專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的控制方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于響應(yīng)在多氣缸內(nèi)燃機(jī)的每一次旋轉(zhuǎn)期間隨時(shí)間改變的控制參數(shù)控制在多氣缸內(nèi)燃機(jī)的每一個(gè)氣缸的每一個(gè)燃燒周期期間的操作事件的執(zhí)行的方法，該方法包括以下步驟:通過至少一個(gè)傳感器裝置在每一次旋轉(zhuǎn)期間的多個(gè)不連續(xù)瞬間捕獲控制參數(shù)的瞬時(shí)值；將作為數(shù)字控制參數(shù)信號的控制參數(shù)的瞬時(shí)值通信至控制單元，用于定時(shí)和控制多氣缸內(nèi)燃機(jī)的每一個(gè)氣缸的每一個(gè)燃燒周期期間的操作事件的執(zhí)行；并將數(shù)字控制參數(shù)信號包含到用于經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)傳送的數(shù)據(jù)訊息中；通過將補(bǔ)償數(shù)據(jù)包含到數(shù)據(jù)訊息中和通過由控制單元計(jì)算連續(xù)數(shù)據(jù)訊息的接收之間的間隔中的控制參數(shù)的估計(jì)值補(bǔ)償經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)的傳送所引起的來自數(shù)字控制參數(shù)信號的實(shí)時(shí)通信的偏差。
背景技術(shù)：
在多氣缸內(nèi)燃機(jī)中的每一個(gè)氣缸的每一個(gè)燃燒周期期間的操作事件的執(zhí)行的精確定時(shí)和控制是非常關(guān)鍵的，并依賴于更新的和準(zhǔn)確的曲軸的瞬時(shí)角位置的信息。例如，在每一個(gè)燃燒周期期間隨時(shí)間被控制的操作事件包括燃料噴射瞬間、點(diǎn)火瞬間和排氣閥的致動瞬間、以及潤滑劑和壓縮空氣到氣缸的供應(yīng)。本發(fā)明所涉及的這些控制方法和系統(tǒng)在例如屬于申請人的日本專利JP3483743B2的技術(shù)中是公知的，并公開了控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高度的誤差容許以使由控制系統(tǒng)的失效或控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分的失效所引起的操作中斷的風(fēng)險(xiǎn)最小化。這些目標(biāo)通過將現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成為充分冗余系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)，該充分冗余系統(tǒng)包括兩個(gè)中央發(fā)動機(jī)控制單元，用于檢測發(fā)動機(jī)曲軸的角位置和速度的兩個(gè)單獨(dú)傳感器裝置，以及在中央發(fā)動機(jī)控制單元和單獨(dú)氣缸控制單元之間的兩個(gè)單獨(dú)通信線路。然而，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)依賴于一種不可缺少的要求:對于控制參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送包括通過相鄰于曲軸定位的傳感器裝置以高精度確定不連續(xù)的瞬時(shí)曲軸位置值，并且每一個(gè)傳感器裝置都包括多個(gè)獨(dú)立的光學(xué)檢測器構(gòu)件。此外，屬于本申請人的日本專利JP4415027B2公開了在開始段落中提到的那種類型的方法和系統(tǒng)，其中當(dāng)通過氣缸控制單元計(jì)算將被使用的控制參數(shù)的估計(jì)值時(shí)，與內(nèi)燃機(jī)的控制相關(guān)的所有通信都通過補(bǔ)償用于網(wǎng)絡(luò)單元中的處理時(shí)間和通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送所引起的延遲被實(shí)施在相同的通信網(wǎng)絡(luò)上。因此，當(dāng)控制參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)際上已經(jīng)被實(shí)時(shí)通信時(shí)，操作事件的定時(shí)和控制會受到在相同精度水平下的每一個(gè)燃燒周期期間的氣缸控制單元影響。傳統(tǒng)上，這種現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)基于具有預(yù)定傳送方案(例如被標(biāo)記)和恒定傳送時(shí)間的多下降總線網(wǎng)絡(luò)(mult1-drop bus networks),并且具有相對低的傳送能力。隨著配置在這種系統(tǒng)中的氣缸控制單元的可用處理功率的增加，期望更多的網(wǎng)絡(luò)傳送能力，以便利用可用的處理功率并從而提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)對多氣缸內(nèi)燃機(jī)中的操作事件的執(zhí)行進(jìn)行更準(zhǔn)確的定時(shí)和更好的控制。

發(fā)明內(nèi)容
