CN101578606B - 用于识别内燃机中相位的方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种用于识别内燃机(102)中相位的方法和***。该内燃机可包括偶数个汽缸并安装有至少一个传感器，在一个实施例中，该方法包括通过使用该至少一个传感器来测量内燃机的状态。该方法进一步包括计算该状态与一组期望值的偏差，以及基于该偏差确定内燃机的相位。

Description

用于识别内燃机中相位的方法和***

技术领域

本发明通常涉及内燃机，并且更特别地，涉及用于识别内燃机中相位的方法和***。

背景技术

在内燃机中，现代发动机控制的主要问题在于需要720度曲轴旋转范围内的发动机位置的知识，720度曲轴旋转构成四冲程循环，例如各汽缸控制、点火、或爆震控制。因此，识别内燃机的相位是非常重要的。对于内燃机性能的加强以及由内燃机发出的发射的改进来说，相位识别也是非常重要的。为了达到这个目的，柴油机中的燃料喷射器需要同步。汽油发动机的火花塞也需要同步。柴油机或汽油发动机的这种同步需要内燃机中汽缸当前相位的信息。

在一个已知的方法中，使用一对传感器来识别内燃机的相位。曲柄传感器和凸轮传感器被分别设置在曲轴和凸轮轴上。曲柄传感器确定关于内燃机中汽缸的上死点的曲柄角度。凸轮传感器区分内燃机的吸气冲程和作功冲程。曲柄传感器和凸轮传感器结合起来识别内燃机的相位。然而，安装两个传感器增加了成本和内燃机组件的复杂性。

在另一个已知的方法中，单一凸轮传感器被设置在凸轮轴上，其可以确定曲柄角度和内燃机的相位。鉴于凸轮轴以曲柄轴速度的一半进行旋转，凸轮传感器可以区分内燃机的吸气冲程和作功冲程，并识别内燃机的相位。然而，单一凸轮传感器价格昂贵且精度不够。

附图说明

本发明通过举例方式进行示例说明，但不限于附图，在附图中相同的参考标号表示相同的元件，其中：

图1是示出了根据本发明一个示例性实施例的内燃机的结构图。

图2是示出了根据本发明一个示例性实施例的用于识别内燃机中相位的方法的流程图。

图3和图4示出了根据本发明一个示例性实施例的用于识别内燃机中相位的另一方法。

图5示出了根据本发明一个示例性实施例的一个周期中氧传感器的输出变化。

图6是示出了根据本发明一个示例性实施例的不同相位确定的尝试的示例性曲线图。

图7是示出了根据本发明一个示例性实施例的汽车控制***的结构图。

技术人员将能理解附图中的元件是为简单且清楚而被示出的，没有必要按比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸相对于其它元件可能被放大以帮助理解本发明的实施例。

发明的详细描述

在本发明的一个实施例中，披露了用于识别具有偶数个汽缸的内燃机的相位的方法。通过使用至少一个传感器来测量内燃机的状态。其后，该状态与一组期望值的偏差被计算。基于该偏差，内燃机的相位被确定。

在本发明的另一个实施例中，披露了用于控制具有偶数个汽缸的内燃机的汽车控制***。该汽车控制***具有用于测量内燃机状态的装置。用于偏差计算的装置计算该状态与一组期望值的偏差。基于该偏差，确定装置确定内燃机的相位。

在详细描述根据本发明的用于识别内燃机中相位的方法和***之前，应该注意到，本发明主要是结合了与识别内燃机中相位有关的方法步骤和装置元件。因此，附图中利用传统符号适当地表示了这些装置元件和方法步骤，并且仅显示了与理解本发明有关的特定细节，因此并不会由于没有示出那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的细节的原因而造成公开不充分，这对于这里所进行的描述的有利的。

在这篇文件中使用的“组”意味着非空组(也就是，包括至少一个成员)。这里使用的术语“另一个”被定义为至少第二或更多。这里使用的术语“包含”和/或“具有”被定义为“包括”。

