本發明涉及一種用于識別內燃機的閥控制時間的方法。
背景技術：
內燃機是通過多個做功沖程來區分的。在所稱的進氣沖程期間，使工作室填充有新鮮氣體充注（空氣或者空氣/排氣）。在所稱的排出沖程期間，使工作室清空。工作室或者燃燒室相對于機器的進氣部段或者排氣部段的界定通常是借助閥來實現（在二沖程發動機的情況下，否則，則借助所稱的控制縫來實現）。
根據本領域的當前發展狀況，這些閥借助至少一個凸輪軸來致動。在閥與凸輪軸之間通常還具有用于傳遞力的機械部件，該部件也可以包括閥游隙補償（例如，氣門挺桿、肘節桿、搖臂、推桿、液壓挺桿等）。
對凸輪軸或者軸的驅動經由內燃機本身來提供。為此，凸輪軸或者多個軸借助使用齒形帶或者控制鏈的合適轉接器來連接至曲軸。曲軸的相對于凸輪軸或者軸的位置的位置是通過該連接（控制時間）來限定。在該控制鏈路內，可以存在致動元件，該致動元件可以在曲軸或者軸與凸輪軸或者軸之間引起期望相位偏移。這些致動元件稱為用于可變閥驅動（VVD）的移相器。
為了內燃機的最佳操作（關于排放、消耗、功率、運行平穩性等），在進氣沖程期間吸入的新鮮氣體充注也應該盡可能是已知的。該新鮮氣體充注在此取決于所選控制時間（進口閥和出口閥或者控制縫）。
根據本領域的當前發展狀況，在所有出現的操作狀態下對所稱的參考內燃機進行測量（旋轉速度、負載、所有致動器的致動、不同閥沖程、翻板的致動、進口閥和出口閥的移相器的致動、排氣渦輪增壓器、壓縮器等），并且將這些測量出的值（或者其衍生值或者代表該行為的模型方法）儲存在對應成批生產內燃機的發動機控制單元中。所有在結構上相同的、相同批次中的成批生產內燃機都使用該生成的參考數據組來操作。
在成批生產內燃機處，凸輪軸與曲軸之間的實際相對位置與參考位置之間的偏差（控制時間的偏差）使得實際吸入的新鮮氣體充注與被確定為參考的新鮮氣體充注不同。凸輪軸上的單個凸輪的角度偏移（與在參考內燃機處確定的參考角度相比）在此引起與凸輪軸和曲軸的角度偏移（與在參考內燃機處確定的參考位置相比）相同的故障模式。在發動機的操作期間，這些故障可以導致關于排放、消耗、功率、運行平穩性等的負面影響。
對于所描述的偏差的可能原因可以是例如：
- 凸輪軸與對應聯接元件（諸如，例如，驅動齒形輪或者驅動滑輪）之間的目標相對位置在組裝期間或者由于制造公差引起的與參考位置相比的角度偏差，以及
- 在組裝期間或者由于制造公差引起的，相對于凸輪軸上的單個凸輪相對于彼此的目標相位角偏移的角度偏差，以及
- 控制鏈或者齒形帶的加長，凸輪軸和曲軸借助該控制鏈或者齒形帶聯接。
所描述的問題的解決方案在此在原則上是：檢測和量化在參考內燃機與成批生產內燃機之間出現的偏差，以便能夠執行對應的修正或者補償措施。
為了消除該問題，之前已經試圖盡可能使制造公差最小化，例如，使凸輪軸和對應聯接元件組裝有機械輔助件。此外，基于閥沖程調節、凸輪輪廓等在相應固定的成批生產內燃機上測量控制時間，并且在組裝期間調節內燃機。
大多數當前已知的系統都與參考點系統（位置反饋）一起操作。在此，在每種情況下，將位置標記（該位置標記可以使用傳感器來檢測）放置在凸輪軸或者聯接元件或者可能的當前移相器等上的任何期望點處，并且，例如，放置在曲軸的飛輪上。因此，可以確定曲軸與凸輪軸之間的相對位置，并且可以識別到與目標參考值的偏差。然后可以在控制單元中通過如下方式來補償這些偏差的不期望的影響：根據確定出的偏差來改變或者修正對應控制變量。
然而，根據所涉及的原理，使用這些方法僅僅可以檢測到所出現的一些公差。例如，由于在組裝期間或者由于制造公差引起的相對于單個凸輪相對于彼此的目標相位角偏移的角度偏差（缸特定偏差）或者凸輪軸編碼器輪的位置相對于凸輪軸的偏差，因此不能夠檢測到角度偏差。
另外的方法（諸如，對爆振傳感器信號的評估或者對缸壓力信號的評估）也是已知的。
