專利名稱：用于四沖程內(nèi)燃機階段識別的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于四沖程內(nèi)燃機階段識別的方法，該內(nèi)燃機帶有一個起動電動機，其由一個起動器蓄電池供給電壓，以及帶有具有輪齒和齒隙的傳感輪，傳感輪沿著一個傳感器延伸，傳感器根據(jù)相對于一個輪齒或者一個齒隙的位置輸出不同的電信號，其中為傳感輪的一個標(biāo)志對應(yīng)一個確定的曲軸轉(zhuǎn)角。
背景技術(shù)：
同時電子噴射裝置越來越多的取代了小型以及微型內(nèi)燃機中的化油器。這是由于在世界范圍內(nèi)廢氣排放法規(guī)變得越來越嚴格，而且在燃料消耗方面其相對于使用化油器來形成混合氣具有高的節(jié)能潛力。小型和微型內(nèi)燃機被分成公路應(yīng)用和非公路應(yīng)用。例如摩托車以及小型三輪汽車屬于公路應(yīng)用，而例如所謂的金地形車輛(ATEV)或者四輪摩托車、航海應(yīng)用如舷外發(fā)動機、水上汽車(所謂的噴氣橇)、雪上汽車、座式割草機、發(fā)電機機組或者所謂的手提設(shè)備例如鏈鋸、鼓風(fēng)機以及類似的裝置屬于非公路應(yīng)用。如今在大多數(shù)情況下帶有一氣缸的四沖程發(fā)動機用于這類應(yīng)用。為了在正確的時刻進行噴射和點火，也即凸輪軸每旋轉(zhuǎn)一圈或者曲軸每旋轉(zhuǎn)兩圈進行一次噴射和點火，必須知道，活塞是處于排氣階段以及由此進行換氣的上止點，還是處于壓縮階段以及由此進行燃燒的上止點(OT)。如果凸輪軸相對于曲軸的位置已知了，那么階段也就可識別?；钊现裹c位置的確定通常應(yīng)用一個在曲軸上的帶有空隙的增量式傳感輪以及例如一個在發(fā)動機罩內(nèi)的電感式傳感器或者一個帶有一個霍爾傳感器的扇形傳感輪來進行。階段的確定通常通過凸輪軸上的傳感輪以及一個電感式傳感器、凸輪軸上的一個遮光板以及一個霍爾傳感器、對單缸或三缸發(fā)動機進氣管壓力的分析或者對單缸或三缸發(fā)動機轉(zhuǎn)速的分析來進行的。在沒有階段識別的發(fā)動機控制裝置中，內(nèi)燃機的運行只能處于同時噴射以及雙重點火同時進行的模式下。這可能會產(chǎn)生很多缺點，例如-對控制設(shè)備和點火線圈較高的熱負荷；-對汽車電路較高的負荷，這特別是對小型發(fā)動機上非常關(guān)鍵；
-對火花塞較大的磨損；-高壓連接數(shù)量較大；-進氣管回火的巨大危險；-點火最后階段較高的開關(guān)循環(huán)數(shù)；-在多氣缸發(fā)動機中不能選擇單個氣缸。
使用帶有附屬傳感器的凸輪軸上的傳感輪或者遮光板來確定階段出于結(jié)構(gòu)原因以及成本原因很少適用于簡單的系統(tǒng)。這種采用進氣管壓力分析的方法只有在發(fā)動機旋轉(zhuǎn)幾轉(zhuǎn)后才能可靠地識別階段，并且這也只能在節(jié)氣門開度不大的時候才可行。如果節(jié)氣門開度過大，在吸氣沖程中在進氣管中不能識別足夠明顯的壓力變化，由此就不能識別階段。
