确定和使用的特征不同的特征)或通过串联内燃发动机达到至少一个另外的运行点并且在(假定的)另外的进气凸轮轴相位时和在(假定的)另外的排气凸轮轴相位时检测(例如测量)另一个(第三)压力信号并且从该另一个(第三)压力信号确定另一个特征(尤其是与另外的运行点中确定的特征或另外的特征相同的特征)确定使相交的点云。

因此,可以达到尤其是可自由选择数量的运行点,其中,仅通过彼此不同的运行点的数量可以影响结果,也即实际凸轮轴相位的确定的牢靠性和稳定性。进一步可以选择运行点的确定组合,该确定组合能够实现凸轮轴的实际相位的尽可能牢靠的确定。但该方法也可以包括从相同运行点中确定或测得的压力信号中确定多个特征,其中,点云则仅在相应的特征方面不同。

在此,已通过模型或子模型实施合理性检查(或者可信度测试)。例如可以检查,是否至少在点云的包括假定的或预期的凸轮轴相位的部分区域中所选的运行点可以预期形成相应点云的点的明确行为。如果不是,则只能选择点云的允许区域或达到另一个运行点或重复达到该运行点或重新检测第二压力信号。

例如从所述一个子模型中确定的点在图中可以获得一个圆。如果从不同的子模型确定的点补充该圆,但例如仅在该圆的一个象限中补充第一点云,则可以将该象限和包含在其中的点合理地使用作点云。

尤其是在步骤e)中从相应第二压力信号中检测至少一个另外的特征,其中,在步骤a)中也为该另外的特征创建步骤f)中使用的模型。另外的特征可以是例如另一个压力传感器的信号。该另一个压力传感器可以例如布置在进气道或排气道中。另外的特征也可以包括相同(第一和/或第二)压力信号的另一个特征,例如幅度、最大值、最小值、斜率等。

尤其是,至少在串联内燃发动机的吸气侧或在排气侧通过此处布置的压力传感器检测串联内燃发动机中的第二压力信号。例如在串联内燃发动机的控制器中,从检测到的第二压力信号中可以确定第二压力信号的相应的至少一个特征。

点云的交点尤其是形成实际相位的组合,也即实际进气凸轮轴相位和实际排气凸轮轴相位,该组合根据步骤b)实际存在于至少一个运行点中。

现在使用实际相位的这些值,以便新校准假定的相位(也即例如第一相位)的直到当前时刻使用的值。因此,确定相关凸轮轴的实际相位与到该位置所设置的相位之间的偏差并且根据该偏差改变控制器中的控制变量。然后,串联内燃发动机上设置的(目标)相位,也即例如第一相位,对应于实际存在的相应实际相位。

控制变量可以是例如凸轮轴相位。提供该方法可以识别实际存在的实际相位和串联内燃发动机上设置的假定的(目标)相位之间的偏差并且校正或校正该凸轮轴相位。新设置的相位则应当尤其对应于实际相位。可以通过本方法尤其是也检查该状态并且检查其合理性。

在步骤c)中对第二压力信号进行滤波处理以选择第二压力信号的至少一个信号频率,从而信号频率可表示为压力值与时间和曲柄轴角度有关的变化曲线。尤其是,信号频率也即压力值的变化曲线可表示在一个图中,其中,第二压力信号的压力值绘制在竖轴线上,时间或连续的曲柄轴角度绘制在水平轴线上。

为了将第二压力信号划分成区段,第二压力信号以特别简单牢靠的方法尤其是用傅里叶变换来处理。尤其是,仅考虑第二压力信号的信号频率,例如第二压力信号的主振荡。

备选地,可以划分成区段,例如通过压力信号的极值的识别由先验知识预设(例如根据凸轮轴相位的目标位置)。但在此必须要考虑的是,此处可能会产生耦合,亦即,仅当实际凸轮轴相位不与假定的凸轮轴相位偏离时,才能可靠识别极值。