参照图1，结构图示出了根据本发明一个示例性实施例的内燃机102。内燃机102包括吸入歧管104、活塞筒组件106和排气歧管108。吸入歧管104是用于传输空气燃料混合物到活塞筒组件106中的通道。活塞筒组件106将由于空气燃料混合物燃烧产生的气体排出到排气歧管108中。进入排气歧管108的气体被称为废气。氧传感器110被安装在排气歧管108中。氧传感器110测量进入排气歧管108的废气中的氧的比例。注入空气燃料混合物与通过氧传感器110感测废气二者之间经过的时间被称为传输延迟。氧传感器110感测废气中存在的氧的比例并产生一电压信号。该电压信号与废气中存在的氧的量成比例。如果废气具有高氧气比例，则氧传感器110产生一小于预定电平(例如，小于0.45伏特)的电压信号。如果废气具有低氧气比例，则氧传感器110产生一大于预定电平(例如，大于0.45伏特)的电压信号。由氧传感器110产生的该电压信号被汽车控制***112接收。

汽车控制***112接收并传输电信号。本发明执行的数据存储、信号调制和计算程序可以通过汽车控制***112使用传统电路元件，例如中央处理单元、随机存取存储器、只读存储寄存器等来实现。

在本发明的一个实施例中，汽车控制***112将小于预定限值(例如，0.45伏特)的电压信号认为是贫空气燃料混合物的指示，将大于预定限值(例如，0.45伏特)的电压信号认为是富空气燃料混合物的指示。之后，汽车控制***112基于电压信号调节该空气燃料混合物。如果汽车控制***112认定了贫空气燃料混合物，则减少空气-燃料比。换句话说，使得该空气燃料混合物变富，以致于对应于空气燃料混合物中存在的任何等分的空气，具有更多的燃料。在本发明的一个实施例中，最理想的空气燃料混合物具有14.7∶1的空气-燃料比。富空气燃料混合物燃烧产生的废气比贫空气燃料混合物燃烧产生的废气包含的氧气比例低。这使得氧传感器110从小于预定限值(例如，0.45伏特)的电压信号值切换到大于预定限值(例如，0.45伏特)的电压信号值。这被称为贫-富切换。类似地，如果汽车控制***112将空气燃料混合物从富变到贫，氧传感器110从大于预定限值(例如，0.45伏特)的电压信号值切换到小于预定限值(例如，0.45伏特)的电压信号值。这被称为富-贫切换。氧传感器110为响应燃料变化而花费的时间依赖于传输延迟。例如，如果空气燃料混合物在燃烧冲程而非吸气冲程被注入，则传输延迟值将增加，因此，贫-富切换或富-贫切换之间的时间也将增加。此外，汽车控制***112控制汽油发动机中火花点火的定时。汽车控制***112还从内燃机102中安装的至少一个传感器接收信号。该传感器可以是，例如但不限于，发动机冷却液温度(ECT)传感器、和用于感测内燃机102的每分钟旋转(RPM)的曲柄轴传感器。此外，汽车控制***112包括存储模块114，该存储模块114用于存储内燃机102的参数的一组期望值。

参照图2，流程图示出了根据本发明一个示例性实施例的用于识别内燃机中相位的方法。在步骤202中，内燃机102的状态被测量。在本发明的一个实施例中，内燃机102的状态涉及氧传感器110的贫-富切换和富-贫切换之间的时间，反之亦然。氧传感器110的两次连续的切换之间的时间被称为相位周期。在本发明的一个实施例中，相位周期被称为切换周期。通过结合图5对相位周期进一步加以解释。