到目前為止在小型發(fā)動機上的發(fā)動機電子控制裝置是從轎車應(yīng)用系統(tǒng)中引出的。在應(yīng)用小型和微型單缸內(nèi)燃機時，由于結(jié)構(gòu)以及成本上的限制沒有使用階段傳感器。在這里通過進氣管壓力或者轉(zhuǎn)速來進行階段識別。在通過進氣管壓力進行階段識別時，可以實現(xiàn)在非常小的負荷、最小至大約50％負荷的范圍內(nèi)通過進氣管壓力的分析來識別階段。當(dāng)進氣門一打開，在進氣管中的新鮮空氣量通過向下運動的活塞吸進氣缸。與氣缸和進氣管的容積比相關(guān)，這可以導(dǎo)致進氣管中明顯的壓力降。聯(lián)系傳感輪上被識別的空隙由此可以確定，活塞是處于點火上止點還是換氣上止點。然而在起動時節(jié)氣門完全打開的情況下不能確定階段，因為這時進氣管中的壓力波動太小了。通過分析活塞在每個上止點位置前的轉(zhuǎn)速梯度同樣可以確定階段。在壓縮沖程中積累的壓縮功會引起一個可測量的負的轉(zhuǎn)速梯度，該壓縮沖程在到達點火上止點時結(jié)束。用于采集轉(zhuǎn)速梯度的測量窗的尾部以合理的方式直接位于傳感輪的空隙處。測量窗也可以根據(jù)需要任意延長，這例如在兩個不對稱點火的氣缸的情況下是必要的。齒隙通常位于在上止點前曲軸60到80°之間。向換氣上止點的轉(zhuǎn)速梯度比向點火上止點的轉(zhuǎn)速梯度小。對轉(zhuǎn)速梯度可靠的報告只有達到一定的轉(zhuǎn)速門限值的時候才能實現(xiàn)，因為升高轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速梯度不足以保證可靠的識別。
按照現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法，即通過進氣管壓力或者通過轉(zhuǎn)速梯度進行階段識別的缺點是，其分別具有使用范圍方面的限制。例如通過進氣管壓力進行階段識別在節(jié)氣門完全打開的時候就不能實現(xiàn)，而通過轉(zhuǎn)速梯度進行階段識別時只有在達到一定的轉(zhuǎn)速時才能實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于階段識別的方法，相對于現(xiàn)有技術(shù)來說其拓展了使用可能性，并且在此可以保證可靠的階段識別。
上述現(xiàn)有技術(shù)的問題通過四沖程內(nèi)燃機的一種階段識別方法來解決，該內(nèi)燃機帶有一個啟動電動機，其由一個起動器蓄電池來供電，內(nèi)燃機還有一個傳感輪，其具有輪齒和齒隙，傳感器沿著一個傳感器延伸，傳感器可以根據(jù)輪齒或齒隙的位置輸出不同的電信號，其中傳感輪的一個標(biāo)志分配有一個確定的曲軸轉(zhuǎn)角，其中測量蓄電池電壓的時間變化曲線，并且在負的電壓梯度處出現(xiàn)標(biāo)志時，可以識別出壓縮階段。對出現(xiàn)標(biāo)志可以理解為在該標(biāo)志附近的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，這例如也可以位于空隙之前或者之后，例如空隙+x齒數(shù)。
對輪齒以及齒隙這里也可以理解為例如磁標(biāo)志或者光學(xué)標(biāo)志或者其它類似物，它們與一個相應(yīng)的例如電感式傳感器或者光學(xué)傳感器共同作用可以產(chǎn)生一個隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的電信號。對于傳感輪標(biāo)志這里可以理解為一個與輪齒和齒隙不同的標(biāo)志，其例如可以是一個普通齒隙兩倍寬的齒隙。但是這里也可以使用任何其它形式的標(biāo)志，例如一個特別小的齒隙、一個更大的輪齒或者其它類似的結(jié)構(gòu)作為標(biāo)志。