對于此背景，本發(fā)明的總體目標(biāo)是提供一種可靠的且失效保險(xiǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有用于控制多氣缸內(nèi)燃機(jī)的每一個(gè)氣缸中的每一個(gè)燃燒周期期間的操作事件的增加的吞吐量(throughput)。這種和其它目標(biāo)通過在開始段落限定的系統(tǒng)獲得，該系統(tǒng)的進(jìn)一步特征在于:表示控制參數(shù)的瞬時(shí)值捕獲瞬間的時(shí)間的補(bǔ)償數(shù)據(jù)；并且其特征在于:通過至少一個(gè)傳感器裝置和控制單元經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)傳送的時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息被指定為傳送瞬間的傳送時(shí)間和接收瞬間的接收時(shí)間，并且基于在通信網(wǎng)絡(luò)中限定的主時(shí)鐘以及指定為時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息的傳送時(shí)間和接收時(shí)間，確定通信網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)傳感器裝置和控制單元之間的時(shí)間偏差，而基于確定的時(shí)間偏差補(bǔ)償控制參數(shù)的瞬時(shí)值捕獲瞬間的時(shí)間；并且其特征在于:由捕獲的控制參數(shù)的瞬時(shí)值以及控制參數(shù)的瞬時(shí)值捕獲瞬間的時(shí)間和包含捕獲的控制參數(shù)的瞬時(shí)值的數(shù)據(jù)訊息的接收時(shí)間之間的時(shí)間差進(jìn)行所述計(jì)算。這使得即使用在通信網(wǎng)絡(luò)的傳送方案不具有預(yù)定傳送方案和恒定傳送時(shí)間，也能夠?qū)嵤┡c具體用作船中的推進(jìn)器的內(nèi)燃機(jī)的控制有關(guān)的所有數(shù)據(jù)通信，以及從傳感器裝置到相同通信網(wǎng)絡(luò)上的控制單元的控制參數(shù)數(shù)據(jù)的通信，這也可以用于其它目的。根據(jù)本發(fā)明的方法允許利用不具有確定性的且恒定的傳送時(shí)間的通信網(wǎng)絡(luò)類型實(shí)施控制系統(tǒng)，這與實(shí)施預(yù)定傳送方案并具有恒定傳送時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)相比，以較低成本提供了增加的吞吐量。此夕卜，為了在使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)有助于服務(wù)和維護(hù)，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)裝置之間的當(dāng)前時(shí)間的時(shí)間偏差的補(bǔ)償允許使用具有不同性能的網(wǎng)絡(luò)裝置，以便例如進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。通過獨(dú)立于包括捕獲的控制參數(shù)的瞬時(shí)值的數(shù)據(jù)訊息的傳送進(jìn)一步發(fā)送數(shù)據(jù)訊息和利用傳送瞬間和接收瞬間的時(shí)間標(biāo)記提供這種獨(dú)立的數(shù)據(jù)訊息，能夠確定傳感器裝置和控制單元之間的當(dāng)前時(shí)間中的時(shí)間偏差。指定到所述進(jìn)一步數(shù)據(jù)訊息中的每一個(gè)的時(shí)間標(biāo)記已經(jīng)被示出，對于確定具有精密度的時(shí)間偏差來說是非常有效并且可靠的方式，該精確度用于獲得需要的精確計(jì)時(shí)和操作事件的執(zhí)行的控制(即，至少微秒范圍內(nèi)的精確度)。顯然地，用于控制參數(shù)的捕獲瞬時(shí)值的傳送的數(shù)據(jù)訊息還可以設(shè)置有用于確定偏差的時(shí)間標(biāo)記，并且原則上每個(gè)數(shù)據(jù)訊息都可以包括除時(shí)間標(biāo)記之外的控制參數(shù)。對于與上述控制方法一致的方法的實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的另一方面提供一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于響應(yīng)多汽缸內(nèi)燃機(jī)的每一次旋轉(zhuǎn)期間隨時(shí)間改變的控制參數(shù)控制用于多汽缸內(nèi)燃機(jī)的每一個(gè)汽缸在每一個(gè)燃燒周期期間的操作事件的執(zhí)行，所述系統(tǒng)包括在每一次旋轉(zhuǎn)期間的多個(gè)不連續(xù)瞬間處捕獲控制參數(shù)的瞬時(shí)值的至少一個(gè)傳感器裝置，通信網(wǎng)絡(luò)，該通信網(wǎng)絡(luò)用于將控制參數(shù)的瞬時(shí)值作為數(shù)字控制參數(shù)信號通信到控制單元，以便計(jì)時(shí)和控制多汽缸內(nèi)燃機(jī)的每一個(gè)汽缸的每一個(gè)燃燒周期期間操作事件的執(zhí)行，其中數(shù)字控制參數(shù)信號包含在數(shù)據(jù)訊息中用于經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)傳送，控制單元，該控制單元通過包括表示控制參數(shù)的瞬時(shí)值捕獲瞬間的時(shí)間的補(bǔ)償數(shù)據(jù)補(bǔ)償經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)傳送所引起的數(shù)字控制參數(shù)信號的實(shí)時(shí)通信的偏差，其中由至少一個(gè)傳感器裝置和控制單元經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)傳送的時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息被指定為傳送瞬間的傳送時(shí)間和接收瞬間的接收時(shí)間，并且其中通信網(wǎng)絡(luò)包括主時(shí)鐘，與傳送時(shí)間和接收時(shí)間一起被指定為時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息的主時(shí)鐘用于確定通信網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)傳感器裝置和控制單元之間的時(shí)間偏差，并且基于確定的時(shí)間偏差補(bǔ)償控制參數(shù)的瞬時(shí)值捕獲瞬間的時(shí)間，并且根據(jù)控制參數(shù)的捕獲瞬時(shí)值和控制參數(shù)捕獲瞬間瞬時(shí)值的時(shí)間與包含控制參數(shù)的捕獲瞬時(shí)值的數(shù)據(jù)訊息的接收時(shí)間之間的時(shí)間差進(jìn)行所述計(jì)算。