用于确定内燃机的曲轴位置的方法.pdf

本发明涉及一种用于确定内燃机的曲轴位置的方法，其中，在一段时间内检测曲轴的转速曲线；其中，通过将所述转速曲线与内燃机的工作循环的已知的转速曲线比较来确定曲轴位置（OT*），其中，所述已知的转速曲线具有表示曲轴位置的部分；其中，检测与曲轴相耦接的电机的信号；其中，在确定曲轴位置时考虑信号的、在每个工作循环出现至少一次的值（OT'、OT''、OT'''）；其中，将比如通过与所述转速曲线相比较确定的曲轴位置同比如由所述值（OT'、OT''、OT'''）确定的曲轴位置相叠加和/或组合，由此进行曲轴位置的确定。

权利要求书
1.   一种用于确定内燃机的曲轴位置的方法，
其中，在一段时间内检测曲轴的转速曲线；
其中，通过将所述转速曲线与内燃机的工作循环的已知的转速曲线（60）比较来确定曲轴位置（OT*）；
其中，所述已知的转速曲线（60）具有表示曲轴位置的部分；
其中，检测与曲轴相耦接的电机（30）的信号（UP、UU）；
其中，在确定曲轴位置时考虑信号（UP、UU）的、在每个工作循环出现至少一次的值（OT'、OT''、OT'''）；并且
其中，将比如通过与所述转速曲线（60）相比较确定的曲轴位置同比如由所述值（OT'、OT''、OT'''）确定的曲轴位置相叠加和/或组合，由此进行曲轴位置的确定。

2.   按照权利要求1的方法，其中，有代表性的部分包括最小值、最大值、斜率和/或阈值。

3.   按照权利要求1或2的方法，其中，参照曲轴适当调整所述电机（30），从而所述值（OT'、OT''、OT'''）在每个工作循环都至少有一次在到达曲轴位置时出现。

4.   按照上述权利要求之一所述的方法，其中，所述信号（UP、UU）包括电机（30）的相的电压信号。

5.   按照上述权利要求之一所述的方法，其中，所述值（OT'、OT''、OT'''）包括上升边沿的过零点、下降边沿的过零点、最小值或最大值。

6.   按照上述权利要求之一所述的方法，其中，通过测量在所述值（OT'、OT''、OT'''）的两个出现时刻之间的时间差（Δt），并且与在该时间差（Δt）期间曲轴经过的曲轴角度进行运算，由此来检测曲轴的转速曲线。

7.   按照上述权利要求之一所述的方法，其中，通过在最初的工作循环中比较转速曲线来确定曲轴位置，其中，在接下来的工作循环中通过对所述值（OT'、OT''、OT'''）的出现予以计数来确定曲轴位置。

8.   按照上述权利要求之一所述的方法，其中，相的电压信号（UP、UU）通过电机（30）的多个励磁器（41、42）产生，其中，所述励磁器之一与其余的励磁器不同地构造，从而曲轴每转一转，电压信号的由该励磁器产生的部分在曲轴位置正好有一次具有所述值。