通常標(biāo)志位于緊靠上止點前的曲軸轉(zhuǎn)角處，例如上止點前60到80°。蓄電池電壓的時間變化曲線表示了起動器蓄電池電壓的時間歷程。對于電壓梯度這里既可以理解為蓄電池電壓隨著時間的變化，也可以理解為蓄電池電壓隨著曲軸轉(zhuǎn)角的變化。通過轉(zhuǎn)速，時間和曲軸轉(zhuǎn)角總歸聯(lián)系起來了，從而兩個梯度可以相互導(dǎo)出。對于標(biāo)志的出現(xiàn)，這里理解為，傳感輪的標(biāo)志經(jīng)過傳感器，從而由此標(biāo)出的曲軸轉(zhuǎn)角通過曲軸得到。如果識別出標(biāo)志，雖然曲軸轉(zhuǎn)角已知，但不能知道是處于壓縮階段還是排氣階段?，F(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在出現(xiàn)標(biāo)志時或者在出現(xiàn)標(biāo)志前或者之后測量到一個負的蓄電池電壓梯度時，識別出壓縮階段。如果這時沒有測到電壓梯度或者測到一個正的電壓梯度時，那么就識別出排氣階段。
在根據(jù)本發(fā)明方法的一種方案中，附加地產(chǎn)生用于確定壓縮階段的轉(zhuǎn)速梯度。在此最好是負的轉(zhuǎn)速梯度來表示一個壓縮階段。在本發(fā)明方法的另一種方案中，附加地產(chǎn)生用于確定壓縮階段的進氣管壓力，其中最好是一個負的壓力梯度表示一個壓縮階段。通過這種方式，階段通過不同的方法來進行合理化，這些不同的方法之間是相互獨立的，并且在第一種階段識別方法出錯時借助于另一種方法還是可以正確識別階段(改進的可用性)。
該方法最好在通過起動電動機開動引起的蓄電池電壓的干擾后開始，因為只有在這之后才能考慮起動電動機蓄電池的電壓波動。


下面根據(jù)附圖來詳細說明本發(fā)明的一個實施例。
附圖示出圖1示出一個單缸內(nèi)燃機的示意圖；圖2示出起動器蓄電池隨著曲軸轉(zhuǎn)角的蓄電池電壓變化；圖3示出了圖2中I的放大圖；圖4示出本方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1示出了一個單缸內(nèi)燃機1的示意圖，其帶有一個氣缸2，其同一個活塞3一起封閉燃燒室4?；钊?用一根連桿5以公知的方式方法與一個未具體示出的曲軸6連接。在曲軸6上設(shè)置有一個傳感盤7，其具有切齒8，其交替地由輪齒13和齒隙14構(gòu)成，使在其經(jīng)過一個傳感器9時產(chǎn)生一個電信號。傳感器9的電信號被輸送到一個電子控制單元10中。在圖1中示出的是一個四沖程汽油發(fā)動機，其還包括至少一個進氣門11以及至少一個排氣門12，它們例如通過一個這里沒有示出的凸輪軸例如借助于搖臂或者類似物控制。一個火花塞15以公知的方式方法用于點燃混合氣，例如噴射入緊靠進氣門11前的進氣道17中的噴油嘴16用于形成混合氣。此外在進氣道17中設(shè)置有一個節(jié)氣門18，其與一個節(jié)氣門位置傳感器19連接，該傳感器19同樣可以將一個電信號傳送到控制設(shè)備10上。另外在進氣道17中設(shè)置了一個進氣壓力傳感器20，借助其測量進氣道17中的壓力并傳送到控制設(shè)備10上。一個可以通過控制設(shè)備10電控制的旁路21用于怠速調(diào)節(jié)。噴油嘴16通過高壓管路23與一個噴油泵22連接，其中噴油泵在這種情況下直接布置在一個油箱24上。