US 6,804,997 B1公開了一種發動機控制裝置，該發動機控制裝置用于通過監測進氣壓力振蕩來確定曲軸位置和發動機相位。該控制裝置以如下方式來具體實施：該控制裝置確定指示進氣事件的進氣壓力振蕩以及因此特定曲軸位置以及特定曲軸位置的發動機循環的對應周期。控制裝置使用該信息來確定曲軸旋轉速度和曲軸位置，以便控制發動機的燃料噴射和點火性能。
此外，文獻DE 10 2005 007 057公開了一種用于內燃機的進氣部段中的待被調控的節流閥氣流的調控方法，其中，在流體流的調控期間，將進氣部段中的壓力脈動考慮在內，該壓力脈動尤其也受到內燃機的閥控制時間的影響。為此，借助快速傅里葉變換來分析壓力脈動，并且將振幅信息結合在失真系數中，該失真系數用作例如節流閥氣流的多維數學調控模型的附加輸入變量。借助該方法不能夠得出關于內燃機的閥控制時間的特定結論。
文獻DE 35 06 114 A1公開了一種用于執行內燃機的開路或者閉路控制的方法，其中，將內燃機的至少一個操縱變量控制作為操作變量的函數，該操作變量包含作為信息的內燃機的振蕩頻譜的至少一部分，諸如，例如，氣壓信號。為此，通過離散傅里葉變換來從其確定所檢測到的操作參數中包含的作為振蕩頻譜的一部分的值頻譜，并且將值頻譜用作測量頻譜且與參考頻譜作比較。內燃機的待被控制的該操縱變量然后被控制作為測量頻譜與參考頻譜之間的偏差的函數。使用該方法也不能夠輕易地得出關于內燃機的閥控制時間的特定結論。
文獻US 2009 0 312 932 A1公開了一種用于診斷內燃機內的燃燒的方法，其中，借助快速傅里葉變換來從曲軸角速度生成燃燒相位調節值，并且將該值與預期燃燒相位調節值作比較，識別出這些值之間的大于可允許燃燒相位調節差異的差異。
如上文所描述的用于確定參考發動機與成批生產發動機之間的偏差的類似過程也在文獻US 2010 0 063 775 A1中進行了公開。
技術實現要素：
本發明是基于如下目的：使得一種上文所描述類型的簡單且有成本效益的方法可用，借助該方法，可以尤其精確地識別閥控制時間。
根據本發明，該目的是在所指定類型的方法中實現的，因為對相應成批生產內燃機的進口部段和/或出口部段中的動態壓力振蕩進行測量，并且附加地確定曲軸位置反饋信號，其中，該方法是通過如下事實來區分：使用離散傅里葉變換來從測量出的壓力振蕩和曲軸位置反饋信號確定測量出的壓力振蕩的所選信號頻率的相位角。基于確定出的相位角，使用具有與參考內燃機的壓力振蕩相同的信號頻率的參考相位角和相關聯的參考閥控制時間和/或從參考相位角和相關聯的參考閥控制時間導出的模型函數來確定相應內燃機的閥控制時間。
本發明是基于如下來實現：即，控制時間（進口閥和出口閥或者控制縫）與發動機的進口部段和出口部段中的動態壓力振蕩之間存在獨特限定關系。例如，針對內燃機的進口部段中的動態壓力振蕩以及VVD內燃機（具有可變閥驅動的內燃機）中的進口閥的閥控制時間公開了此關系。在該情況下，凸輪軸角位置的相移（已經借助相移裝置進行設定）以及因此閥控制時間相對于曲軸角速度的相移導致進氣部段中的壓力振蕩信號的可測量移動。該壓力振蕩信號本身（振幅、梯度等）在此可以改變。在開始時描述的公差誘導的或者磨損誘導的偏差也可以恰好導致這種移動。
為了分析壓力振蕩信號，使該壓力振蕩信號經受離散傅里葉變換（DFT）。為此，可以使用被稱為快速傅里葉變換（FFT）的算法來有效地計算DFT。然后借助DFT，將壓力振蕩信號分解為單個信號頻率，隨后可以以簡化方式針對單個信號頻率的振幅和相位位置對該單個信號頻率進行單獨的分析。在本示例中，已經明顯的是，尤其是壓力振蕩信號的所選信號頻率的相位位置與內燃機的閥控制時間呈依賴關系。為此，有利的是，僅僅使用那些與內燃機的進氣頻率（作為基本頻率或第一諧波）或者進氣頻率的倍數（即是說，第二至第n諧波）相對應的信號頻率，其中，該進氣頻率再次與內燃機的旋轉速度呈獨特限定關系。針對這些所選信號頻率，然后使用并行地檢測到的曲軸位置反饋信號來確定所選信號頻率相對于曲軸旋轉角的相位位置，在該情況下稱為相位角。
