专利名称：用于对内燃机的轴求出气缸特有的旋转特征参数的方法
用于对内燃机的轴求出 气缸特有的旋转特征参数的方法现有技术本发明涉及一种运行内燃机的方法，在该方法中，沿内燃机的轴在 第一位置上测量第一旋转特征参数，并且在使用第一旋转特征参数的情 况下，确定气缸特有的旋转特征参数。此外，本发明还涉及一种控制器。所述控制器在使用第一旋转特征 参数传感器的信号的情况下对内燃机的轴求出气缸特有的旋转特征参 数。所述第一旋转特征参数传感器在沿着轴的位置上测取第一旋转特征 参数。其中所谓旋转特征参数应理解为在轴的区段上的角度位置、角速度 或者转矩值。第一位置优选地为轴的第一端部。DE4445 684 Al ^^开了这样一种方法。在这个已公开的方法中，通 过飞轮附近的增量传感器测量轴的角速度，以使曲轴旋转的影响最小 化。增量传感器的增量N转一围的数量应该至少为气缸数量两倍。增量 传感器的旋转同步标志触发了对记数器的扫描。当触发出现时，记数器 的当前读数被传输到计算机，从中计算出角速度，并且从中计算出角加 速度。从角加速度、转动质量的惯性矩、振荡质量的转矩和摩擦转矩， 并考虑在此之前借助于在不同转速和载荷情况下进行载荷试验时所建 立的、且存储在控制器中的特性曲线族，确定出对轴的输出侧施加作用 的有效转矩。借助这个有效的转矩建立气体转矩曲线(Gasdrehmoment-verlauf)的模型，并且从中确定气缸特有的旋转特征参数。本发明所述的方法和这个现有技术的区别在于，第二旋转特征参数 是在沿着轴的第二位置上测量得的，并且在使用第一旋转特征参数和第 二旋转特征参数的情况下确定气缸特有的旋转特征参数。相应地根据本发明的控制器的特点在于，该控制器在使用第 一旋转 特征参数传感器的信号和使用第二旋转特征参数传感器的信号的情况 下，求出气缸特有的旋转特征参数。所迷第二旋转特征参数传感器沿着 轴在第二位置上测取第二旋转特征参数。所述第二位置优选地是曲轴的 第二端部。本发明的优点通常用于内燃机的控制和调节方法(例如用于气缸同步调节的喷油 量补偿调节)针对的是具有扭转刚性的曲轴的系统，在这些系统中，唯一的曲轴角度描述了整个曲柄的位置。单个气缸之间在曲轴角度中的差别，如同实际在弱扭转刚性的(torsionsweich)曲轴中出现的那样，使 得控制和调节方法的品质变差。同样由于弱扭转刚性的曲轴，也对用于 确定输出转矩的估算方法有不良影响。曲轴两侧的输出转矩无法测量， 这种未知的输出转矩的参数、时间曲线影响了控制和调节方法的品质。在这种背景中，本发明在考虑估算输出转矩的情况下，允许更准确 地确定气缸特有的转速、弱扭转刚性的轴的曲轴角度和转矩，其中，在 两侧通过测量技术测取旋转特征参数，允许通过测量技术测取轴的扭矩 以及对气缸特有的旋转特征参数的确定进行连续匹配。通过这种匹配 和，可以实现与现有技术相比更加准确地控制和调节内燃机。此外本发 明还允许检测输出转矩，这样就可在控制或调节内燃机时考虑其作用。对于本方法的一种方案，优选将第 一和第二旋转特征参数分别作为角速度求出。角速度可用市场上的通常的角度传感器简单和准确地测得。附加的 优点是，例如为了能和曲轴的转动同步地控制喷射和点火，通常是已经 存在角度传感器。也优选的是，在考虑第一旋转特征参数和第二旋转特征参数的情况 下，确定表示整个内燃机特性的第三旋转特征参数，并且从代表内燃机 的模型中确定气缸特有的旋转特征参数，其中，该模型的输入参数基于 第一旋转特征参数、第二旋转特征参数和第三旋转特征参数。事实证明，仅局限于这三个输入参数就已能为气缸特有的旋转特征 参数建立好模型。此外优选地将第三旋转特征参数作为整个内燃机的转矩值求出。在实际的内燃机中，这个转矩值是作为气缸特有的转矩值的总和产 生。