專利名稱：：傳輸關(guān)于內(nèi)燃機操作的信息的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及內(nèi)燃機操作。更準確地，根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種傳輸可以監(jiān)測內(nèi)燃機操作的信息的方法，其包括測量曲軸的角位置，和以頻率fl將編碼在含有Nl位的數(shù)據(jù)串中的所測量的角位置信息傳輸給發(fā)動機控制單元。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)代的內(nèi)燃機配備有發(fā)動機控制單元(ECU)、曲軸、和當發(fā)動機運行時可以知道曲軸的角位置的設(shè)備。當發(fā)動機運行時，發(fā)動機控制單元可以調(diào)節(jié)每個汽缸中的噴射和點火(對受控點火的發(fā)動機而言)。因而，曲軸的角位置的了解可以確定汽缸中活塞的位置并知道4沖程發(fā)動機循環(huán)的狀態(tài)(進氣、壓縮、燃燒、排氣)。測量曲軸角位置的通常方式為在與活塞的移動耦合的所述曲軸上設(shè)置目標，該目標帶有標記(機械的、光學(xué)的、》茲性的、等)并通過相關(guān)檢測器元件(傳感器)前面。這種位置傳感器稱為"增量式"，原因在于它沒有給出絕對位置，而是允許ECU通過在每次標記通過時遞增計數(shù)而確定。ECU然后可以通過對相對于參考標記看到的標記數(shù)進行計數(shù)而提取曲軸的絕對位置。由于燃燒管理原因，特別是為了減少發(fā)動機的污染、燃料消耗和啟動時間，因而需要以小于2°的精確度知道曲軸的位置，由此甚至在非常低或為0的速度，或甚至在曲軸的軸的負速度(對應(yīng)于在例如在失速狀態(tài)期間發(fā)動機旋轉(zhuǎn)方向相反的負速度)下也如此。當前，安裝在曲軸上的目標包括60個相同且等距的齒，其允許6°的分辨率。由于機械約束，不能再增加齒的數(shù)量的來實現(xiàn)2。量級的精確度。然而，在發(fā)動機控制單元中安裝有計算算法，所述計算算法從來自于曲軸位置傳感器的數(shù)據(jù)可以通過內(nèi)插法獲得大約2°的分辨率，但這些算法在曲軸旋轉(zhuǎn)速度趨近于0或變?yōu)樨撝禃r不起作用。此外，某些約束，例如在關(guān)于燃料消耗或污染物排放的問題中，使得更加必要知道和管理發(fā)動機控制單元中的事件和信息，尤其是關(guān)于不點火的檢測。不點火是發(fā)動機循環(huán)的燃燒狀態(tài)，其中燃燒是不良的或沒有達到燃燒，由此引起排氣中的污染物或甚至損壞催化轉(zhuǎn)換器。不點火的存在的檢測可以通過非常精確地監(jiān)測曲軸旋轉(zhuǎn)速度及其擾動實現(xiàn)。實際上，不點火將在曲軸旋轉(zhuǎn)速度中產(chǎn)生瞬態(tài)變化，但該現(xiàn)象由所述曲軸的慣性質(zhì)量所阻尼。因而，需要使傳感器具有非常好的分辨率，以能夠檢測和測量旋轉(zhuǎn)速度中的這些微小變化?，F(xiàn)在，對于給定的旋轉(zhuǎn)速度，傳感器的分辨率越好，發(fā)送的信息量越高，這導(dǎo)致高的數(shù)據(jù)傳輸速率。然而，發(fā)動機控制單元具有有限的數(shù)據(jù)讀取速度，因而，該有限的數(shù)據(jù)讀取速度遜于足夠的分辨率需要的數(shù)據(jù)速率。此外，通過常規(guī)的模擬信號編碼在360。上的絕對位置是有問題的，因為使用模擬數(shù)據(jù)固有的噪音在發(fā)動機控制單元中關(guān)于曲軸的實際位置產(chǎn)生很大的不確定性。例如，如果傳感器的模擬輸出對360。的角變化改變4V,該輸出上的10mV峰到峰噪音表示位置的0.9。的不確定性。因而，對需要小于2。的精確度的燃料噴射管理，噪音的隨機性質(zhì)使得不點火的檢測變得不可能，且也增加大的誤差給曲軸角位置的測量。該模擬信號的隨后過濾可以減少該噪音的效果，但將在傳感器的角測量和發(fā)動機控制單元(ECU)的完整接收該測量之間引入大的遲延，遲延與高速旋轉(zhuǎn)時的精確測量是不相容的。