在優(yōu)選實(shí)施例中，控制參數(shù)的瞬時(shí)值包括與所述氣缸中的每一個(gè)的活塞構(gòu)件連接的發(fā)動機(jī)曲軸的瞬時(shí)位置。在實(shí)施本發(fā)明的控制方法與系統(tǒng)的具體優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)被構(gòu)造成用于冗余操作，該冗余操作包括使用兩個(gè)獨(dú)立的傳感器裝置，該兩個(gè)獨(dú)立的傳感器裝置中的每一個(gè)都經(jīng)由獨(dú)立的通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)訊息傳送到控制單元。從而，控制單元的每一個(gè)都可以接收來自每一個(gè)傳感器裝置的數(shù)據(jù)訊息，并且通過經(jīng)由至少兩個(gè)獨(dú)立通信網(wǎng)絡(luò)的這種訊息的通信，獲得高水平的可靠性和失效安全操作。當(dāng)每一個(gè)傳感器裝置使數(shù)據(jù)訊息通信經(jīng)過兩個(gè)冗余通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，即使通信網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)中的信號線損壞，來自兩個(gè)傳感器裝置的數(shù)據(jù)訊息也可以被通信到控制單元?？梢垣@得提供這種交叉冗余性的根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的進(jìn)一步研發(fā)，其中系統(tǒng)被構(gòu)造用于冗余操作，該冗余操作包括使用至少兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)動機(jī)控制單元，該發(fā)動機(jī)控制單元中的每一個(gè)經(jīng)由至少兩個(gè)獨(dú)立的通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)訊息傳送到分布在氣缸上的汽缸控制單元。這允許不同類別的計(jì)算在不同類型的控制單元被實(shí)施，并從而限制通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)訊息的傳送，這進(jìn)而導(dǎo)致對操作事件的執(zhí)行的更精確的計(jì)時(shí)。在另一個(gè)研發(fā)的實(shí)施例中，至少兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)動機(jī)控制單元中的一個(gè)或至少兩個(gè)獨(dú)立的傳感器裝置中的一個(gè)被選擇限定兩個(gè)獨(dú)立通信網(wǎng)絡(luò)的主時(shí)鐘。當(dāng)傳感器裝置和發(fā)動機(jī)控制單元為冗余并且傳感器裝置和發(fā)動機(jī)控制單元中的一個(gè)被選擇以限定兩個(gè)獨(dú)立通信網(wǎng)絡(luò)的主時(shí)鐘時(shí)，新的主時(shí)鐘可以在選擇的主時(shí)鐘失效或損壞的情況下被容易地選擇。由于剩余的發(fā)動機(jī)控制單元和傳感器裝置被冗余地連接并因此能夠發(fā)現(xiàn)被選擇的主時(shí)鐘被損壞，因此這變得可能。在那種情況下，用于選擇主時(shí)鐘的程序?qū)⒃谑Ｓ嗟陌l(fā)動機(jī)控制單元和傳感器裝置之中啟動。如將從以下說明所呈現(xiàn)的，根據(jù)本發(fā)明的方法的性能試驗(yàn)已經(jīng)確認(rèn):通過對從傳感器裝置到控制單元的實(shí)時(shí)訊息通信的偏差進(jìn)行補(bǔ)償，可以獲得每一個(gè)燃燒循環(huán)期間的操作事件的控制，其對于可靠性和準(zhǔn)確性可充分地與基于具有預(yù)定傳送方案和具有恒定傳送時(shí)間的傳送方式的系統(tǒng)中的實(shí)施競爭。對于本發(fā)明的有利實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施的執(zhí)行，經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)的所述數(shù)據(jù)訊息的傳送獨(dú)立于由至少一個(gè)傳感器裝置捕獲的控制參數(shù)的瞬時(shí)值起作用，而且包含在數(shù)據(jù)訊息中的補(bǔ)償數(shù)據(jù)包括表示包含在控制參數(shù)瞬時(shí)值的捕獲瞬間的數(shù)據(jù)訊息中的數(shù)字控制參數(shù)信號的變化率的進(jìn)一步補(bǔ)償數(shù)據(jù)。根據(jù)這種手邊的信息，能夠計(jì)算曲軸的瞬時(shí)時(shí)間位置，在該位置上控制單元執(zhí)行操作事件。從而一旦數(shù)據(jù)訊息被接收很快就可以進(jìn)行計(jì)算，并且控制單元可以為待命或簡單等候其中操作事件必須起作用時(shí)的瞬時(shí)時(shí)間。在這種冗余方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中，還優(yōu)選地是:對于每一個(gè)控制單元，控制參數(shù)的所述估計(jì)值被產(chǎn)生用于從所述傳感器裝置中的每一個(gè)傳送的訊息，并且通過符合至少一個(gè)選擇標(biāo)準(zhǔn)的選擇進(jìn)行從來自單獨(dú)一個(gè)所述傳感器裝置中的訊息中獲得的控制參數(shù)的估計(jì)值的選擇。