一個汽車蓄電池25用于給內(nèi)燃機的電器元件供電，該汽車蓄電池25通過一個主開關(guān)26可以與汽車電路連接。在本實施例中沒有示出起動機，其例如按照現(xiàn)有技術(shù)公知并可通過一個自有輪機構(gòu)或者一個可電接通的耦合器與內(nèi)燃機1的曲軸連接，且包括一個用于起動內(nèi)燃機的電機。同樣沒有示出一個發(fā)電機，發(fā)電機作為可調(diào)節(jié)的發(fā)電機用于給汽車蓄電池25重新充電。另外內(nèi)燃機1還配有一個溫度傳感器27，溫度傳感器通過電子控制單元10提供一個用于分析的電信號。排氣門12在打開狀態(tài)下將燃燒室4與一個排氣管29連通，排氣管29將廢氣通過消聲處理后排放到大氣中。在排氣管29上設(shè)置有一個λ探測器28，該探測器測量廢氣中的殘余氧氣并由此測量由于燃燒產(chǎn)生的空氣/氧氣比(希臘字母λ)，并作為電信號傳送到電子控制單元10上。
下面來說明一下前面已經(jīng)基本上描述過的單缸內(nèi)燃機的起動過程。為了起動，曲軸借助于起動機驅(qū)動并產(chǎn)生一定轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速可以在一個壓縮階段中使燃燒室中的可燃混合氣點燃，并由此實現(xiàn)內(nèi)燃機通過自身的驅(qū)動功率進行運轉(zhuǎn)。下面根據(jù)起動器蓄電池的電壓變化曲線以及轉(zhuǎn)速變化曲線來說明起動過程。首先在圖2中示出了起動器蓄電池的電壓變化曲線，例如在蓄電池正極和負極之間測得的電壓。在圖2中橫坐標(biāo)是曲軸轉(zhuǎn)角，其中曲軸轉(zhuǎn)角分別直接與一個四沖程發(fā)動機的工作沖程的四個階段相對應(yīng)，即進氣階段、壓縮階段、燃燒階段以及排氣階段。左邊的縱坐標(biāo)表示蓄電池電壓UB，右邊的縱坐標(biāo)表示曲軸的轉(zhuǎn)速n。橫坐標(biāo)被附加的分成三個階段A、B、C，其中在階段A雖然電器設(shè)備通過主開關(guān)26接通，但是啟動機還沒有被開動，在階段B啟動機被開動并旋轉(zhuǎn)，在階段C內(nèi)燃機由自己的力運轉(zhuǎn)，也就是說不用起動機驅(qū)動。在T0時刻起動機被開動，這在蓄電池電壓UB的曲線中通過相對于怠速電壓U0的劇烈干擾顯示。在起動機運行的另一個階段可以看出，隨著轉(zhuǎn)速n增加，蓄電池電壓UB有波動，其中從起動機接通到T0時刻(轉(zhuǎn)速為0)，然后到起動機關(guān)閉，轉(zhuǎn)速不斷上升，在起動機關(guān)閉時轉(zhuǎn)速以一個陡的梯度接逼近怠速轉(zhuǎn)速nL。
在圖3中放大的示出了圖2中以I標(biāo)出的區(qū)域。在這里工作沖程以AN表示進氣沖程、以VD表示壓縮沖程、以VB表示燃燒沖程以及以AU表示排氣沖程。附加的在橫坐標(biāo)上示出了在0和720°之間的曲軸轉(zhuǎn)角，并且標(biāo)出了傳感輪上的空隙LK。在曲軸轉(zhuǎn)角下面標(biāo)出了活塞的下止點或者上止點UT、OT。