發(fā)明內(nèi)容因而，本發(fā)明想要解決的問題在于能夠在曲軸的位置傳感器的絕對角位置中獲得小于2。的分辨率，且能夠檢測不點火。這些目的必須對從反向方向幾百轉(zhuǎn)/分延伸到向前方向10,000轉(zhuǎn)/分以上的發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度范圍實現(xiàn)，而不排除O旋轉(zhuǎn)速度的情況?？紤]到該目的，根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟通過設(shè)置有數(shù)字輸出的絕對位置傳感器以至少N2位測量曲軸的角位置,和以頻率fl將編碼在含有Nl位的數(shù)據(jù)串中的所測量的角位置信息發(fā)送給發(fā)動機控制單元，所述方法特征在于，它還包括步驟以頻率f2發(fā)送所測量的和編碼在含有N2位的數(shù)據(jù)串中的角位置信息，數(shù)N2大于數(shù)N1，頻率f2小于或等于頻率fl。在一個實施例中，頻率f2至少由曲軸從對應(yīng)于一個段開始的角^f立置開始到達對應(yīng)于所述段結(jié)束的角位置花費的時間和待發(fā)送的位數(shù)N2限定。優(yōu)選地，測量步驟通過單個絕對位置傳感器以至少N2位測量角位置實現(xiàn)，編碼在含有Nl位的數(shù)據(jù)串中的角位置的傳輸步驟通過含有N2位的數(shù)據(jù)串的舍位實現(xiàn)。在一個實施例中，達到閾值或多個閾值將觸發(fā)具有N2位的角位置的傳輸。在一個實施例中，分別含有Nl和N2位的數(shù)據(jù)串在兩個分開的通道上傳輸?？商鎿Q地，分別含有Nl和N2位的數(shù)據(jù)串通過多路復(fù)用方法在單個通道上傳輸。在優(yōu)選實施例中，根據(jù)本發(fā)明的方法還包括步驟測量從對應(yīng)于一個段開始的角位置開始到達對應(yīng)于所述段結(jié)束的角位置花費的時間，測量該時間值和參考值之間的差，和如果所述差大于閾值，產(chǎn)生與不點火同義的信號。本發(fā)明也涉及一種用于監(jiān)測內(nèi)燃機操作的設(shè)備，包括絕對曲軸位置傳感器，所述絕對曲軸位置傳感器設(shè)置為測量曲軸的角位置，和以頻率fl將編碼在含有Nl位的數(shù)據(jù)串中的所測量的角位置信息傳輸給發(fā)動機控制單元。該設(shè)備特征在于，所述曲軸位置傳感器也設(shè)置為以頻率f2傳輸編碼在含有N2位的數(shù)據(jù)串中的所測量的角位置信息，位數(shù)N2大于數(shù)N1，頻率f2小于或等于頻率fl。在一個實施例中，所述曲軸位置傳感器以至少N2位測量角位置，并將所述角位置信息編碼在含有N2位的數(shù)據(jù)串中，所述傳感器還設(shè)置有舍位手段，以便將角位置信息編碼在含有Nl和N2位(如果測量以N2位數(shù)字化)的數(shù)據(jù)串中。每個數(shù)據(jù)串優(yōu)選地在各自的通道上傳輸。在一個實施例中，兩個通道被多路復(fù)用，所述傳感器設(shè)置有至少一個輸出，能夠傳輸含有Nl位和舍位后的N2位的剩余部分的數(shù)據(jù)串?？商鎿Q地，所述傳感器設(shè)置有能夠分別傳輸含有Nl位的數(shù)據(jù)串和含有N2位的數(shù)據(jù)串的兩個通道。