以下將經(jīng)由示意圖所示的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的控制方法和系統(tǒng)的操作、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)，其中:圖1是四汽缸柴油發(fā)動機(jī)的冗余電子控制系統(tǒng)的完全示意圖，圖2是實(shí)施用于在根據(jù)本發(fā)明的電子控制系統(tǒng)中使用的示例性網(wǎng)絡(luò)同步裝置的數(shù)據(jù)訊息傳送的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1中的完全示意圖顯示了實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的冗余電子控制系統(tǒng)的柴油發(fā)動機(jī)。該控制系統(tǒng)以以下的方式操作:表示發(fā)動機(jī)曲軸的角位置的控制參數(shù)的不連續(xù)瞬時(shí)值由兩個(gè)典型的光電子傳感器裝置3、3’中的每一個(gè)中的多個(gè)檢測器構(gòu)件檢測和捕獲，并作為數(shù)據(jù)訊息中的數(shù)字控制參數(shù)信號經(jīng)由獨(dú)立冗余通信網(wǎng)絡(luò)10、10’中的專用單獨(dú)信號線從傳感器裝置3、3’通信到兩個(gè)冗余中央發(fā)動機(jī)控制單元4、4’和與發(fā)動機(jī)氣缸2相關(guān)聯(lián)的多個(gè)汽缸控制單元5，用于根據(jù)從傳感器裝置3、3’接收的數(shù)字控制參數(shù)信號計(jì)時(shí)和控制每一個(gè)汽缸中的燃燒過程。在圖1示出的實(shí)施例中，傳感器裝置3、3’被冗余地連接到兩個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)10、10’，然而，本發(fā)明還可以被實(shí)施為其中傳感器裝置3、3’僅連接到通信網(wǎng)絡(luò)10、10’中的一個(gè)的系統(tǒng)。此外，中央發(fā)動機(jī)控制單元4、4’中的每一個(gè)都在一方面經(jīng)由冗余通信網(wǎng)絡(luò)10、10’與汽缸控制單元5中的每一個(gè)進(jìn)一步連接，而在另一方面，經(jīng)由冗余通信網(wǎng)絡(luò)10、10’與多個(gè)外部命令和/或監(jiān)測端子中的每一個(gè)進(jìn)一步連接。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)通信基于諸如以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)類型，其中傳送時(shí)間不恒定并且不具有預(yù)定傳送方案。每一個(gè)冗余網(wǎng)絡(luò)10、10’包括優(yōu)選為以太網(wǎng)開關(guān)的中央網(wǎng)絡(luò)單元11、11’，該中央網(wǎng)絡(luò)單元11、11’連接網(wǎng)絡(luò)裝置，即，連接傳感器裝置3、中央發(fā)動機(jī)控制單元4、4’和汽缸控制單元5。通常，中央發(fā)動機(jī)控制單元4、4’從定位在發(fā)動機(jī)上的多個(gè)感測單元接收監(jiān)測和控制信號，并且不僅從至少在不連續(xù)感測點(diǎn)捕獲發(fā)動機(jī)曲軸的瞬時(shí)角位置的傳感器裝置3、3’接收監(jiān)測和控制信號，并且從外部單元接收監(jiān)測和控制信號，并將控制信號通信到汽缸控制單元以及其它共用的發(fā)動機(jī)單元兩者。因此，中央發(fā)動機(jī)控制單元4、4’不僅用來將與控制參數(shù)的瞬時(shí)值有關(guān)的控制信號通信到汽缸控制單元5，并且還用于其它機(jī)載發(fā)動機(jī)控制功能的操作。由于來自傳感器裝置3、3’的控制信號被通信到中央發(fā)動機(jī)控制單元4、4’和汽缸控制單元5兩者，所以控制參數(shù)的估計(jì)值的計(jì)算可以在中央發(fā)動機(jī)控制單元4、4’或汽缸控制單元5中被實(shí)施。然而，優(yōu)選地是:計(jì)算在單獨(dú)汽缸控制單元5和中央發(fā)動機(jī)控制單元4、4’兩者中被分散和實(shí)施，以便減少通信網(wǎng)絡(luò)10、10’中的數(shù)據(jù)包量。在那種情況下，從中央發(fā)動機(jī)控制單元4，4’通信的控制信號涉及理想的操作條件或發(fā)動機(jī)載荷的改變，并且汽缸控制單元可以被編程以基于接收到的控制信號實(shí)施控制參數(shù)的估計(jì)值所需要的計(jì)算，該控制參數(shù)為改變操作條件或發(fā)動機(jī)載荷所需要。當(dāng)系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通信實(shí)施時(shí)，通信基于廣播或多路傳送，并且除了通過開關(guān)作用的可能中繼(retransmission)實(shí)施作為星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的系統(tǒng)之外，所有網(wǎng)絡(luò)裝置將原則上接收包括所捕獲控制參數(shù)的數(shù)據(jù)訊息。諸如影響網(wǎng)絡(luò)通信的開關(guān)的中央網(wǎng)絡(luò)裝置的存在將最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)訊息的中繼以及被中繼數(shù)據(jù)訊息的非確定性延遲。優(yōu)選地，經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)10、10’的所述數(shù)據(jù)訊息的傳送通過該至少一個(gè)傳感器裝置3、3’獨(dú)立于控制參數(shù)的瞬時(shí)值捕獲被實(shí)施，并且用于計(jì)算并包含在數(shù)據(jù)訊息中的補(bǔ)償數(shù)據(jù)包括進(jìn)一步補(bǔ)償數(shù)據(jù)，該進(jìn)一步補(bǔ)償數(shù)據(jù)表示包含在控制參數(shù)的瞬時(shí)值的捕獲瞬間的數(shù)據(jù)訊息中的數(shù)字控制參數(shù)信號的變化率。