在步骤204中，计算内燃机102的状态与一组期望值的偏差。在本发明的一个实施例中，该组期望值包括相应于内燃机102的不同RPM值的相位周期的期望值。在本发明的另一个实施例中，该组期望值被存储在存储模块114的查询表中。在本发明的另一个实施例中，该组期望值包括内燃机102的期望同相状态值和期望异相状态值。该期望同相状态值包括期望富同相状态值和期望贫同相状态值。该期望富同相状态值是当内燃机在富空气燃料混合物情况下以同相运行时的内燃机状态的期望值。该期望贫同相状态值是当内燃机在贫空气燃料混合物情况下以同相运行时的内燃机状态的期望值。类似地，该期望异相状态值包括期望富异相状态值和期望贫异相状态值。该期望富异相状态值是当内燃机在富空气燃料混合物情况下以异相运行时的内燃机状态的期望值。该期望贫异相状态值是当内燃机在贫空气燃料混合物情况下以异相运行时的内燃机状态的期望值。在本发明的一个实施例中，期望富同相状态值、期望贫同相状态值、期望富异相状态值、和期望贫异相状态值被存储在存储模块114的查询表中。在本发明的另一个实施例中，仅仅是期望贫同相状态值和期望贫异相状态值被存储在汽车控制***112中。期望富同相状态值可以通过将期望贫同相状态值乘以常数因子而计算出。类似地，期望富异相状态值可以通过将期望贫异相状态值乘以常数因子而计算出。

在步骤206中，确定内燃机102的相位。基于相位周期与该组期望值的偏差来确定内燃机102是同相运行还是异相运行。

参照图3和图4，流程图示出了根据本发明另一个示例性实施例的用于识别内燃机中相位的方法。在步骤302中，测量内燃机102的状态。在本发明的一个实施例中，内燃机102的状态涉及结合图2描述的相位周期。在步骤304中，基于稳定性判据来检查内燃机102的稳定性。在本发明的一个实施例中，稳定性判据是内燃机102中不同参数的函数，所述参数例如节流阀位置、歧管绝对压强(MAP)、RPM、和发动机冷却液温度(ECT)。每次，当由氧传感器110产生的电压信号值从第(N-1)种情况切换到第N种情况时，计算出节流阀位置、MAP、RPM和ECT的每个值的对应于第N种情况与第(N-1)种情况之间的差值。如果每个参数的被计算出来的差值小于相应于每个参数的差值的期望值，则内燃机102被认为是稳定的。否则，当从第(N-1)种情况切换到第N种情况时，不考虑该相位周期值。

在步骤306中，基于该组期望值来计算相位周期的同相偏差值和异相偏差值。同相偏差值和异相偏差值是相位周期与该组期望值的偏差。在一个实施例中，如果氧传感器已经进行了贫-富切换，则通过比较相位周期值和相应于该相位周期期间的内燃机102的RPM的期望富同相状态值来计算同相偏差值。否则，通过比较相位周期值和相应于该相位周期期间的内燃机102的RPM的期望贫同相状态值可以计算同相偏差值。类似地，如果氧传感器已经进行了贫-富切换，则通过比较相位周期值和相应于该相位周期期间的内燃机102的RPM的期望富异相状态值来计算异相偏差值。否则，从相应于相位周期期间的内燃机102的RPM的期望贫异相状态值可以计算异相偏差值。在本发明的一个实施例中，同相偏差值和异相偏差值可以被计算为该组期望值的百分比。计算同相偏差百分比的一个示例性公式如下：

同相偏差值＝|相位周期-期望富同相状态值|÷期望富同相状态值

在步骤308中，检测同相偏差值和异相偏差值以发现状态的逸出值。如果同相偏差值或异相偏差值的至少一个的幅值大于预定阈值，则同相偏差值和异相偏差值不被考虑。该预定阈值被称为相位逸出阈。在步骤310中，小于相位逸出阈的同相偏差值和异相偏差值被存储在存储模块114中。

在步骤312中，将存储在存储模块114中的同相偏差值和异相偏差值的数目与预定数目相比较。如果被存储的同相偏差值和异相偏差值的数目大于预定数目，则在步骤314中计算平均同相偏差值和平均异相偏差值。

在本发明的一个实施例中，基于同相偏差值和异相偏差值的预定数目的平均值分别计算平均同相偏差值和平均异相偏差值。在本发明的另一个实施例中，为每个被测量的相位周期分配相位权重。通过将与内燃机102的某些参数(例如RPM、ECT、相位起始时间(PST)等)有关的权重相乘来计算相位权重。为内燃机102的参数分配权重，以使得更高的权重被分配给稳定的发动机状态。例如，与内燃机102起动之后10秒测量的发动机状态相比较，更高的相位权重被分配给内燃机102起动之后20秒测量的发动机状态。将被分配给每个相位周期的相位权重组合，以产生累积相位权重。如果累积相位权重超过预定值，则计算平均同相偏差值和平均异相偏差值。表1显示了根据本发明一个实施例的相位权重的举例值。作为一个例子，如果累积相位权重的预定值是8.0，那么为计算平均偏差值，以下数量的数据点将是必须的，同时也是充足的：