根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備有利地用于配備有所謂的"停走"系統(tǒng)的機動車輛中，其中當車輛短時期停止時，發(fā)動機不運轉(zhuǎn)而發(fā)動機控制單元保持供電。同樣，由于測量的"絕對，，性質(zhì)(一旦其供電，傳感器就提供關(guān)于曲軸角位置的信息)，甚至在較長的停止狀態(tài)(在此期間發(fā)動機控制單元不再供電)之后，也可得到曲軸位置。由于該屬性，甚至在無限的停止周期之后(冷啟動)也可以實現(xiàn)最優(yōu)的啟動。根據(jù)本發(fā)明的方案與適于四沖程內(nèi)燃機同樣地適于兩沖程內(nèi)燃才幾，但在此僅描述四沖程內(nèi)燃機。由于本發(fā)明，可以通過絕對位置傳感器將能夠檢測到不點火的非常精細的位置信息發(fā)送給能夠讀取降低的數(shù)據(jù)速率的發(fā)動機控制單元。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢在閱讀作為示意性和非限定性示例結(jié)合單幅附圖給出的以下說明之后更清楚，其中單幅附圖是6缸發(fā)動機曲軸一轉(zhuǎn)的角位置測量頻率的象征性表示。具體實施方式根據(jù)本發(fā)明的第一特征，對于小于2°的分辨率的位置測量，關(guān)于上述噪音的隨機性質(zhì)的問題通過使用絕對角位置傳感器的數(shù)字輸出解決。下文將闡述本發(fā)明的第二特征，其涉及更精確(即具有高的分辨率)的曲軸位置信息的傳輸，和涉及傳輸該數(shù)據(jù)需要的數(shù)據(jù)速率的問題(該數(shù)據(jù)速率與現(xiàn)代發(fā)動機控制單元的輸入讀取能力不相容)。對四沖程發(fā)動機而言，發(fā)動機循環(huán)的四個沖程對應(yīng)于曲軸的兩轉(zhuǎn)，即720°。因而，在曲軸的角位置中有360°的不確定性(活塞處于相同的位置，但循環(huán)的沖程不相同)，這可以通過設(shè)置在凸輪軸上的位置傳感器消除，在發(fā)動機循環(huán)的四個沖程期間，凸輪軸僅產(chǎn)生一轉(zhuǎn)。在操作條件中，當發(fā)動機運行時，曲軸的絕對角位置可在傳感器中直接獲得，且不再通過發(fā)動機控制單元確定。然而，在失速狀態(tài)時，發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)方向可能顛倒。因而，只要其跟隨的停止狀態(tài)持續(xù)時間不長于幾分鐘，可以使用雙向增量式傳感器。然而，這樣的雙向傳感器可以在計算機中具有角位置信息，該信息僅在發(fā)動機控制單元供電期間有效。實際上，在與這樣的傳感器相關(guān)的發(fā)動機控制單元中，角位置信息存儲在發(fā)動機控制單元的易失性存儲器中，即當發(fā)動機關(guān)閉時(即發(fā)動機控制單元不再由車輛電池供電)，所述存儲器清空。因而，在每次冷啟動時，即在每次長時間停止之后，實現(xiàn)雙向增量式傳感器和發(fā)動機控制單元的加電，且絕對角位置不可得。此外，增量式傳感器的分辨率僅6。，而不是預(yù)期的2°。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的絕對位置傳感器優(yōu)選地嵌入專用集成電路(或"專用集成電路"的ASIC標準)，使得可以檢測曲軸的絕對角位置并將所述絕對角位置傳輸給發(fā)動機控制單元ECU。如下所述，至少一次每個段，比在該段其余期間傳輸?shù)男畔⒏_的角位置信息被傳輸以便檢測可能的不點火。編碼分辨率/位數(shù)為了獲得在一轉(zhuǎn)(360°)上的角分辨率RES(單位為度。)，需要在M個水平上編碼信息，使得M二360/RES;即以N位，其中N是滿足2、二M的最接近的自然數(shù)。因而，測量頻率f2對應(yīng)于每個角度值RES—次測量。例如，對分辨率RESK).022。