当通过主频率确定区段时不存在该耦合,因为极值的位置(也即沿时间轴线)仅从压力信号中确定。

根据步骤d)将至少一个工作循环的第二压力信号的变化曲线划分成多个区段,其中,每个区段包括一个时间区间。每个区段尤其是包括时间区间或曲柄轴角度的间隔。

尤其是可以为每个区段确定多个(不同的)特征,这些特征可以与参考内燃发动机上确定的至少一个模型和此处存储的特征进行比较。区段尤其包括时间区间或曲柄轴角度的间隔,其通过两个相邻的极值定义。

四冲程内燃发动机的工作循环则包括例如八个区段。

一个区段的起点和/或终点可以尤其根据第二压力信号的变化曲线的极值(例如最大值和最小值)确定。区段的时间区间尤其可以根据第二压力信号的变化曲线的最大值和最小值确定。尤其是,针对一个区段设置与相邻区段的重叠(沿时间轴线),从而每个极值也可用于多个区段。每个区段尤其包括第二压力信号的变化曲线的仅一个(全局)最大值和仅一个(全局)最小值。

对于每个区段或变化曲线可以识别特征,该特征可以与步骤a)中确定的至少一个模型的特征进行比较。在此,特征可以例如根据极值的位置或其他特征值的位置识别每个区段。

尤其是,可以为多个区段生成共同的模型并且将其存储在控制器中。但也可行的是,分别恰好为一个区段生成一个模型并且将其存储在控制器中。因此,在串联内燃发动机的运行中必要时可以缩短计算时间。然而,由于例如模型仅针对确定的区段或单独的区段存储在控制器中,因此必要时可以减小控制器中的存储容量。

在步骤d)中尤其确定第二压力信号相对于时间轴线或曲柄轴角度的极值。区段也可以根据极值的位置识别或确定。

在步骤e)中尤其选择第二压力信号的区域,该区域例如布置在第二压力信号的两个相邻的极值之间,也即在最大值和最小值之间。该区域包括尤其是也即压力信号的变化曲线的位于时间区间内的部段。时间区间尤其可以分配给具体的曲柄轴角度。该部段尤其(分别)位于步骤d)中确定的区段之一中。该部段尤其小于一个区段的时间区间。

第二压力信号的变化曲线的该部段尤其是可以通过函数,尤其是通过直线来近似(或者说近似化)。该近似可以通过近似法或另外的数学方法实现。该函数也可以是非线性的,例如是抛物线函数或指数函数。该近似可以尤其通过控制器实施。

变化曲线通过直线的近似提高相对测量误差和噪声的稳定性。如果该变化曲线在该部段中也即连续地延伸,则可以提供数值上牢靠的对干扰不敏感的信息来确定实际相位。

尤其是可以归一化相邻的极值,也即最大值和最小值之间的幅度。该部段尤其是包括部段-时间区间,在该部段-时间区间中变化曲线具有至少第一值“归一化的幅度的50%”。

在时间区间的该部段中,存在尤其是压力值随时间或曲柄轴角度的变化的快速变化。变化的速度尤其通过第二压力信号的变化曲线在该变化曲线的该部段中的斜率来可视化。

该部段尤其包括部段-时间区间,该部段-时间区间由相对于归一化的幅度的对称间隔定义。该区段尤其也即包括例如部段-时间区间,该部段-时间区间包括第二压力信号的在第二值“归一化的幅度的30%”与第三值“归一化的幅度的70%”之间的变化曲线。在该部段中,可以呈现尤其是变化曲线的最大斜率,或者可以预期第二压力信号的变化曲线对于确定实际凸轮轴相位是显著的。

变化曲线在该部段中的近似可以例如通过从第二值延伸至第三值的直线函数或另外的函数实现。在此,这样确定的直线或另外的函数与例如第一值“归一化的幅度的50%”的交叉点可以获得具体的时刻或具体的曲柄轴角度。该时刻或该时刻相对于极值之间的时间平均值的偏差(时间平均值相当于例如极值之间的时间差的50%所处的时刻),可以例如在考虑相应区段的情况下识别为第一特征并且使用于根据步骤f)确定实际凸轮轴相位。