中央發(fā)動機(jī)單元4、4’至少使用發(fā)動機(jī)曲軸的瞬時(shí)角位置(例如通過計(jì)算將被噴射到氣缸中的燃料量控制發(fā)動機(jī)速度)和發(fā)動機(jī)曲軸的位置，以確定將被指示的汽缸控制單元何時(shí)且哪些用于影響由中央發(fā)動機(jī)單位4、4’計(jì)算的燃料噴射。相對于發(fā)動機(jī)曲軸的瞬時(shí)角位置，汽缸控制單元5計(jì)算且影響由中央發(fā)動機(jī)單位4、4’計(jì)算的燃料噴射量?？刂茀?shù)的估計(jì)值在控制單元4、4’;5中的計(jì)算，即具體瞬時(shí)時(shí)間及時(shí)的發(fā)動機(jī)曲軸的位置，在接收連續(xù)數(shù)據(jù)訊息之間以一定時(shí)間間隔被實(shí)施，并且可以例如以外推周期中曲軸的假設(shè)恒定速度的線性外推為基礎(chǔ)。外推周期t外推被確定作為接收數(shù)據(jù)訊息瞬間的時(shí)間和捕獲控制參數(shù)瞬間的時(shí)間之間的時(shí)間差，該數(shù)據(jù)訊息包含捕獲的控制參數(shù)。當(dāng)曲軸位置的捕獲瞬間時(shí)間被指定為每一個(gè)曲軸位置的捕獲時(shí)，曲軸的角速度可以由存儲多個(gè)捕獲值通過曲軸位置的連續(xù)測量之間的時(shí)間差來計(jì)算。該計(jì)算可以在傳感器裝置中進(jìn)行并通信到控制單元，或可選地，計(jì)算可以在控制單元中進(jìn)行。為了一些目的，例如為了計(jì)算將被噴射在氣缸中的燃料量，可以利用發(fā)動機(jī)曲軸的瞬時(shí)角位置的最近接收值和早先值之間的不同計(jì)算角速度，這樣例如使用每第五個(gè)或第十個(gè)捕獲值之間的不同計(jì)算角速度。這提供具有更高清晰度(resolution)的計(jì)算后的平均角速度,這對一些計(jì)算是有利的，然而，對操作事件的執(zhí)行是不利的。有利的是冗余地操作所述系統(tǒng)，使得對于每一個(gè)控制單元4、4’ ；5來說，控制參數(shù)的估計(jì)值獨(dú)立地產(chǎn)生用于從所述傳感器裝置中的每一個(gè)接收的數(shù)據(jù)訊息，并且對從來自單獨(dú)一個(gè)所述傳感器裝置的訊息獲得的控制參數(shù)的估計(jì)值以符合至少一個(gè)選擇標(biāo)準(zhǔn)的選擇方式進(jìn)行選擇。選擇標(biāo)準(zhǔn)可以例如是從被選擇為活動的一個(gè)的傳感器裝置3、3’接收的數(shù)據(jù)訊息的頻率和控制參數(shù)，控制參數(shù)用于實(shí)施控制單元4、4’ ；5中的計(jì)算。利用活動的傳感器裝置是指傳感器裝置傳送包含控制參數(shù)的數(shù)據(jù)訊息，這些數(shù)據(jù)訊息用于計(jì)算控制參數(shù)的估計(jì)值，而不用于計(jì)算的捕獲控制參數(shù)的其它傳感器裝置可以被稱為待命。如果例如經(jīng)過時(shí)間周期的傳感器裝置不發(fā)送數(shù)據(jù)訊息，其它傳感器裝置將被選擇作為活動的一個(gè)，并且如果從傳感器裝置接收的兩個(gè)數(shù)據(jù)訊息之間的時(shí)間周期明顯地偏離兩個(gè)數(shù)據(jù)訊息之間的先前周期(其與發(fā)動機(jī)的可能加速或減速相比不具有實(shí)際性)，則數(shù)據(jù)訊息可以被丟棄，而其它傳感器裝置可以被選擇作為活動的一個(gè)。此外，傳感器裝置的檢測器構(gòu)件(即，優(yōu)選地光電編碼器)利用灰色代碼和正交編碼被實(shí)施。在一種實(shí)施例中還提供用于傳感器裝置的故障的檢測，每一個(gè)傳感器裝置都設(shè)置有鄰近(proximity)傳感器，該鄰近傳感器檢測曲軸的凸輪位置，即，鄰近傳感器提供用于曲軸每一次完全旋轉(zhuǎn)的凸輪檢測信號。如果傳感器裝置的檢測器構(gòu)件相對于曲軸旋轉(zhuǎn)，則該信息可以用于檢測。為了允許通信網(wǎng)絡(luò)10、10'以諸如以太網(wǎng)的具有非確定性傳送時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)類型為基礎(chǔ)，其中傳送時(shí)間和傳送瞬間是不可預(yù)測的，網(wǎng)絡(luò)裝置3、3' ;4、4' ;5;11、11’被選擇作為主要裝置并且限定通信網(wǎng)絡(luò)10、10'的主時(shí)鐘，然后，剩余的網(wǎng)絡(luò)裝置是從屬裝置，該從屬裝置利用主時(shí)鐘作為同步基準(zhǔn)。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)裝置具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘并且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)裝置被選擇作為主要裝置時(shí)，其它網(wǎng)絡(luò)裝置是從屬裝置，這些從屬裝置必須根據(jù)主要裝置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘同步他們的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。在優(yōu)選實(shí)施例中，至少兩個(gè)獨(dú)立發(fā)動機(jī)控制單元4、4’中的一個(gè)或至少兩個(gè)獨(dú)立傳感器裝置3、3’中的一個(gè)被選擇作為兩個(gè)獨(dú)立通信網(wǎng)絡(luò)10、10’的主時(shí)鐘。顯然地，一個(gè)或多個(gè)附加的冗余網(wǎng)絡(luò)裝置可以連接到通信網(wǎng)絡(luò)，該通信網(wǎng)絡(luò)的唯一目的是被選擇作為用于在通信網(wǎng)絡(luò)10、10’中通信的網(wǎng)絡(luò)裝置3、3’ ；4、4’ ；5;11、11’的主時(shí)鐘。在那種情況下，預(yù)定網(wǎng)絡(luò)裝置被選為限定主時(shí)鐘的主要裝置。