                      表1

在这种情况下，各个情况的权重和为8.59，其大于累积相位权重预定值(8)。

在步骤316中，将平均同相偏差值与平均异相偏差值进行比较。在步骤318中，如果平均同相偏差值小于平均异相偏差值，则内燃机102被确定为同相。在步骤320中，如果平均异相偏差值小于平均同相偏差值，则内燃机102被确定为异相。

在本发明的一个实施例中，内燃机102的状态被多次确定。如果大多次确定为同相，则内燃机102被确定为同相；否则，它被确定为异相。

参照图5，曲线图示出了根据本发明一个示例性实施例的一个周期中氧传感器110的输出的变化。曲线图显示了：富-贫切换所用的时间，该时间为介于时间点1和时间点2之间的时间；以及贫-富切换所用的时间，该时间介于时间点2和时间点3之间的时间。时间点1和时间点2之间经过的时间是相应于富-贫切换的相位周期。时间点2和时间点3之间经过的时间是相应于贫-富切换的相位周期。

参照图6，示例性曲线图示出了根据本发明一个示例性实施例的不同相位确定的尝试。该曲线图在X轴上示出了相位确定尝试的数目，在Y轴上示出了平均同相偏差值和平均异相偏差值。图上灰色的点表示平均同相偏差值，而图上的黑色的点表示平均异相偏差值。由于第一23平均异相偏差值小于相应的平均同相偏差值，因此确定为异相。此外，由于从28组平均偏差值的大部分中确定为异相，所以内燃机102也被认为是异相运行。每组平均偏差值包括平均同相偏差值和平均异相偏差值。

参照图7，结构图示出了根据本发明一个示例性实施例的汽车控制***112。汽车控制***112包括测量装置702、计算装置704、和确定装置706。测量装置702基于安装在内燃机102上的至少一个传感器的输出来测量内燃机102的状态。该至少一个传感器为测量装置702提供与内燃机102的一个或多个参数成比例的信号。在本发明的一个实施例中，测量装置702测量由氧传感器110产生的两个连续信号或相位周期之间的时间。在本发明的另一个实施例中，通过检测稳定性的装置来检测内燃机102的稳定性。该检测稳定性的装置计算内燃机102的节流阀位置、MAP、RPM和ECT的对应于氧传感器110的两个连续切换之间的差值。另外，计算装置704计算相位周期与一组期望值的偏差。

在本发明的一个实施例中，计算装置704计算至少一个同相偏差值、至少一个异相偏差值、平均同相偏差值、和平均异相偏差值。在本发明的另一个实施例中，计算装置704进一步包括用于存储至少一个同相偏差值和至少一个异相偏差值的装置、用于存储平均同相偏差值和平均异相偏差值的装置、和用于检测该至少一个同相偏差值和该至少一个异相偏差值的数目是否大于预定数目的装置。

基于平均同相偏差值和平均异相偏差值，确定装置706确定内燃机102的相位。在本发明的一个实施例中，确定装置706包括比较装置，该比较装置比较平均同相偏差和平均异相偏差。

上述的本发明一个或多个实施例具有无需使用凸轮传感器就能识别内燃机相位的优点。本发明的另一个优点是利用来自汽车现有传感器的数据通过使用不同的方法来识别内燃机的相位。

在前述的说明书中，本发明及其好处和优点已经参照特定的实施例进行了描述。然而，本领域普通技术人员可以理解在不脱离如下权利要求所限定的本发明范围的前提下可以进行各种变形和改变。因此，说明书和附图被认为是示意性的，而非限制性的，并且所有这样的变形都旨在被包括在本发明的范围内。可以使得任何好处，优点，或解决方案出现并变得更显著的那些好处、优点、问题的解决方案、以及任何元件都不被理解为是任何或所有权利要求的决定性的、必需的、或关键的特征或元件。本发明仅通过如发布的包含本申请被审查期间所作的任何修正的所附权利要求及这些权利要求的等同物所限定。