在直线函数的情况下例如时刻的该偏差和/或斜率可以用作第一特征,而在其他函数的情况下例如相应曲线区段的参数可以确定为特征。

在第二压力信号的变化曲线的具有例如较大斜率的区域内,也即恰好不在极值的区域内尤其是确定至少一个第一特征。

因此,本发明的方法能够实现针对凸轮轴的实际相位的尤其是更牢靠和稳定的,尤其是更精确的结果。

尤其是根据步骤f)将至少一个特征,例如时刻的偏差和/或变化曲线在一个区段或一个区段的一个部段中的斜率与至少一个模型或与模型中对应的至少一个特征进行比较。尤其是可以这样确定凸轮轴的实际相位。由控制器预设的凸轮轴相位的值,也即例如第一凸轮轴相位可以这样地以一个校正系数或校正值被校正,使得在串联内燃发动机的后续运行中可以设置正确的凸轮轴相位。

尤其是在步骤c)中在傅里叶变换的范畴中对第二压力信号进行低通滤波。尤其是在此仅考虑第二压力信号的至多确定的阶数的部分,也即更高频率的区域被阻隔。

尤其是在步骤c)中鉴于傅里叶变换对第二压力信号低通滤波。尤其是在此仅考虑第二压力信号的例如一阶的部分。因此,尤其是更低和更高频率的区域被阻隔。

尤其是,每个区段的也即不同气缸的特征的确定使得能够将特征分配给单独的气缸。因此可以将不同区段,也即不同气缸的特征相互比较。以这种方式尤其是可以诊断串联内燃发动机和其构件,例如传感器。可能的损坏尤其是可以分配给单独的气缸。

在通过DE102016219582B3建议的方法中仅确定FFT-系数,即幅度和相位。这些代表所有气缸的参数(即幅度和相位)的平均值。在此特征不能分配给单独的气缸。

尤其是,从检测到的第二压力信号中通过傅里叶变换确定至少一个信号频率的压力值的关于时间或曲柄轴角度的变化曲线。

尤其是可以在步骤e)中确定至少一个下列特征:至少一个最大值的压力值和时刻或曲柄轴角度、至少一个最小值的压力值和时刻或、压力信号的变化曲线的幅度、变化曲线的在区段或区域或部段中的方向(上升或下降)、变化曲线的在一个部段和/或在确定的时刻和/或在确定的压力值或压力值的值下的斜率。

尤其是,每个通过该方法确定的特征可以存储在至少一个模型中。所考虑的每个其他的特征能够实现尤其是该方法的牢靠性和精度的进一步提高。

尤其是,至少在串联内燃发动机的吸气侧和/或排气侧通过此处布置的压力传感器检测串联内燃发动机中的第二压力信号。例如在串联内燃发动机的控制器中,从检测到的第二压力信号可以确定第二压力信号的相应的至少一个特征。

尤其是,步骤f)确定的实际相位在串联内燃发动机的控制器用于校正由用于运行串联内燃发动机的控制器提供的控制变量。因此,尤其是,以前所使用的控制变量被改变,使得在进一步运行中设置例如改变了的相位。

步骤f)中进行的特征与知识一个模型或此处确定的点云交点的比较尤其得出实际相位,也即实际进气凸轮轴相位和实际排气凸轮轴相位的组合,该实际排气凸轮轴相位实际存在于所研究的一个运行点或多个运行点中。

现在可以使用实际相位的这些值来重新校准假定的相位(也即例如第一相位)的到当前时间点为止所用的值。也就是说,确定相关凸轮轴的实际相位与先前设置的相位的偏差并且根据该偏差改变控制器中的控制变量。然后,串联内燃发动机上设置的(目标)相位,也即例如第一相位应相当于实际存在的相应实际相位。

控制变量可以是例如凸轮轴相位。通过该方法可以识别实际存在的实际相位与串联内燃发动机上设置的且假定的(目标)相位之间的偏差并且校正或校准凸轮轴相位。然后,新设置的相位应相当于尤其是实际相位。也可以通过本发明的方法尤其是检查该状态并且检查其合理性。

尤其是,如果确定了在实际相位和与之相当的控制变量之间的最小偏差,则仅在考虑实际相位的情况下改变由用于运行串联内燃发动机的控制器提供的控制变量。由于确定实际相位的偏差位于可预先确定的公差范围以内,因此可能无需校正。