然后，為了基于單獨地選自以該方式確定的相位角的壓力振蕩信號的信號頻率來確定閥控制時間的相對于曲軸位置的相位位置，指定變量彼此之間的關系或者指定變量彼此的依賴性必須是清楚地已知的。因此，必須提前通過對相同設計的且具有相同尺寸的參考內燃機進行精確測量來確定該關系。
為此，在參考內燃機中，在不同預定義閥控制時間下確定壓力振蕩信號的單個有利選擇信號頻率的相位角。以該方式生成的這些值對可以被儲存作為例如對應相位角特性圖中的內燃機的多個操作點的函數。該相位角特性圖儲存在每個對應的結構上相同的成批生產內燃機的發動機控制器中。然后在成批生產內燃機的操作期間，能夠基于相同信號頻率的確定出的相位角使用所儲存的相位角特性圖（即是說，對應參考相位角）來確定相關聯的閥控制時間。
另外的可能性是，使用所選信號頻率的相位角（在特定控制時間下在參考內燃機上確定）來導出相關聯的模型函數，即是說，計算模型，并且然后將該模型函數儲存在成批生產內燃機的發動機控制器中。取決于模型函數的配置和范圍，該模型函數可以獨立地使用或者任選地在減小范圍的情況下與相位角特性圖連同使用，以便基于確定出的相位角來確定閥控制時間。
在根據本發明的方法的一種發展中，將確定出的閥控制時間與參考內燃機的參考閥控制時間作比較，在出現偏差的情況下，將該閥控制時間修正為參考閥控制時間，或者使發動機控制器適應于實際確定出的閥控制時間。
對閥控制時間的修正可以借助發動機控制器來執行，只要內燃機具有用于凸輪軸的移相器。在其它方面，可以使另外的控制變量或者控制例程（諸如，例如，噴射時間、噴射量、點火時間等）適應于在發動機控制器中確定出的閥控制時間，以便確保內燃機在生成較少排氣的情況下有效操作。
因此，能夠識別和量化與來自參考內燃機的測量（如在開始時所描述的）所得出的預定義參考值的偏差。因此，在現場發現的所有結構上相同的成批生產內燃機都可以借助所描述的方法相對于閥控制時間經受對應的單獨修正。
在一個示例性實施例中，該方法在該情況下可以包括例如如下步驟：
- 測量參考內燃機，以及
- 確定在參考閥控制時間期間進口部段和/或出口部段中的壓力振蕩信號的參考相位角；
- 將參考相位角和參考閥控制時間以例如特性圖的形式（尤其是相位角特性圖的形式）儲存在相應成批生產內燃機的控制單元上；
- 通過如下方式來測量進口部段和/或出口部段中的動態壓力振蕩、以及成批生產內燃機的曲軸位置反饋信號以及來自曲軸位置反饋信號的實際閥控制時間的偏差：
- 使用離散傅里葉變換來從在成批生產內燃機處測量出的壓力振蕩和曲軸位置反饋信號確定所選信號頻率的相位角，以及
- 使用具有與參考內燃機的壓力振蕩相同的信號頻率的參考相位角和參考閥控制時間、基于確定出的相位角來確定相應成批生產內燃機的閥控制時間，以及
- 檢測在參考閥控制時間與實際閥控制時間之間出現的偏差，以及
- 基于檢測到的偏差來執行閥控制時間相對于參考閥控制時間的補償措施或者修正措施。
上文描述的方法尤其適合于VVD內燃機，但也不排除具有固定閥控制時間的發動機（4沖程發動機和2沖程發動機）。在VVD內燃機的情況下，例如，能夠相對于曲軸角位置以及因此閥控制時間來主動調節待被執行的凸輪軸的相位位置，并且因此能夠修正故障。在具有固定控制時間的發動機的情況下，例如，能夠訪問控制例程的順序、多個數據組、或者作為閥控制時間的檢測到的偏差的函數的特性圖，并且通過該方式來補償該偏差。也不排除在偏差的識別和量化之后重新調節發動機或者檢修單個部件（例如，在檢測到非常大的偏差時，借助故障存儲器條目）。
可以按照如下方式將上述方法延伸或者添加至另外的實施例中：模型函數模擬壓力振蕩信號的所選信號頻率的相位角與閥控制時間之間的關系，該模型函數是從壓力振蕩信號的所選信號頻率的參考相位角和指定參考閥控制時間導出的。