，確定M二360/0.022即M二16，363.64已知214=16,384，因而N=14。因而，為了獲得0.022°的分辨率，需要以至少14位測量和編碼測量信息。另一方面，為了獲得小于2。的角分辨率，僅需要以>4>=8位編碼測量信息。需要的數(shù)據(jù)速率的計算以rpm表示的發(fā)動機速度REG為°/秒表示的REGI。因而，REGI二(360。/60秒)補EG即，REGI=6*REG因而，旋轉(zhuǎn)通過等于角分辨率REG的角度花費的時間為t=RES/REGI即t=RES/6*REG同樣，因而，通信數(shù)據(jù)速率必須為D=N/t即D=6*REG*N/RES即，對于以下值REG=lO,OOOrpmN=14位RES=0.022o允許以分辨率RES連續(xù)測量的數(shù)據(jù)速率必須為D=6*10,000*14/0.022=42M波特由此，可以計算在給定發(fā)動機速度REG時以給定分辨率RES編碼角測量需要的數(shù)據(jù)速率D和位數(shù)N。這樣的計算的示例在下表1給出，其中現(xiàn)代車輛的發(fā)動機速度處于大約lO,OOOrpm的最大值。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage0</column></row><table>現(xiàn)在，現(xiàn)代ECU的數(shù)字輸入的最大讀取速度為500k波特的量級。該數(shù)據(jù)速率與可以沖全測對應(yīng)于0.02°量級的角分辨率的不點火的分辨率的連續(xù)傳輸不相容。此外，二進制數(shù)據(jù)以高于500k波特的數(shù)據(jù)速率傳輸通過長連接系統(tǒng)包括與車輛其它設(shè)備發(fā)生電磁干擾的風(fēng)險。根據(jù)本發(fā)明的不點火的檢測與點火同步，且通過檢測和比較段的時間實現(xiàn)。實際上，不點火在曲軸旋轉(zhuǎn)速度中強加暫態(tài)變化。"段"是曲軸的角區(qū)域。更準確地，"段"是角周期。段時間是通過所述段的時間。因而，段由將按照點火次序的兩個連續(xù)汽缸的兩個參考位置分開的角限定。該角區(qū)域?qū)?yīng)于活塞在其相應(yīng)汽缸中的具體移動。在汽缸中，活塞行進穿過兩個特征點的路徑上止點(TDC)和下止點(BDC)。這兩個特征點可以有利地用作限定段的參考點。為此，將按照點火次序的兩個連續(xù)汽缸的兩個連續(xù)上止點分開的時間可以例如限定段時間。其中，曲軸橫穿該角區(qū)域的段時間取決于在燃燒狀態(tài)期間轉(zhuǎn)換的能量等等。因而，不點火增大了段時間。對具有規(guī)則分布的段的多缸發(fā)動機，段的值(單位為度)為SEG-720/C,C為缸數(shù)。即，對于四缸發(fā)動機，SEG=180。，對于6缸發(fā)動機，SEG=120。，等。根據(jù)本發(fā)明，高分辨率測量(N2位)的傳輸僅可以每段進行一次，即每720/C。。因而，在該實施例中，高分辨率(N2位)角位置信息的傳輸頻率f2對應(yīng)于僅在每段啟動時發(fā)送角位置信息。為了檢測不點火，可以在曲軸的每轉(zhuǎn)中將非所有連續(xù)段的段時間相對于彼此作比較而是對在兩個或幾個連續(xù)轉(zhuǎn)之間的同一段比較。為此，所進行的每個絕對位置測量與參考值(對應(yīng)于分開所述段的開始和結(jié)束位置的SEG度數(shù))連續(xù)比較。實際上，曲軸位置傳感器以至少N2位測量曲軸的角位置，但大多數(shù)時間僅以Nl位傳輸該信息，N2和N1之間的差由舍位產(chǎn)生。具體的角位置與例如所述ASIC電路中具體的觸發(fā)值相關(guān)，對應(yīng)于一段的開始或結(jié)束(在單幅附圖中為0。、120。、240。)。當傳感器達到對應(yīng)于一個段的開始或結(jié)束的觸發(fā)值時，它傳輸以N2位編碼的角位置信號。