在一定范围内，可从该总和中推断出单个的被加数，也就是推断出 气缸特有的转矩值，这样，这个总和的数值就是用于建立气缸特有的转 矩值模型的合适初始参数。也优选地将气缸特有的旋转特征参数作为气缸特有的角速度和/或 作为气缸特有的转矩值求出。在这些数值中，特别明显地反映出在气缸之间的燃烧的不均匀性， 因此，这些数值对于调节和/或控制方法特别有益。另一方案的优点，用于具有n个气缸的内燃机的模型具有其带有 n+2个区段的曲轴的模型，其中，第一区段代表曲轴的第一端部，其它 的区段分别单个地代表气缸特有的区段，并且余下的第n+2个区段代表 曲轴的第二端部，其中，给每个区段配设惯性矩以及摩擦力矩，各个区段分别通过转动弹性的联轴节彼此连接，给每个转动弹性的联轴节配设 扭转力矩，并且每个气缸特有的区段具有从第三旋转特征参数中推导出 来的气缸特有的转矩值。这个模型考虑了所有重要的影响参数，并且因此允许例如给气缸特有的参数建立准确的模型。也优选配属于第一区段的转矩值作为旋转特征参数从第一旋转特 征参数与第一旋转特征参数的估算值的偏差中形成，并且配属于余下的 第n+2个区段的转矩值从第二旋转特征参数与第二旋转特征参数的估算 值的偏差中形成。通过这个方案，可在一定程度上通过调节技术观测到在曲轴的两个 端部上的有效的转矩，而不必测量转矩。特有的调节参数，因为这种做法大大地改进了调节方法和/或控制方法的 品质。在控制器的方案中，优选该控制器执行本方法上述方案中的至少一 个方案，这分别产生相应的优点。从说明书和附图中得到其它的优,$、。使用，而且也可在不脱离本发明的框架的情况下，用在其它的一些组合 中或者单独使用。附图在附图中示出了本发明的一些实施例，并且在下述说明中对这些实 施例进行更加详细的说明。这些附图是
图1 说明根据本发明的方法的方框线路图，图2 在本发明的方案中所使用的实际内燃机的物理替代电路图， 图3 在本发明的方案中用于建模内燃机所使用的计算结构。方法可用在内燃机的每个驱动轴中。此方法也特别是适用于凸轮轴。图1详细地示出了内燃机10,它具有曲轴12、气缸特有的调节机 构14、 16、角度传感器18、 20和控制器22。气缸特有的调节机构14、 16分别单个地配属于内燃机10的气缸或者气缸组。这些调节机构14、 16例如是燃料喷射阀、用于操纵控制着燃烧室充气变换的换气阀的调节 器、节气阀或者点火线圈，其中不仅限于上述列举。第一角度传感器18设置在曲轴12的第一端部24上，第二角度传 感器20设置在曲轴12的第二端部26上。第一端部24例如相当于这样 的端部，即在该端部上驱动一些辅助成套设备，如发电机、水泵、转向 辅助泵和/或空调压缩机，而第二端部26是本来的驱动侧，在该驱动侧 上例如通过离合器驱动汽车的传动系。角度传感器18、 20以公开的方法检测曲轴12的两个端部24、 26 上的角速度wl、 w2。为此例如角度传感器18、 20可用于感应地扫描在 抗扭转地与曲轴12的端部24、 26连接的传感轮上的《失磁标记。在这方 面，这种扫描相当于将第一和第二旋转特征参数分别作为角速度wl、 w2求出的方法。在图l的表示中，将控制器22分成不同的功能块。第一功能块28 和第二功能块30分别代表积分器。该积分器将所测得的角速度wl、 w2 积成相应的曲轴角度KWW1、 KWW2。第三功能块32代表估算方法。 该估算方法以角速度wl、 w2和/或曲轴角度KWW1、 KWW2求出平均 的发动机转矩M3,用作表示整个内燃机10的特性的旋转特征参数。关于估算方法32可以使用不同的算法。例如可从一个或者两个测 得的角速度wl、 w2中推导出平均的发动机转矩M3。为此上述已公开 的方法提供了一种途径，在该方法中，从唯一的角度传感器的信号中推 导出与平均发动机转矩M3成比例的有效的转矩。的另一方案。