9.   按照上述权利要求之一所述的方法，其中，所述曲轴位置包括在每个工作循环正好出现一次的位置，其中，一个工作循环包括曲轴的两整转。

10.   按照上述权利要求之一所述的方法，其中，所述曲轴位置包括内燃机的上止点。

11.   一种计算单元，其被设计用于实施按照上述权利要求之一所述的方法。

12.   一种计算机程序，当该计算机程序在计算单元上执行时，该计算机程序引起计算单元实施按照权利要求1~10之一所述的方法。

13.   一种机器可读的存储媒介，具有存储在其上的按照权利要求12所述的计算机程序。

说明书用于确定内燃机的曲轴位置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定内燃机的曲轴位置的方法。
背景技术
现代内燃机的运行需要有关于当前发动机转速的信息可供电子的发动机控制器所使用。为此可以使用安装在内燃机的曲轴上的传感轮，其转速例如通过感应作用的传感器或霍尔-传感器来检测。该传感器记录经过的金属标记物，并且通过两个标记之间的时间差来确定旋转速度。
为了实施曲轴角同步的功能，还检测曲轴的绝对位置，以便例如正确地确定喷射和必要时点火的时刻。这通过传感轮上的齿隙来实现，该齿隙由转速传感器进行识别，进而可以对应于规定的曲轴角。特别地，识别上止点（OT）在此很重要。
根据内燃机的类型，必须通过其它传感器检测其它参数。在具有一个气缸的四冲程发动机中，曲轴在每个工作循环都转动两整转，从而通过齿隙虽然能够确定曲轴位置，但却不能确定工作冲程。因此例如得到在压缩冲程结束时的上止点和在排气冲程结束时的上止点，这些上止点无法通过齿隙信息加以区分。对于摩托车来说，例如通过对进气管压力的分析进行这种区分。
对于其它内燃机、尤其是具有一个以上气缸的内燃机，可以对曲轴的、通过传感器检测到的位置进行分析，以便获得用于准确位置的其它信息。
因此，希望提供一种可行方案：即使没有附加的部件也可以提供曲轴的准确位置。
发明内容
根据本发明，提出一种具有权利要求1所述特征的方法。有利的设计方案是从属权利要求以及以下说明书的主题。
在根据本发明的用于确定内燃机的曲轴位置尤其是上止点的方法中，对曲轴的转速曲线（即关于时间的转速）进行检测。在此，通过将该转速曲线与内燃机的工作循环的已知的转速曲线相比较来确定曲轴位置。这种已知的转速曲线例如可以在试验台上获得。在此，已知的转速曲线具有（特别地正好一个）表示曲轴位置的部分，从而可以根据在所检测到的转速曲线上产生所述部分来确定曲轴位置。
在工作循环期间已经已知的、尤其是对于内燃机启动而言典型的转速曲线与当前在曲轴上检测到的转速曲线的这种交互关系可以实现对曲轴位置的确定，因为在一个工作循环期间的转速曲线通常不具有重复的区域。特别地，点火-上止点（ZOT）的在每个工作循环仅出现一次的重要的曲轴位置在转速曲线上通过有代表性的部分来表示。通常，ZOT出现在转速最小时或者在转速最小后不久，特别地出现在最小值时，紧接着该最小值的是一单调递增的（近乎直线的）曲线，在该曲线上转速显著增大（近乎增大到二倍的值）。
因此可以实现在一个工作循环期间产生的两个上止点之间做出区分，仅通过具有相应传感器的传感轮无法实现这种区分。
根据本发明，还要检测与曲轴相耦接的电机的信号，在此，在确定曲轴位置时要考虑信号的、在每个工作循环至少出现一次的尤其是在到达重要的曲轴位置时出现的值。特别地，这可以通过相应地参照内燃机的曲轴调整电机来实现。因为现代车辆的内燃机与通常被构造为发电机的或所谓的起动发电机的电机相耦接，所以，所述电机的信号还被考虑用于准确地确定曲轴位置。电机的信号提供了更准确的曲轴位置，但是通常仅仅含糊不清地提供，因为每个工作循环通常会产生多个值。这与通常使用多极的电机有关。与由转速曲线一一对应地、但通常稍微不准确地确定曲轴位置相叠加和/或相组合，因此可以十分准确地确定一定的曲轴位置。
这种信号、优选电机的一个相的电压信号，允许十分准确地推断出曲轴的准确的角位置。特别地，通过最好在组装时对电机和曲轴进行相应调整，可以使得上升边沿的过零点、下降边沿的过零点、最小值或最大值作为值与曲轴位置例如上止点相关联。
优选地，转速曲线的有代表性的部分包括最小值、最大值、斜率和/或阈值。视要确定哪个曲轴位置而定，可以独特地和/或特别明辨地探测各种不同的部分。
有利地是，通过测量所述值的两个产生时刻之间的时间差，并且与在该时间差期间经过的曲轴角度进行运算，由此来检测曲轴的转速曲线。采用这种方式还可以通过可在电机上截取的信号获知转速本身，由此不再需要具有相应传感器的传感轮。
有利地，通过在最初的工作循环中比较（Abgleich）转速曲线来确定曲轴位置，并且在接下来的工作循环中通过对所述值的出现予以计数来确定曲轴位置。因为有代表性的转速曲线通常在内燃机启动时产生，所以特别地在此可以确定曲轴位置。随后可以简单地借助于对所出现的值的计数来推断出希望的曲轴位置。例如，如果该值在曲轴每转一圈就出现三次，那么所希望的曲轴位置就在所述值先后出现六次之后产生。