對其它角度值，傳感器再次傳輸以N1位編碼的角位置信號。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)動機控制單元包括發(fā)動機正常行為模型，即沒有不點火。通常，模型包括至少一個參考值，對給定段，所述參考值等于所述段沒有不點火的段時間。段時間的測量與該參考值比較，且這兩個值之間的差與閾值比較。如果差大于或等于閾值，發(fā)動機控制單元認為已經(jīng)發(fā)生不點火，且例如產(chǎn)生帶有這個意思的信號。例如，給定段時間的參考值是該段在前一曲軸轉(zhuǎn)期間的段時間。參見單幅附圖，這是將轉(zhuǎn)T的段時間SEG1與轉(zhuǎn)T-1的段時間SEG1比較的問題，對段SEG2和SEG3類似。優(yōu)選地，閾值取決于發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度，由于發(fā)動機速度變化(由駕駛者實施的車輛加速或制動)引起且可能干擾測量的曲軸旋轉(zhuǎn)速度變化通過特定算法校正。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)基于曲軸在360。上的絕對位置的傳感器，所述傳感器設(shè)置有構(gòu)造為提供完全數(shù)字化輸出信號的接口。在一個實施例中，曲軸位置傳感器設(shè)置有兩個輸出通道，每個所述通道傳輸數(shù)字信號。第一通道用于傳輸對應(yīng)于低分辨率時(Nl位)關(guān)于曲軸角位置的信息的第一信號。低分辨率時(Nl位)曲軸角位置以頻率fl傳輸。第二通道用于傳輸對應(yīng)于關(guān)于不點火的信息(即，高分辨率時(N2位)的曲軸角位置)的第二信號。至少N2位的曲軸角位置以頻率f2以N2位傳輸?？商鎿Q地，兩個信號通過多路復(fù)用方法在同一通道上傳輸。優(yōu)選地，傳輸速率(即，數(shù)據(jù)速率)固定。例如，如先前表1所示，小于2。的分辨率(即，1.4。)可以以8位(N1)編碼。從而，在10,000轉(zhuǎn)/分的發(fā)動機速度REG時允許該信息傳輸需要的最小數(shù)據(jù)速率為342k波特。因而，低分辨率角位置信號大約每24us(1/324*8)發(fā)送一次，如單幅附圖中實線fl所示。對于6缸發(fā)動^L而言，以14位(N2)編碼的高分辨率角位置信號可以每120。傳輸一次，如單幅附圖中虛線f2所示。由于現(xiàn)代管理設(shè)備支持的數(shù)據(jù)速率為500k波特的量級，因而，可以增加補充信息到Nl位(和如果必要對應(yīng)于需要的N2位的其余部分)的二進制字。由于該構(gòu)造，由于高分辨率角位置信息僅需要在段開始時傳輸，如果因為發(fā)動機控制單元的數(shù)據(jù)速率N2位的數(shù)據(jù)串不能在分配給Nl位傳輸?shù)臅r間期間完全傳輸，其余位可以在所關(guān)注段的時間期間的至少一個隨后N1位的串中傳輸。所使用的和設(shè)置有高分辨率的絕對位置傳感器類型需要"就地"校準，因為在所述傳感器裝配在內(nèi)燃機期間引起定位不確定性。權(quán)利要求1.一種傳輸可以監(jiān)測內(nèi)燃機操作的信息的方法，所述方法包括以下步驟通過設(shè)置有數(shù)字輸出的絕對位置傳感器測量曲軸的角位置，和以頻率f1將編碼在含有N1位的數(shù)據(jù)串中的所測量角位置信息傳輸給發(fā)動機控制單元，其特征在于還包括步驟以頻率f2傳輸編碼在含有N2位的數(shù)據(jù)串中的所測量角位置信息，位數(shù)N2大于數(shù)N1，頻率f2小于或等于頻率f1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，頻率f2至少由曲軸從對應(yīng)于一個段起始的角位置開始到達對應(yīng)于所述段結(jié)束的角位置花費的時間和待發(fā)送的位數(shù)N2限定。