为此形成曲轴角度KWW1、 KWW2的差值，并且这个差值在合适的持续时间内(例如720° KW)进行平均。于是这个平均值也 与平均的发动机转矩M3成比例。在另一替代方案的框架内，该平均的发动机转矩M3从曲轴12的动 态扭转中估算出。为此对一个或者多个包含在曲轴角度值KWW1、 KWW2中，或者包含在角速度wl、 w2中的频率分量按照量和相位进行 分析，例如通过带通滤波器或者借助离散傅里叶变换(DFT)进行分析。 滤出的振荡频率应尽可能地靠近曲轴12的扭转固有频率之一。这种振成平均的发动机转矩M3。第四功能块34代表发动机模型。该发动机模型提供所需求的气缸特有的旋转特征参数DKG1.....DKGn,此外还提供曲轴12的两个端部24、 26的角速度的估算值wsl、 ws2。旋转特征参数DKG1.....DKGn例如是气缸特有的转矩量值和/或角速度和/或气缸特有的曲轴角度，从 而脚标n在用作并列"和"时，其值从1连续直到气缸数量的相应多倍， 在用作分立的"或，，时，该脚标为气缸的编号。角速度wl、 w2的估算值wsl、 ws2通过差值器36、 38从角速度的 所属测量值wl、 w2中被减去，所形成的差值是发动机模型34所提供 的估算值wsl、 ws2与实际值wl、 w2的偏差的尺度。在曲轴12的端部 24、 26上起作用的转矩的估算值MS24、 MS26的偏差通过积分器40、 42进行处理。该转矩除了平均转矩M3外也用作发动机模型34的输入 参数。通过差值器36、 38完成发动机模型34的特性和实际内燃机10的 特性的均衡，这提高了发动机模型34的精确性。由发动机模型34作为输出参数提供的气缸特有的旋转特征参数DKG1..... DKGn通过本身已公开的调节方法44处理成调节参数，用这些调节参数去操作已述的 气缸特有的调节^L构14、 16。下面叙述发动机模型34的优选的方案。首先参考图2对实际的内 燃机10的物理替代电路图进行说明。在图2中，内燃机10具有多个气缸Z1、 Z2.....Zk,他们分别带有配属的曲轴区段12.1、 12.2.....12.k。给每个曲轴区段12.1、 12.2.....12.k配设飞轮质量或者惯性矩Jl、 J2..... JK、表示摩擦的阻尼元件dl、 d2..... dk以及具有弹性常数的cl、 c2..... ck的扭转弹簧。所述扭转弹簧描述了用于相邻气缸或者相邻曲轴区段的联轴节。FZ1 、 FZ2、 FZk表示在气缸Zl、 Z2、…、ZK中起作用的燃气压力。曲轴12的第一端部24由皮带轮的飞轮质量J24、阻尼元件d24和 具有弹性常数c24的扭转弹簧组成。在具有飞轮质量J24的皮带轮上安 装有用于检测角速度wl的第一角度传感器18。曲轴12的第二端部26由飞轮质量J26构成。在该飞轮质量上安装 有用于检测第二角速度w2的第二角度传感器20。图3更加详细地描述了发动机模型34。给每个气缸Z1.....Zk配设有替代电路图，如下面参照气缸Zl所说明的替代电路图具有第一 积分器46、第二积分器48、第三积分器50、方框(Block) 52、比例机 构54、加法器56和差值器59,其中方框提供气缸特有的转矩量值。正如下面还将继续阐明的，加法器56将气缸Zl的自由矩MF1提 供给第一积分器46。第一积分器46在考虑已知的飞轮质量J1的情况下 将自由矩MF1积到气缸特有的角速度wZl，并且就此复制图2中的飞 轮质量Jl的影响。第二积分器48将该角速度wZl积到气缸特有的曲轴 角度KWWZl,并且就此将角度信息提供给方框52。这个方框52使用 该角度信息，用于将气缸Z1的与角度有关的转矩分量M—KWWZ1配属 给内燃机10的平均转矩M3。第三积分器50将由差值器59形成的角速 度wZl、 wZ2的差值积到在通向曲轴的相邻区段的过渡部位(这里过 渡部位为图2中区段12.1和12.2之间)起作用的转矩MZ2，其中倍增 地考虑弹性常数Cl 。