尤其是最小偏差根据下列参数中的至少一个变化:转速、曲柄轴角度、环境压力、VTG-位置、节气门位置、燃料-空气-混合物的成分。因此,尤其是最小偏差可以根据运行点或参数分别具有不同的值,从而可以根据所提到的参数中的至少一个决定是否进行控制变量的校正。

关于第二压力信号和由此导出的一个特征或多个特征的描述尤其同样适用于在参考内燃发动机上确定的第一压力信号。

进一步建议一种内燃发动机,至少包括曲柄轴、可调节的进气凸轮轴和/或可调节的排气凸轮轴、至少一个与曲柄轴相连的活塞和气缸以及吸气侧和排气侧,在该气缸中活塞实施冲程运动,在该吸气侧通过至少一个能由进气凸轮轴操作的进气门能将至少空气供应给气缸,在排气侧通过至少一个由排气凸轮轴可操作的排气门能将废气从该气缸排出。在吸气侧和/或在排气侧布置有至少一个用于检测第二压力信号(或至少一个第二压力信号)的压力传感器。内燃发动机进一步包括控制器,该控制器适当地设计或装备、配置或编程用于实施所描述的方法。

尤其是,还提出了一种控制器,该控制器被配备、配置或编程为实施所描述的方法。

此外,该方法也可以通过计算机或控制器的处理器来实施。

因此,还建议了一种用于数据处理的系统,该系统包括处理器,该处理器适配/配置为使得它实施该方法或所建议的方法的一部分步骤。

可以提供一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质包括指令,当计算机/处理器实施该指令时,该指令实施该方法或所建议的方法的至少一部分步骤。

与该方法有关的陈述可以特别地转用到内燃发动机和/或计算机可实施的方法(即计算机或处理器、数据处理系统、计算机可读存储介质)上,反之亦然。

不定冠词(“一个”)的使用,尤其是在专利权利要求和复述它们的说明书中,应被理解为是“这种的”,而不是数字。因此,以其引入的术语或组分应理解为至少存在一次,尤其是也可以存在多次。

预先加以考虑地应注意,此处使用的数字(“第一”、“第二”、……)主要(仅)用于区分多个相同类型的对象、大小或过程,也就是说尤其没有强制性预设这些对象、大小或过程相互没有依赖关系和/或顺序。如果需要依赖关系和/或顺序,则在此明确声明,或者对于本领域技术人员在研究具体描述的实施例时是显而易见的。如果组件可以出现多次(“至少一个”),则对这些组件之一的描述可以同等地应用于所有这些组件的全部或部分,但这不是强制性的。

附图说明

下面参考附图进一步阐述本发明以及技术环境。应该指出的是,本发明并不应受到所引用的实施例的限制。尤其是,除非另有明确说明,否则还可以提取附图中阐述的事实的部分方面,并将其与本说明书中的其他组成部分和知识相结合。尤其应指出的是,附图以及尤其是所示的尺寸关系仅是示意性的。附图中示出:

图1:是内燃发动机的侧视剖视图;和

图2:是二维图。

具体实施方式

图1示出串联内燃发动机5(Serien-Verbrennungskraftmaschine或称为批产内燃机)的侧视剖视图。串联内燃发动机5包括曲柄轴39、可调节的进气凸轮轴2和可调节的排气凸轮轴4、至少一个与曲柄轴39相连的活塞32和气缸6以及吸气侧33和排气侧35,在气缸6中活塞32实施冲程运动,在吸气侧33通过至少一个能由进气凸轮轴2操作的进气门34将至少空气供应给气缸6,在排气侧35通过至少一个能由排气凸轮轴4操作的排气门36能将废气从气缸6排出。在吸气侧33和排气侧35中分别布置有用于检测压力信号10的压力传感器37(对于该方法需要至少一个压力传感器37)。串联内燃发动机5还包括控制器38,该控制器38适当地设计或装备、配置或编程为用于实施所描述的方法。

该方法用于确定组合串联内燃发动机5的进气凸轮轴2的实际进气凸轮轴相位1和排气凸轮轴4的实际排气凸轮轴相位3。该方法在串联内燃发动机5中实施。凸轮轴2、4的相应的实际相位1、3相对于串联内燃发动机5的至少一个运行点7确定。