然而，優(yōu)選地是:利用各種類型的選擇標(biāo)準(zhǔn)并且通過網(wǎng)絡(luò)裝置之間的時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息的交換選擇主要裝置，使得在被選擇作為主時(shí)鐘的網(wǎng)絡(luò)裝置損壞或臨時(shí)操作失效情況下，新的網(wǎng)絡(luò)裝置被選為主時(shí)鐘。這允許在通信網(wǎng)絡(luò)改變后的操作期間的快速重新組合并使系統(tǒng)具有更大的容錯(cuò)性。此外，優(yōu)選地是:只有冗余的并且連接到兩個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)10、10’的網(wǎng)絡(luò)裝置被選擇作為主時(shí)鐘，并且藉此用作用于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)10、10’的主時(shí)鐘。因此，優(yōu)選地是:主要裝置選擇自傳感器裝置3、3’或發(fā)動機(jī)控制單元4、4’中的一個(gè)，使得新的主要裝置可以在用作主要裝置的網(wǎng)絡(luò)裝置被損壞的情況下被選擇。用于與活動傳感器裝置3、3’的選擇相關(guān)的符合上述實(shí)例的各種選擇標(biāo)準(zhǔn)還可以用于選擇通信網(wǎng)絡(luò)的主要裝置的目的。傳送包含捕獲控制參數(shù)的數(shù)據(jù)訊息時(shí)的精密度取決于網(wǎng)絡(luò)裝置的實(shí)時(shí)同步。為了同步網(wǎng)絡(luò)裝置3、3’;4、4’;5 ;11、11’的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，附加的時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)10、10’由至少一個(gè)傳感器裝置3、3和控制單元4、4’ ；5獨(dú)立于包含捕獲控制參數(shù)的數(shù)據(jù)訊息的傳送而被傳送，并且在傳送的瞬間被指定為傳送時(shí)間而在接收的瞬間被指定為接收時(shí)間。在通信網(wǎng)絡(luò)10、10’中被選擇的主要裝置和被指定為時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息的傳送時(shí)間和接收時(shí)間用于確定通信網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)傳感器裝置3、3’和控制單元4、4’ ；5之間的本地時(shí)間中的時(shí)間偏差。藉此，從屬裝置能夠同步它們的本地實(shí)時(shí)時(shí)鐘以與主要裝置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘相對應(yīng)，或相反地，確保被指定為捕獲控制參數(shù)的時(shí)間瞬間通過考慮主要裝置和從屬裝置之間的實(shí)時(shí)偏差而被補(bǔ)償。為了確定時(shí)間偏差，被選擇作為主要裝置的網(wǎng)絡(luò)裝置將同步訊息中的當(dāng)前時(shí)間周期地傳送到從屬裝置，并且在傳送瞬間，主要裝置提供具有傳送時(shí)間標(biāo)記的同步訊息，并且一旦接收到同步訊息，每一個(gè)從屬裝置都提供具有接收時(shí)間標(biāo)記的同步訊息。為了確定網(wǎng)絡(luò)裝置之間的時(shí)間偏差，從屬裝置單獨(dú)確定同步訊息的網(wǎng)絡(luò)傳送時(shí)間。因此，網(wǎng)絡(luò)傳送時(shí)間通過連續(xù)測量從每一個(gè)從屬時(shí)鐘到主時(shí)鐘的往返時(shí)間而被間接確定。圖2圖示了實(shí)施時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息的傳送以通過確定網(wǎng)絡(luò)裝置之間的實(shí)時(shí)偏差來允許主時(shí)鐘和用作從屬裝置的網(wǎng)絡(luò)裝置之間的同步。通常，在從屬裝置和主要裝置之間具體時(shí)間處的時(shí)間偏差被給定為:0(t) = S(t)-M(t)，其中S(t)是在物理時(shí)間t處從屬裝置測量的實(shí)時(shí)，和M(t)是在物理時(shí)間t處主要裝置測量的實(shí)時(shí)。當(dāng)該偏差屬于在網(wǎng)絡(luò)裝置中實(shí)施的硬件和軟件中的差異時(shí)，該偏差實(shí)際上非常小并接近于零，其中該網(wǎng)絡(luò)裝置在網(wǎng)絡(luò)裝置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘中產(chǎn)生差異。如圖2所示，在時(shí)間A處，主要裝置20將同步訊息20傳送至連接到相同傳送網(wǎng)絡(luò)的全部從屬裝置40，在該實(shí)例中，當(dāng)說明原理時(shí)，為了簡化的目的，只表現(xiàn)一個(gè)從屬裝置而開關(guān)被省略。一旦從主要裝置20傳送，同步訊息21被指定為時(shí)間標(biāo)記t1；并且一旦接收，從屬裝置40記錄本地時(shí)間t/。為了同步到主要裝置20，從屬裝置40必須確定同步訊息41的網(wǎng)絡(luò)傳送時(shí)間送。網(wǎng)絡(luò)傳送時(shí)間送由從屬裝置40通過在時(shí)間t2處將傳送時(shí)間訊息41發(fā)送到主要裝置20而確定，一旦主要裝置20接收，主要裝置20在時(shí)間t2’處指定傳送時(shí)間訊息41，并響應(yīng)包含指定時(shí)間t2’的應(yīng)答訊息，使得從屬裝置40收集關(guān)于時(shí)間t1; t/，t2 t/的消息。來自上述示例的時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息的交換的消息用于建立以下關(guān)系:t/ -ti = o(t)+t傳送和t2’ -t2 = -o (t)+t傳送,該關(guān)系可以結(jié)合到公式0(t)=(t/+t2)/2中，這限定了考慮實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及主要裝置和從屬裝置之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)