閥控制時間與動態壓力振蕩之間的上述關系適應于如下兩者：進口部段與進口閥或者進口控制縫的結合，以及出口部段與出口閥或者出口控制縫的結合。因此，這也適應于根據本發明所執行的步驟。
在進口部段與出口部段借助例如閥重疊、外部排氣再循環等來聯接時，出口閥與進口部段中的動態壓力之間可以存在相互作用，或者反之亦然。上述關系也出現在通電發動機操作模式下和在未通電發動機操作模式下（例如，當滑行時的超限模式等）控制時間與動態壓力振蕩之間。因此，根據本發明執行的步驟也涉及這些變型。
根據本發明的方法還可以有利地用于確定在進氣沖程期間吸入的新鮮氣體充注。
進口部段中的動態壓力振蕩可以使用成批生產類型壓力傳感器（例如，壓阻式壓力傳感器）來測量，該成批生產類型壓力傳感器在任何情況下通常都存在于進氣歧管中。曲軸位置反饋信號可以是例如使用齒輪（60-2齒輪）和霍爾傳感器以已知方式來確定。
在根據本發明的方法中，閥控制時間因此優選地是從成批生產進氣歧管壓力傳感器的信號來確定。迄今為止所使用的方法（例如，借助凸輪軸編碼器信號）僅僅可以檢測到出現的一些公差。例如，迄今為止還不能夠檢測到在凸輪軸上的凸輪位置處的角度偏差。而根據本發明的方法這是可能的。由于優選地使用了已經存在的進氣歧管壓力傳感器，所以該方法不需要任何附加硬件。
具體實施方式
下面將尤其參照示例性實施例對本發明進行解釋。示例性方法涉及一種方法，該方法用于評估進口部段中的動態壓力振蕩與進口閥的閥控制時間之間的關系。
然而，不言而喻，本發明還包括如下方法：該方法評估排氣部段中的動態壓力振蕩與出口閥的閥控制時間之間的關系、以及進口部段與出口部段之間的通過兩個系統的聯接而引起的上述相互作用。
用于使用凸輪軸角位置（該凸輪軸角位置可以借助移相器相對于曲軸角進行調節）來計算內燃機處的閥控制時間的如下示例最初是基于如下對參考內燃機的測量：
a）在具有已知進口控制時間StZRefMo0的且沒有控制時間移動的工作周期內，對參考內燃機的進口部段和/或出口部段中的動態壓力振蕩進行測量，
b）使用閥控制時間來重復該測量，該閥控制時間是通過已知參考控制時間移動StZRefMoRefV進行調節；
c）借助數據的離散傅里葉變換從a）和b）來為進氣歧管壓力信號的至少一個所選信號頻率（例如，進氣頻率和進氣頻率的諧波）確定針對控制時間StZRefMo0的至少一個相位角PhWRefMo0以及針對至少一個控制時間StZRefMoRefV中的至少一個相位角PhWRefMoRefV；以及
d）將參考相位角和參考閥控制時間以例如相位角特性圖的形式儲存在相應成批生產內燃機的發動機控制單元中。
在具有未知進口控制時間StZSeMoAct的成批生產內燃機處，然后可以在該方法的另外實施例中通過使用例如來自上述相位角特性圖的參考值來確定該控制時間，如下：
1) 對相應成批生產內燃機的進口部段和/或出口部段中的進氣歧管壓力的動態壓力振蕩進行測量；
2) 使用離散傅里葉變換來為壓力振蕩的所選信號頻率確定給定相位角PhWSeMoAct，以及
3) 例如根據如下基于線性方法的模型函數來計算先前未知的進口控制時間StZSeMoAct：
StZSeMoAct = StZRefMo0 + (StZRefMoRefV - StZRefMo0) * ((PhWSeMoAct – PhWRefMo0) / (PhWRefMoRefV - PhWRefMo0))
如上文所解釋的，在此假定了閥控制時間的移動與壓力振蕩信號的所選信號頻率的相位角的移動之間的簡明限定關系，并且上文所示出的線性模型函數（一階多項式）是從參考內燃機的確定出的參考值導出的。該線性模型是尤其合適的，特別是當考慮單個參考值組（StZRefMo0/PhwRefMo0和StZRefMoRefV/PhWRefMoRefV）時。
由于使用了多個參考值組，所以可以在適當的情況下使該方法的準確性增加。相應地，待導出的模型函數然后產生相對高階的多項式。
在接下來的文本中，將使用另外的示例來再次解釋根據本發明的方法的實際應用。