有利的是，相的电压信号通过电机的多个励磁器产生，其中，这些励磁器之一与其余的励磁器不同地地构造，从而曲轴每转一转，电压信号的由该励磁器产生的部分在曲轴位置正好有一次具有所述值。如果所述值在曲轴每转一圈都出现多次，当使用多极的电机时就是这种情况，那么对应于曲轴位置的所述值就必须借助于与已知的有代表性的曲线的比较来确定。如果相应的励磁器即相应的极稍微改变，那么信号的由其产生的部分的幅度也会发生改变。因此可以更轻易地识别出属于所希望的曲轴位置的所述值。然而，为此需要改变电机，这可能是不希望发生的。
根据本发明的计算单元、例如机动车的控制器尤其采用编程技术被设计用于实施根据本发明的方法。
软件形式地实施所述方法也是有利的，因为这会导致十分低的成本，尤其是当所使用的控制器还被用于其它目的进而本来就存在时。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别地为软盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD-ROM、DVD等。也可以通过计算机网络（因特网、内联网等）下载程序。
本发明的其它优点和设计方案由说明书和所附的附图得出。
不言而喻，以上提及的和接下来还要解释的特征不仅可以用在各给定的组合中，而且可以用在其它组合中，或单独使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
借助于附图中的实施例示意性地解释本发明，以下将参照附图对其予以详述。
图1示意性地示出了根据现有技术的、具有用于确定转速的传感器的传感轮；
图2示出了起动内燃机时在工作循环期间的转速曲线；
图3a至3c示例性地示出了单相电机与相应的信号曲线和可能的曲轴位置；
图4示例性地示出了三相电机的信号曲线与可能的曲轴位置。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了传感轮20和相应的感应式的传感器10，比如在现有技术中将它们用于确定转速。传感轮20在此通常与内燃机的曲轴固定地相连，并且传感器10被位置固定地安装在合适的位置。
通常由铁磁材料制成的传感轮20具有齿22，在两个齿22之间有间隔21地将这些齿布置在外侧。在外侧上的一位置，传感轮20具有规定齿数长度的间隙23。该间隙23用作用于识别传感轮20的绝对位置的参考标记。
传感器10具有条形磁铁11，在该条形磁铁上安装有软磁性的极针12。该极针12又被感应线圈13所包围。在传感轮20转动时，齿22和位于每两个齿之间的空隙交替地经过传感器10的感应线圈13。因为传感轮20进而所述齿22也都由铁磁材料制成，在转动时在线圈内会感应出信号，由此可以在齿22和气隙之间做出区分。
通过两个齿之间的时间差与这两个齿所围成的角的相互关系，能够计算出角速度或转速。
在间隙23处，感应线圈内的感应信号具有不同于在其它与空隙交替的齿22的情况下的曲线。通过这种方式可以识别出绝对位置，但仅以曲轴的一整转为参照。
在图2中示出了在持续一个工作循环的启动期间被构造为单缸发动机的内燃机的曲轴的有代表性的转速曲线60。
两次达到气缸的上止点（OT），确切地说，在0°时和在360°时（向右绘制）达到。决定喷射时刻的点火-OT在此对应于0°时的OT。从转速曲线60可清楚地看到，转速曲线60的表示该OT的部分、即在最小值后的急剧的长远的增大对应于在0°时的点火-OT。因此，至少在一定程度上可以由转速曲线确定曲轴位置。通过范围OT*考虑了在确定时的一定的不可靠性。
在图3a中示出了被构造为单相发电机的电机30，该电机包括具有旋转方向40的转子32和定子33。转子32包括六个极，这些极分别被构造为对置的北极41和南极42。
电机30在此与内燃机的曲轴适当连接或耦接，从而使得内燃机的上止点位于标有OT的位置。
在图3b中示出了在定子33的线圈上截取的电压Up作为电压曲线。因为电机30为六极式设计，即具有三个极对，转子32每转动一整转45就会产生三个完整的电压正弦波，其中，对此认为转子32做均匀的圆周运动。
电机30和曲轴适当地指向，从而在电压信号Up的上升边沿过零点时达到上止点OT。然而，因为如已提到的那样，每转都会产生三个完整的正弦波，所以也会产生三个上升边沿的过零点。
虽然可以准确地检测到这种过零点，但不能将三个过零点与一个上止点OT明确地一一对应上。更确切地说，会识别出三个可能的上止点OT'、OT''、OT'''。
在图3c中再次示出了在一转45（即在此为半个工作循环）期间三个可能的上止点OT'、OT''、OT'''。假设该转对应图2的第一个360°，从而可以附加地使用OT*来表示图2的所期望的上止点即点火-OT的非可靠区。一个工作循环将会具有六个可能的上止点和一个非可靠区OT*。
因此，通过结合这两种方法，可以准确地获知希望的曲轴位置。为此唯一的条件是，非可靠区OT*仅适当宽，从而可能的上止点OT'、OT''、OT'''等中仅有一个上止点可以对应于该非可靠区。
在图4中示出了三相电机的三个相的电压曲线UU、UV、UW。为了识别可能的上止点OT'、OT''、OT'''，在此必须选择这些相之一，当前为UU，作为所谓的指示相。这例如通过电机各相的通至分析控制器的各信号线路可以实现。
附加地，例如绘出了值OT'和OT''之间的时间差Δt。通过检测该时间差Δt，或者也检测接下来的值之间的随后的时间差，可以在与转子或曲轴的在该时间差Δt期间经过的角度进行运算时获知转速。因此，可以省去具有相应传感器的传感轮。在此，还可以通过使用其它相的值提高分辨率。