對于起動電動機，給出的扭矩基本上是流過的電流的函數(shù)。在一個帶有勵磁線圈的電動機作為起動機的情況下，扭矩基本上與所流過的電流成平方相關(guān)。在一個帶有永磁體的電動機作為啟動電動機的情況下，扭矩基本上與所流過的電流成線性關(guān)系。在使用小型發(fā)動機應(yīng)用以及在轎車的情況下通常使用帶有永磁體的電動機，并由此在起動電動機中使用永久勵磁電動機。由起動機輸出的扭矩基本上可以看成與所流過的電流成比例關(guān)系。同樣起動器蓄電池的端子電壓也與輸出電流相關(guān)系。簡單地，端子電壓同樣是與輸出電流成線性關(guān)系，例如根據(jù)公式U＝U0-RI·I，其中U0是怠速電壓、RI是蓄電池內(nèi)阻、I是輸出電流、U是端子電壓。啟動機蓄電池的端子電壓因此很大程度上與啟動機的輸出扭矩有關(guān)系。
從圖3中可以看出，蓄電池電壓首先在進氣階段升高，在壓縮階段VD以一個相對陡的梯度下降，達到一個最小值，并在燃燒階段VB以及排氣階段AU重新上升。這種上升的形式當(dāng)然取決于蓄電池的充電狀態(tài)以及汽車電路的負荷。然后接著另一個循環(huán)。對應(yīng)傳感輪空隙的可能的階段，即壓縮階段VD以及排氣階段AU，在蓄電池電壓的梯度上是不同的。在壓縮階段是一個相對比較大的負的電壓梯度，在排氣階段AU是一個比較大的正的電壓梯度。根據(jù)蓄電池的充電狀態(tài)以及汽車電路負荷，這里的電壓梯度也可以很小或者根本沒有。現(xiàn)在在測量窗M1和M2內(nèi)測量電壓梯度，測量窗在本實施例中在時間上位于傳感輪的空隙LK之前。在這種情況下ΔU1與M1的商數(shù)是負的，而ΔU2與M2的商數(shù)是正的或者小于一個預(yù)設(shè)的門限值。只要關(guān)于曲軸轉(zhuǎn)角的蓄電池電壓的負的斜率與壓縮階段VD明確對應(yīng)，那么正的斜率或者沒有斜率就相應(yīng)于排氣沖程AU。由此可以將傳感輪的空隙LK分配給壓縮階段或者排氣階段。在此可能必須將所有其它的非恒定的用電器(點火線圈、噴油閥等等)關(guān)閉。否則可能在測量窗中進行階段搜索時可能由于非電起動器的用電器引起的電壓梯度導(dǎo)致錯誤的階段識別。
圖4示出了本發(fā)明方法的流程圖。在步驟30中例如通過一個起動器按鈕開動起動機后，在步驟31中首先確定起動機是否旋轉(zhuǎn)，例如通過確定曲軸上的馬達轉(zhuǎn)速是否超過一個限定的下門限值。然后在一個稱為步驟32的環(huán)結(jié)中通過例如每10毫秒一次的掃描來分析蓄電池電壓。在此確定關(guān)于時間的電壓梯度或者結(jié)合確定關(guān)于曲軸轉(zhuǎn)角的獲得的轉(zhuǎn)速。如果在步驟33中識別出一個負的電壓梯度，并且在步驟34中識別出傳感輪上的一個空隙，那么接著在步驟35中進行一個燃燒沖程，并且在另一個步驟36中可以識別出階段，即這里如上所示通過一個負的電壓梯度以及一個空隙識別壓縮階段。如果在步驟33b中識別出一個正的電壓梯度或者沒有超過一個限定的門限值(沒有識別出梯度)，并且在步驟34b中識別出傳感輪的一個空隙，那么接著在步驟35b中進行進氣沖程。由此在步驟36b中識別出階段。從該時刻起，發(fā)動機控制裝置處于模式A順序噴射并點火。在下一個步驟中，這里稱為步驟37，階段識別通過其它已知的方法如通過轉(zhuǎn)速或者進氣管壓力來檢驗。如果在步驟38中得到相同的結(jié)果，該階段在步驟39中進行合理化。保持當(dāng)前的模式。如果結(jié)果不同，那么如步驟40所示，階段在步驟41中舍棄，然后切換到模式C同時進行噴射和雙重點火。