首先，為此，一種參考內燃機是可用的，該參考內燃機配備有用于凸輪軸的相位調節的裝置，下文簡稱為移相器，即是說，用于相對于曲軸來調節閥控制時間；并且配備有進氣歧管壓力傳感器，該進氣歧管壓力傳感器在任何情況下均存在于設計相對新的內燃機中。在該參考內燃機中，在操作期間借助進氣歧管壓力傳感器來測量在不同設定閥控制時間下進氣歧管中的壓力振蕩，并且將對應壓力振蕩信號儲存以供進一步處理。
現在使用快速傅里葉變換（FFT）從確定出的壓力振蕩信號來確定多個閥控制時間的單個所選信號頻率的相位角，即是說，進口閥的凸輪軸的可以借助移相器來設定的多個相位位置。
相應閥控制時間的相位位置（即是說，在凸輪軸的相應設定相位調節下）在下文稱為IVVCPX（進氣閥閥凸輪軸位置）。附加至該名稱的X表示以°CA（曲軸角度數）的在沒有相位調節IVVCP0的情況下相對于參考位置對閥控制時間的相應相位調節，該相應相位調節在真實發動機上與移相器的機械止動相對應并且因此受到唯一限定。
在沒有相位調節的IVVCP0的情況下（即是說，在0°的相位調節的情況下），所選信號頻率的確定出的相位角然后限定為用于相應考慮的信號頻率的參考并且在下文稱為“PhaseZeroReference-Pattern”（PZRP）。
在例如IVVCPX（其中，X=1、2、4、7或者10）的相位調節的情況下，相應確定出的相位角類似地稱為“PhaseXReference-Pattern”（PXRP），其中，X代表以°CA（曲軸角度數）的控制時間相對于參考IV_VCP0的移動。
現在根據方案PXRP - PZRP來計算在IVVCP0與相應所選信號頻率的另外控制時間下的相應相位角之間的相位角移動。
然后根據該方案來計算例如在參考控制時間（IVVCP0）的相位角與調節了10°CA的控制時間IVVCP10的相位角之間的距離。該距離隨后除以控制時間的所選調節（在該情況下為10°CA）。以該方式獲得的值因此具體指明了如果閥控制時間調節了1°CA，所選信號頻率的相位角改變的量或者增量，并且在下文稱為“Increment-Phase-Offset-Value”（IPOV）（增量相位偏移值）。
在如下方程式1）中再次示出了該計算：
方程式1）：IPOV = (P10RP – PZRP)/10
經由計算出的值IPOV的線性方法因此構成了相位角移動與控制時間移動（用于對應的信號頻率）之間的轉換可能性。
通過使用值IPOV，然后能夠基于在進氣歧管中測量出的壓力振蕩信號來確定在相同設計和尺寸的成批生產內燃機下的準確閥控制時間。這在下文以示例的方式給出：
成批生產內燃機的首先未知的閥控制時間與值IVVCPX-SM相對應，其中，在該示例中，X是閥控制時間移動的未知變量，即是說，相位誤差，該相位誤差基于例如公差或者磨損，并且延伸SM以成批生產內燃機為特征。
相應所選信號頻率的轉換率的增量值IPOV是從上文解釋的參考內燃機的考慮因素獲知的。
然后，必須首先確定成批生產內燃機的進氣歧管中的壓力振蕩信號的所選信號頻率的相位角。與上文所選名稱類似，所述信號頻率在下文稱為PXRP-SM。
為此，根據在方程式2）中示出的線性模型函數來執行對單個閥控制時間IVVCP的計算：
方程式2）：IVVCPX-SM = [(PXRP-SM – PZRP) / IPOV]
其中，如上文已經呈現的，PZRP表示在沒有相位調節的IVVCP0下（即是說，在參考內燃機的0°相位調節下）所選信號頻率的相位角。
明顯的是，在合適地選擇用于確定相位角的尤其合適的信號頻率的條件下，可以使該方法的準確性增加。
借助根據本發明的方法，能夠識別和量化在開始時提到的在參考發動機與相同批次中的所有成批生產發動機之間的偏差。因此，可以在控制單元中執行適應，并且可以在對吸入新鮮氣體充注的計算中實現改善（消除控制時間中的相位偏移）。這帶來了關于排放、消耗、運行平穩性、功率、調控能力和發動機的控制的優點。