Claims (19)

1.一种用于识别内燃机中相位的方法，所述内燃机包括偶数个汽缸并安装有至少一个传感器，所述方法包括：

使用所述至少一个传感器测量所述内燃机的状态；

计算所述状态与一组期望值的偏差，其中所述一组期望值包括多个期望的同相状态值和多个期望的异相状态值；以及

基于所述偏差确定所述内燃机的相位。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

基于至少一个稳定性判据检查所述内燃机的稳定性。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

检查所述状态的逸出值，所述逸出值是位于预定范围之外的值。

4.一种用于识别内燃机中相位的方法，所述内燃机包括偶数个汽缸并安装有至少一个传感器，所述方法包括：

使用所述至少一个传感器测量所述内燃机的状态；

计算所述状态与一组期望值的偏差，其中，计算所述偏差包括：

计算至少一个同相偏差值，

计算至少一个异相偏差值，

检查所述至少一个同相偏差值和所述至少一个异相偏差值的数目是否大于预定数目，

计算平均同相偏差值，和

计算平均异相偏差值；以及

基于所述偏差确定所述内燃机的相位。

5.根据权利要求4所述的方法，其中计算所述偏差进一步包括：

存储所述至少一个同相偏差值和所述至少一个异相偏差值；以及

存储所述平均同相偏差值和所述平均异相偏差值。

6.根据权利要求4所述的方法，其中计算所述偏差进一步包括：

计算用于所述至少一个同相偏差值和所述至少一个异相偏差值的相位权重。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，确定所述相位包括：

比较所述平均同相偏差值和所述平均异相偏差值。

8.一种汽车控制***，所述汽车控制***控制内燃机，所述内燃机包括偶数个汽缸，所述汽车控制***包括：

用于测量所述内燃机的状态的装置；

用于计算所述状态与一组期望值的偏差的装置，其中所述一组期望值包括多个期望的同相状态值和多个期望的异相状态值；以及

用于基于所述偏差确定所述内燃机的相位的装置。

9.根据权利要求8所述的***，其中，用于测量所述状态的装置包括至少一个传感器。

10.根据权利要求9所述的***，其中，所述至少一个传感器包括氧传感器。

11.根据权利要求8所述的***，进一步包括：

用于基于至少一个稳定性判据检查所述内燃机的稳定性的装置。

12.根据权利要求8所述的***，进一步包括：

用于检查所述状态的逸出值的装置，所述逸出值是位于预定范围之外的值。

13.根据权利要求8所述的***，其中，所述多个期望的同相状态值包括至少一个期望的贫同相状态值和至少一个期望的富同相状态值。

14.根据权利要求8所述的***，其中，所述多个期望的异相状态值包括至少一个期望的贫异相状态值和至少一个期望的富异相状态值。

15.一种汽车控制***，所述汽车控制***控制内燃机，所述内燃机包括偶数个汽缸，所述汽车控制***包括：

用于测量所述内燃机的状态的装置；

用于计算所述状态与一组期望值的偏差的装置，其中，用于计算所述偏差的装置包括用于计算至少一个同相偏差值、至少一个异相偏差值、平均同相偏差值和平均异相偏差值的装置；以及

用于基于所述偏差确定所述内燃机的相位的装置。

16.根据权利要求15所述的***，其中，用于计算所述偏差的装置进一步包括：

用于检查所述至少一个同相偏差值和所述至少一个异相偏差值的数目是否大于值的预定数目的装置。

17.根据权利要求15所述的***，其中，用于计算所述偏差的装置进一步包括：

用于存储所述至少一个同相偏差值和所述至少一个异相偏差值的装置；以及

用于存储所述平均同相偏差值和所述平均异相偏差值的装置。

18.根据权利要求15所述的***，其中，用于计算所述偏差的装置进一步包括：

用于计算所述至少一个同相偏差值和所述至少一个异相偏差值的相位权重的装置。

19.根据权利要求15所述的***，其中，用于确定所述相位的装置包括：

用于比较平均同相偏差值和平均异相偏差值的装置。

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