如果發(fā)動機點火工作，稱為步驟42，那么內(nèi)燃機通常在模式B下運轉(zhuǎn)進行順序噴射并點火。在這種模式下，即內(nèi)燃機進行正常運行，如步驟43所示，該階段例如由于沒有識別出空隙或者沒有識別出傳感輪上單個的輪齒并且控制設(shè)備的電重置而不能被合理化/知曉。在這種情況下馬上轉(zhuǎn)換成模式C同時進行噴射和雙重點火。這是為了保證內(nèi)燃機保持在點火模式下。換句話說如果點火和噴射在一個錯誤的氣缸中進行，內(nèi)燃機就熄火。在模式C中同時進行的噴射和雙重點火，正如點火階段，在步驟46中檢驗，發(fā)動機是否處于穩(wěn)定狀態(tài)并且處于轉(zhuǎn)速和負荷上門限值之下。如果是的話，在步驟47中通過分析進氣管壓力或者轉(zhuǎn)速來識別階段。如果如在步驟47中所示通過進氣管壓力或者轉(zhuǎn)速成功識別階段，那么可以重新切換到階段B進行順序噴射并點火。如果在步驟48中不能通過進氣管壓力或者轉(zhuǎn)速識別階段，那么保持階段C同時噴射和雙重點火，直到步驟47可以成功完成，并在步驟49中重新識別出階段。內(nèi)燃機然后重新在模式B下運行，進行順序噴射和點火。
權(quán)利要求
1.用于識別四沖程內(nèi)燃機(1)的階段的方法，該內(nèi)燃機(1)帶有由起動器蓄電池(25)供電的起動電動機，以及帶有輪齒(13)和齒隙(14)的傳感輪(7)，傳感輪沿著傳感器(9)延伸，傳感器(9)根據(jù)相對于輪齒(13)或者齒隙(14)的位置輸出不同的電信號，其中確定的曲軸轉(zhuǎn)角對應(yīng)傳感輪(9)的標(biāo)志，其特征為測量蓄電池電壓(UB)的時間變化曲線，并且在負的電壓梯度的情況下在出現(xiàn)標(biāo)志時識別出壓縮階段(VD)。
2.按前述權(quán)利要求所述的方法，其特征為附加地產(chǎn)生用于確定壓縮階段(VD)的轉(zhuǎn)速梯度。
3.按前述權(quán)利要求所述的方法，其特征為負的轉(zhuǎn)速梯度表示壓縮階段(VD)。
4.按前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征為附加地產(chǎn)生用于確定壓縮階段(VD)的進氣管壓力。
5.按前述權(quán)利要求所述的方法，其特征為負的壓力梯度表示壓縮階段(VD)。
6.按前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征為其在通過開動起動機引起的蓄電池電壓(UB)的干擾后開始。
全文摘要
一種用于四沖程內(nèi)燃機(1)階段識別的方法，該內(nèi)燃機(1)帶有一個起動電動機，其由一個起動器蓄電池(25)來供電，以及一個帶有輪齒(13)和齒隙(14)的傳感輪(7)，傳感輪沿著一個傳感器(9)延伸，傳感器(9)根據(jù)相對于輪齒(13)或者齒隙(14)的位置輸出不同的電信號，其中一個確定的曲軸轉(zhuǎn)角對應(yīng)傳感輪(9)的一個標(biāo)志，其相對于現(xiàn)有技術(shù)拓寬了應(yīng)用可能性，并且在此保證了更可靠的階段識別，通過測量蓄電池電壓(UB)的時間變化曲線并且在一個負的電壓梯度時在出現(xiàn)標(biāo)志的情況下識別出一個壓縮階段(VD)。
文檔編號F02D41/00GK1786445SQ20051002286
公開日2006年6月14日 申請日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者H·科利 申請人:羅伯特.博世有限公司