在该方法中,根据步骤a)在参考内燃发动机上针对不同的运行点7确定模型8,其中,针对参考内燃发动机的相应一个运行点7的每个模型8表示参考内燃发动机上确定的第一压力信号9(或压力信号9的至少一个特征19)与相应运行点7的实际进气凸轮轴相位1和实际排气凸轮轴相位3之间的关系。

根据步骤b)串联内燃发动机5达到运行点7,并且通过为此设置的传感器40在(假定的)第一进气凸轮轴相位11和(假定的)第一排气凸轮轴相位12以及曲柄轴角度41中检测(例如测量)第二压力信号10。

根据步骤c)对第二压力信号10进行滤波处理,以选择第二压力信号10的至少一个信号频率13,从而信号频率13能表示为压力值15随时间16的变化曲线14(参见图2)。

图2示出二维图。在该图的竖轴线上绘出了第二压力信号10的压力值15。在水平轴线上绘出了时间16或串联内燃发动机5的连续的曲柄轴角度41。此外,在该图中示出了第二压力信号10的变化曲线14。第二压力信号10已由内燃发动机5的吸气侧33或排气侧35中的压力传感器37检测到。该图包括第二压力信号10在内燃发动机5的工作行程上的变化曲线14,即在曲柄轴39的720°的角度范围(在四冲程发动机的情况下)的变化曲线。此处,示出排气侧35上的在步骤b)的范围内测得的并且在步骤c)的范围内低通滤波的第二压力信号10,至多包括9阶。

在步骤b)中,也就是说达到运行点7,该运行点由串联内燃发动机5的促动器的组合定义,例如由转速、负载、节气门、涡轮增压器、凸轮轴相位定义。此外,在步骤b)中通过排气侧35中的压力传感器37检测第二压力信号10。在此,为此由控制器38预设的、凸轮轴2、4的相位与时间16或时刻20有关地检测。由控制器38预设的、凸轮轴2、4的相位是第一进气凸轮轴相位11和第一排气凸轮轴相位12,它们可能是错误的并且偏离实际存在的实际凸轮轴相位1、3,因此可能必须校正控制器38的相关控制变量。

在步骤c)中,对第二压力信号10进行滤波处理,以选择第二压力信号10的至少一个信号频率13,从而信号频率13能表示为压力值15随时间16的变化曲线14。

第二压力信号10在串联内燃发动机5的点火频率中具有主振荡。在串联内燃发动机5的工作循环中与气缸6的数量相应地重复主振荡,即在当前情况下,四个气缸重复四次主振荡。

根据步骤d)将至少一个工作循环的第二压力信号10的变化曲线14划分成多个区段17,其中,每个区段17包括一个时间区间18。每个区段17可以提供多个特征19,这些特征可以与参考内燃发动机的模型9比较。

区段17划分成上升区段17和下降区段17,在上升区段中第二压力信号10从第二压力信号10的低的压力值15或最小值21开始到第二压力信号10的高的压力值15或最大值22变化,在下降区段17中第二压力信号10从高的压力值15或最大值22开始到低的压力值15或最小值21变化。在每个区段17中可以存在或检测例如至少一个特征19。

单独的区段17(关于存储在模型9中的并且在串联内燃发动机5确定的特征19)的观察允许将所观察的特征19例如分配给内燃发动机5的具体的气缸6。因此,并非所有主振荡都被叠加,并且从他们的叠加中确定一个特征19(例如在傅里叶变化的情况下),而是可以将特征19分配给确定的曲柄轴角度位置(在四冲程内燃发动机的情况下每个曲柄轴角度位置分别在720°范围内)。因此可以从第二压力信号10或相应第一特征19中确定例如仅在串联内燃发动机5的至少一个气缸6上出现的损坏。

在步骤d)中相对于时间轴线(时间16)或曲柄轴相位确定第二压力信号10的极值。在当前情况下根据极值的位置、即最小值21和最大值22识别或确定区段17。

在步骤e)中,选择第二压力信号10的范围,该范围设置在第二压力信号10的两个相邻的极值之间,即在最大值22和最小值21之间。该范围包括第二压力信号10的变化曲线14的处于时间区间18内的部段23。时间区间18可以与具体的曲柄轴角度41对应。部段23位于步骤d)中的确定的区段17之一中。部段23或部段-时间区间26小于区段17的时间区间18。