間的不同的偏差，該偏差將隨時(shí)間改變，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間是非恒定的且非確定性的。如圖2通過在時(shí)間、和tn+1處的時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息的傳送所示，數(shù)據(jù)訊息的通信是進(jìn)行中的處理。在本發(fā)明的實(shí)際優(yōu)選實(shí)施例中，可以通過利用主要裝置和從屬裝置之間的時(shí)間偏差非常小而實(shí)施主要裝置和從屬裝置的進(jìn)行中的同步和時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息的傳送。這通過丟棄導(dǎo)致重大變化的時(shí)間偏差的時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息和在從屬裝置的實(shí)際時(shí)間被調(diào)節(jié)之前等候下一個(gè)數(shù)據(jù)訊息而獲得。這是有利的，因?yàn)榇_定的時(shí)間偏差中的顯著變化是由開關(guān)的振動和相應(yīng)中繼所引起的延遲而產(chǎn)生。可選地，配置開關(guān)可以適于提供與數(shù)據(jù)訊息的這種中繼引起的延遲有關(guān)的信息，例如通過將與延遲有關(guān)的信息添加到數(shù)據(jù)訊息，使得所有時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息都可以被使用。通常，從屬裝置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以通過利用狀態(tài)鎖定電壓控制振蕩器隨確定的時(shí)間偏差而進(jìn)行調(diào)節(jié)，或通過調(diào)節(jié)實(shí)際時(shí)間單位的時(shí)鐘信號的數(shù)量而進(jìn)行數(shù)字調(diào)節(jié)，可選地，通過縮短或延長其中時(shí)間偏差被確定的時(shí)間周期而進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，優(yōu)選地是:主要裝置和從屬裝置之間的時(shí)間偏差局部地作用在從屬裝置中，并與與控制參數(shù)的估計(jì)值的計(jì)算相關(guān)的計(jì)算分開。主要裝置和從屬裝置之間的時(shí)間偏差的確定是基于假設(shè)在時(shí)間周期內(nèi)被實(shí)施的如圖2所示且如上所述的數(shù)據(jù)訊息交換是如此短，這樣可以假定在所述時(shí)間周期中該時(shí)間偏差是恒定的，并且當(dāng)從主要裝置傳送到從屬裝置時(shí)和反之從從屬裝置傳送到主要裝置時(shí)的傳送時(shí)間是相同的。此外，要求主要裝置和從屬裝置能夠指定數(shù)據(jù)訊息的接收和傳送的時(shí)間。因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)包括具有兩個(gè)目的的數(shù)據(jù)訊息通信。首先，數(shù)據(jù)訊息被傳送通過通信網(wǎng)絡(luò)，以達(dá)到提供具有通過傳感器裝置捕獲的控制參數(shù)的控制單元的目的。其次，時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息被通信，以便確定網(wǎng)絡(luò)裝置之間的本地實(shí)時(shí)上的時(shí)間偏差。本發(fā)明的優(yōu)勢在于:其公開了一種方法和系統(tǒng)，當(dāng)諸如發(fā)動機(jī)曲軸的位置的控制參數(shù)經(jīng)由具有非確定性的和非恒定傳送時(shí)間的通信網(wǎng)絡(luò)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)裝置處被捕獲并被傳送到另一網(wǎng)絡(luò)裝置時(shí)，該方法和系統(tǒng)允許控制在多汽缸內(nèi)燃機(jī)的每一個(gè)汽缸的每一個(gè)燃燒循環(huán)期間的操作事件的執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種用于響應(yīng)多汽缸內(nèi)燃機(jī)(I)的每一次旋轉(zhuǎn)期間的隨時(shí)間改變的控制參數(shù)而控制多汽缸內(nèi)燃機(jī)(I)的每一個(gè)汽缸(2)的每一個(gè)燃燒周期期間的操作事件的執(zhí)行的方法，所述方法包括以下步驟: 在每一次旋轉(zhuǎn)期間通過至少一個(gè)傳感器裝置(3，3’ )捕獲多個(gè)不連續(xù)瞬間處的控制參數(shù)的瞬時(shí)值； 使所述控制參數(shù)的瞬時(shí)值作為數(shù)字控制參數(shù)信號通信到控制單元(4，4’ ；5)，用于通過將數(shù)字控制參數(shù)信號包含到用于經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)(10，10’ )傳送的數(shù)據(jù)訊息中來計(jì)時(shí)和控制多汽缸內(nèi)燃機(jī)的每一個(gè)汽缸(2)的每一個(gè)燃燒周期期間的操作事件的執(zhí)行； 對來自數(shù)字控制參數(shù)信號的實(shí)時(shí)通信的偏差進(jìn)行補(bǔ)償，所述偏差是通過經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)(10，10’ )的傳送所引起的，所述補(bǔ)償通過將補(bǔ)償數(shù)據(jù)包含到數(shù)據(jù)訊息中和通過在由所述控制單元(4，4’ ；5)接收的連續(xù)數(shù)據(jù)訊息之間的一定時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)算控制參數(shù)的估計(jì)值來進(jìn)行，其特征在于: 