第三积分器50就此复制具有弹性常数cl的扭转弹 簧的影响。方框52从由估算方法32提供的平均发动机转矩M3以及第二积分 器48的估算的曲轴角度KWWZ1来计算出气缸Zl的转矩量值 M—KWWZ1。这例如通过存取特性曲线族完成，其中，该特性曲线族通 过平均发动机转矩M3和估算的曲轴角度KWWZ1的值确定地址。众所 周知，气缸特有的转矩量值在曲轴角度上是变化的，其中，气缸特有的 转矩量值在工作沖程中给内燃机10的整个平均转矩M3提供正的量值， 并且至少在进气沖程和压缩冲程中给内燃机10的整个平均转矩M3提 供负的量值。特别是正的量值取决于内燃机10的整个平均转矩M3。气 缸特有的转矩值M—KWWZ1 -其地址参数位于特性曲线族点之间-通 过内插法求得。比例机构54计算出和角速度wZl成比例的摩擦力矩MR1，并且就 此复制摩擦的影响。加法器56由气缸Z1的转矩量值M—KWWZ1、通过 曲轴12提供的转矩MZ1和MZ2的差值以及与速度成比例的摩擦力矩 MR1计算出提供给第 一积分器46的自由矩MF1,这样得出了气缸Z的自由杀巨MF1的7>式MF1 = M_KWWZ1 — MR1 + MZ1 — MZ2 。
在曲轴12的远离离合器的第一端部24上的皮带轮通过两个积分器60和62、 一个比例 机构64和一个差值器66表示。这些元件60、 62、 64、 66在其意义上 相当于气缸才莫型的方框46、 50、 54、 59。以类似的方式，在曲轴12的 离合器一侧的第二端部26上的飞轮质量通过积分器68、比例机构70和 加法器72类似于气缸模型的方框46、 54、 56进行描述。因此，这个模型34不仅提供角速度值，而且也提供转矩值，分别 气缸特有地作为模型34的内部值。这些内部值在控制器30中计算，因 此它们存在于控制器30中，并且在形成用于调节机构14、 15的气缸特 有的调节参数时可以予以考虑。
权利要求
1.运行内燃机(10)的方法，在该方法中，沿着内燃机(10)的轴(12)在第一位置(24)上测量第一旋转特征参数(w1)，并且在使用这个第一旋转特征参数(w1)的情况下确定气缸特有的旋转特征参数(MF1、wZ1、KWW_Z1、MR1、...、MFn、wZn、KWW_Zn、MRn)，其特征在于，沿着轴(12)在第二位置(26)上测量第二旋转特征参数(w2)，并且在使用第一旋转特征参数(w1)和第二旋转特征参数(w2)的情况下确定气缸特有的旋转特征参数(MF1、wZ1、KWW_Z1、MR1、...、MFn、wZn、KWW_Zn、MRn)。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，第一和第二旋转特 征参数(wl、 w2)分别作为角速度求出。
3. 按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在考虑第一旋 转特征参数(wl )和第二旋转特征参数(w2)的情况下，确定出表示 整个内燃机特性的第三旋转特征参数(M3),并且从代表内燃机(0) 的模型(34)中确定气缸特有的旋转特征参数(MF1、 wZl、 KMM—Zl、MR1.....MFn、 wZn、 KWW—Zn、 MRn),其中模型(34)的输入参数(MS24、 MS26、 M3 )基于第一旋转特征参数(wl )、第二旋转特 征参数(w2)和第三旋转特征参数(M3)。
4. 按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于，第三旋转特征 参数(M3)作为整个内燃机(10)的转矩值求出。