部段23包括部段-时间区间26,该部段-时间区间26通过相对于归一化(或者说标准化的)的幅度的对称间隔定义。部段23包括部段-时间区间26,该部段-时间区间26包括在第二值28“归一化的幅度的30%”和第三值29“归一化的幅度的70%”之间的第二压力信号10的变化曲线14。在该部段23中,尤其呈现变化曲线14的最大斜率30,或可以预期第二压力信号10的变化曲线对于确定实际凸轮轴相位1、3是显著的或者说有特征性的。

第二压力信号10的变化曲线14的部段23可以通过函数24,此处通过直线来近似。可以通过近似法或其他数学方法进行近似。该近似可以通过控制器38实施。

变化曲线14通过直线或通过线性回归的近似,增加了相对于测量误差和噪声的稳定性,尤其是因为此处存在明显的斜率30并且因为使用了多于一个的取样值。如果变化曲线14在该部段23中即连续地延伸,则可以提供数值方面可靠的、干扰不敏感的用于确定实际相位1、3的信息。

幅度25在相邻的极值,即最大值22和最小值21之间归一化,也就是说在“0”到“1”的压力值15之间延伸。部段23包括部段-时间区间26,在该部段-时间区间26中变化曲线14具有至少第一值27“归一化的幅度的50%”。

在时间区间18的该部段23中,压力值15鉴于时间16或曲柄轴角度的变化而快速变化。变化的速度通过第二压力信号10的变化曲线14在该变化曲线14的部段23中的斜率30可视化。

变化曲线14在该部段23中的近似可以例如通过直线函数24或另外的函数24实现,该函数在所确定的部段-时间区间26从第二值28开始延伸到第三值29。在此,这样所确定的直线与第一值17“归一化的幅度的50%”的交叉点31可以获得具体的时刻20或具体的曲柄轴相位。该时刻20或该时刻20与极值之间的时间平均值(时间平均值对应于例如极值之间的时间差的50%所处的时刻)的偏差,可以例如在考虑到相应区段17的情况下识别为第一特征19并且使用于根据步骤f)确定实际凸轮轴相位1、3。

在直线函数24,例如时刻20的情况下,时刻20的偏差和/或斜率30可以用作第一特征19,而在其他函数24的情况下,例如相应曲线区段17的一个参数可以确定为特征19。

尤其是,在第二压力信号10的变化曲线14的例如具有较大斜率30的区域中,也即恰好不在极值即最小值21或最大值22的区域中确定至少一个第一特征19。

因此,本发明的方法尤其能够实现针对实际凸轮轴相位1、3的更牢靠和稳定的,尤其是更精确的结果。

根据步骤f)将至少一个特征19,例如时刻20的偏差和/或变化曲线14在区段17中的或在区段17的部段23中的斜率30与至少一个模型8或与模型8中相应的至少一个特征进行比较。因此,可以确定实际凸轮轴相位1、3。由控制器38预设的针对凸轮轴相位即例如第一凸轮轴相位11的值,可以这样地通过校正系数或值来校正,以便可以在串联内燃发动机5的后续工作中设置正确的凸轮轴相位。

附图标记列表

1 实际进气凸轮轴相位

2 进气凸轮轴

3 实际排气凸轮轴相位

4 排气凸轮轴

5 串联内燃发动机

6 气缸

7 运行点

8 模型

9 第一压力信号

10第二压力信号

11第一进气凸轮轴相位

12第一排气凸轮轴相位

13信号频率

14变化曲线

15压力值

16时间

17区段

18时间区间

19第一特征

20时刻

21最小值

22最大值

23部段

24功能

25幅度

26部段-时间区间

27第一值

28第二值

29第三值

30斜率

31交叉点

32活塞

33吸气侧

34进气门

35排气侧

36排气门

37压力传感器

38控制器

39曲柄轴

40传感器

41曲柄轴角度

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