所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)表示所述控制參數(shù)的瞬時(shí)值捕獲瞬間的時(shí)間，并且其特征在于通過所述至少一個(gè)傳感器裝置(3，3’ )和所述控制單元(4，4’;5)經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)(10，10’ )傳送的時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息被指定為傳送瞬間的傳送時(shí)間和接收瞬間的接收時(shí)間，并且 基于在所述通信網(wǎng)絡(luò)(10，10’ )中限定的主時(shí)鐘和被指定為所述時(shí)鐘數(shù)據(jù)訊息的所述傳送時(shí)間和所述接收時(shí)間，確定在所述通信網(wǎng)絡(luò)中的所述至少一個(gè)傳感器裝置(3，3’ )和所述控制單元(4，4’;5)之間的時(shí)間偏差，并且基于確定的時(shí)間偏差補(bǔ)償所述控制參數(shù)的瞬時(shí)值捕獲瞬間的所述時(shí)間，并且其特征在于: 通過捕獲的所述控制參數(shù)的瞬時(shí)值以及所述控制參數(shù)的瞬時(shí)值捕獲瞬間的時(shí)間和包含所述捕獲的所述控制參數(shù)的瞬時(shí)值的數(shù)據(jù)訊息的接收時(shí)間之間的時(shí)間差進(jìn)行所述計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，`其特征在于:所述控制參數(shù)的瞬時(shí)值包括與所述氣缸中的每一個(gè)的活塞構(gòu)件相連接的發(fā)動機(jī)曲軸的瞬時(shí)位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于包括使用兩個(gè)獨(dú)立的傳感器裝置(3，3’)的冗余操作，所述兩個(gè)獨(dú)立的傳感器裝置中的每一個(gè)將數(shù)據(jù)訊息經(jīng)由獨(dú)立的通信網(wǎng)絡(luò)(10，10’ )傳送到所述控制單元(4，4’ ；5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括使用至少兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)動機(jī)控制單元(4,40的冗余操作，所述至少兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)動機(jī)控制單元中的每一個(gè)將數(shù)據(jù)訊息經(jīng)由所述至少兩個(gè)獨(dú)立通信網(wǎng)絡(luò)(10，10’ )傳送到分布在所述氣缸(2)上的汽缸控制單元(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述至少兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)動機(jī)控制單元(4，4’ )中的一個(gè)或所述至少兩個(gè)獨(dú)立的傳感器裝置(3，3’ )中的一個(gè)被選擇以限定所述兩個(gè)獨(dú)立的通信網(wǎng)絡(luò)(10，10’ )的主時(shí)鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述數(shù)據(jù)訊息經(jīng)由所述通信網(wǎng)絡(luò)(10，10’)的傳送獨(dú)立于通過所述至少一個(gè)傳感器裝置(3，3’)進(jìn)行的控制參數(shù)瞬時(shí)值的所述捕獲而被實(shí)施，并且包含在數(shù)據(jù)訊息中的所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)包括表示所述數(shù)字控制參數(shù)信號的變化率的進(jìn)一步補(bǔ)償數(shù)據(jù)，所述數(shù)字控制參數(shù)信號包含在所述控制參數(shù)的瞬時(shí)值捕獲瞬間的數(shù)據(jù)訊息中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于:對于每一個(gè)控制單元(4，4’；5)，所述控制參數(shù)的所述估計(jì)值被產(chǎn)生用于傳送自所述傳感器裝置(3，3’ )的數(shù)據(jù)訊息，并且通過符合至少一個(gè)選擇標(biāo)準(zhǔn)的選擇來選擇從來自單獨(dú)一個(gè)所述傳感器裝置的訊息中獲得的所述控制參數(shù)的估 計(jì)值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于響應(yīng)多汽缸內(nèi)燃機(jī)的每一次旋轉(zhuǎn)期間隨時(shí)間改變的控制參數(shù)控制多汽缸內(nèi)燃機(jī)的操作事件的執(zhí)行的方法，所述方法包括以下步驟捕獲所述控制參數(shù)的瞬時(shí)值，將所述控制參數(shù)的瞬時(shí)值作為數(shù)字控制參數(shù)信號通信到控制單元；通過將補(bǔ)償數(shù)據(jù)包括到數(shù)據(jù)訊息中和通過計(jì)算由所述控制單元接收的連續(xù)數(shù)據(jù)訊息之間的一定時(shí)間間隔中的控制參數(shù)的估計(jì)值來補(bǔ)償來自實(shí)時(shí)通信的偏差，其中所述計(jì)算根據(jù)捕獲的控制參數(shù)的瞬時(shí)值、控制參數(shù)的瞬時(shí)值捕獲瞬間的時(shí)間和數(shù)據(jù)訊息的接收時(shí)間之間的時(shí)間差來進(jìn)行。
文檔編號F02D45/00GK103147866SQ20121010702
公開日2013年6月12日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者拉爾斯·科爾比·索倫森, 約恩·斯科夫高·安諾生, 埃里克·羅森隆德 申請人:曼恩柴油機(jī)渦輪股份公司曼恩柴油機(jī)渦輪德國分公司