3.根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項所述的方法，其特征在于，測量步驟通過單個絕對位置傳感器以至少N2位測量角位置實現(xiàn)，編碼在含有Nl位的數(shù)據(jù)串中的角位置的傳輸步驟通過含有N2位的數(shù)據(jù)串的舍位實現(xiàn)。4.根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項所述的方法，其特征在于，達到閾值或多個閾值將觸發(fā)具有N2位的角位置的傳輸。5.根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項所述的方法，其特征在于，含有N1和N2位的數(shù)據(jù)串分別在兩個分開的通道上傳輸或通過多路復(fù)用方法在單個通道上傳輸。6.根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項所述的方法，其特征在于還包括步驟測量從對應(yīng)于一個段起始的角位置開始到達對應(yīng)于所述段結(jié)束的角位置花費的時間，測量該時間值和參考值之間的差，和如果所述差大于閾值，產(chǎn)生與不點火同義的信號。7.—種用于監(jiān)測內(nèi)燃機操作的設(shè)備，所述設(shè)備包括絕對曲軸位置傳感器，所述絕對曲軸位置傳感器設(shè)置為測量曲軸的角位置，和以頻率fl將編碼在含有Nl位的數(shù)據(jù)串中的所測量角位置信息傳輸給發(fā)動機控制單元，其特征在于，所述曲軸位置傳感器也設(shè)置為以頻率f2傳輸編碼在含有N2位的數(shù)據(jù)串中的所測量角位置信息，位數(shù)N2大于數(shù)N1，頻率f2小于或等于頻率fl。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述曲軸位置傳感器以至少N2位測量角位置，所述傳感器還設(shè)置有舍位手段，以便如果所述測量以大于N2位數(shù)字化，則將角位置信息編碼在含有Nl和N2位的數(shù)據(jù)串中。9.根據(jù)權(quán)利要求7和8中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器設(shè)置有至少一個輸出，能夠傳輸含有Nl位和舍位后N2位的剩余部分的數(shù)據(jù)串；或兩個輸出，能夠分別發(fā)送含有Nl位的數(shù)據(jù)串和含有N2位的數(shù)據(jù)串。全文摘要本發(fā)明涉及傳輸關(guān)于內(nèi)燃機操作的信息的方法，具體而言涉及一種傳輸可以監(jiān)測內(nèi)燃機操作的信息的方法，所述方法包括以下步驟通過設(shè)置有數(shù)字輸出的絕對位置傳感器測量曲軸的角位置；和以頻率f1將編碼在含有N1位的數(shù)據(jù)串中的、所測量的角位置信息發(fā)送給發(fā)動機控制單元，其特征在于還包括步驟以頻率f2發(fā)送編碼在含有N2位的數(shù)據(jù)串中的、所測量的角位置信息，位數(shù)N2大于數(shù)N1，頻率f2小于或等于頻率f1。以N1位編碼允許以低分辨率傳輸角位置信息，而以N2位編碼允許以能夠檢測不點火的高分辨率傳輸角位置信息。文檔編號G01D5/244GK101405499SQ200780009820公開日2009年4月8日申請日期2007年3月2日優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日發(fā)明者F·加爾蒂爾,J·布蘭克,P·阿維安,W·托林斯申請人:法國歐陸汽車公司