5. 按照权利要求1至4中至少任一项所述的方法，其特征在于，气缸特有的旋转特征参数(MF1、 wZl、 KWW一Z1、 MR1..... MFn、wZn、 KWW—Zn、 MRn )作为气缸特有的角速度(wZl )和/或作为气缸 特有的转矩值(MF1、 MR1)求出。
6. 按照权利要求3-5中至少任一项所述的方法，其特征在于，用于 具有k个气缸的内燃机(10)的模型(34)具有内燃机的带有k+2个区 段的轴(12)的模型(34),其中，第一区段(24)代表轴(12)的第一端部，其它区段(12.1、 12.2..... 12.k)分别单个地代表气缸特有的区段，并且余下的第n+2个区段(26)代表轴(12)的第二端部，其中给每个区段(12.1、 12.2.....12.k)配设惯性矩(Jl )以及摩擦力矩(MR1 ),区段(12.1、 12.2..... 12.k)分别通过转动弹性的联轴节彼此连接，给每个转动弹性的联轴节配设有扭转力矩，并且每个气缸特有的区段(12.1、 12.2..... 12.k)具有从第三旋转特征参数(M3)中推导出来的气缸特有的转矩值(M—KWWZ1)。
7. 按照权利要求6所述的方法，其特征在于，配属给第一区段(24) 的转矩值(MS24)作为旋转特征参数由第一旋转特征参数(wl)与第 一旋转特征参数(wl)的估算值(wsl)的偏差形成，并且配属给余下 的第k+2个区段(26)的转矩值(MS26)由第二旋转特征参数(w2) 与第二旋转特征参数(wl)的估算值(ws2)的偏差形成。
8. 按照权利要求1至7中至少一项所述的方法，其特征在于，在 使用气缸特有的旋转特征参数(MF1、 wZl、 KWW—Zl、 MR1、…、MFn、 wZn、 KWW—Zn、 MRn )的情况下形成气缸特有的调节参数。
9. 控制器(22)，该控制器在使用第一旋转特征参数传感器(18) 的信号的情况下，求出内燃机(10)的轴(12)的气缸特有的旋转特征 参数(MF1、 wZl、 KWW_Z1、 MR1、…、MFn、 wZn、 KWW—Zn、 MRn ), 该第一旋转特征参数传感器沿着轴(12)在第一位置(24)上测取第一 旋转特征参数(wl ),其特征在于，在使用第 一旋转特征参数传感器(18) 的信号和使用第二旋转特征参数传感器(20)的信号的情况下,控制器(22)求出气缸特有的旋转特征参数(MF1、 wZl、 KWW—Zl、 MR1.....MFn、 wZn、 KWW—Zn、 MRn ),所述第二旋转特征参数传感器(20) 沿着轴(12)在第二位置(26)上测取笫二旋转特征参数(w2)。
10. 按照权利要求9所述的控制器(22),其特征在于，该控制器 执行按照权利要求2至8中至少一项所述的方法。
全文摘要
本发明提出一种运行内燃机(10)的方法，在该方法中，沿着内燃机(10)的轴(12)在第一位置(24)上测量第一旋转特征参数(w1)，并且在使用这个第一旋转特征参数(w1)的情况下确定气缸特有的旋转特征参数(MF1、wZ1、KWW_Z1、MR1、...、MFn、wZn、KWW_Zn、MRn)。本方法的特征在于，沿着轴(12)在第二位置(26)上测量第二旋转特征参数(w2)，并且在使用第一旋转特征参数(w1)和第二旋转特征参数(w2)的情况下确定气缸特有的旋转特征参数(MF1、wZ1、KWW_Z1、MR1、...、MFn、wZn、KWW_Zn、MRn)。此外本发明还提出一种控制该方法的控制器(22)。
文档编号G01L3/24GK101233398SQ200680027632
公开日2008年7月30日 申请日期2006年7月7日 优先权日2005年7月28日
发明者J·帕尔默, M·克斯勒, M·比尔克, P·斯卡拉, R·费尔曼, W·格温 申请人:罗伯特·博世有限公司