内燃发动机和用于操作内燃发动机的方法与流程

本发明涉及具有曲轴和多个可调节凸轮轴的内燃发动机。本发明还涉及用于组装内燃发动机并将其准备成用于操作的方法。

背景技术：

1、在de 102 59 133a1中描述了一种具有机电式凸轮轴相位器的内燃发动机的操作方法。凸轮轴相位器、即用于调节内燃发动机的凸轮轴与曲轴之间的旋转角度关系的装置在这种情况下具有模块化结构。该装置的部件也部分地被内燃发动机的其他控制和调节装置使用。凸轮轴相位器的电动马达的控制单元连接至第二控制单元，该第二控制单元是内燃发动机的发动机控制单元。

2、液压式凸轮轴相位器或机电式凸轮轴相位器主要用作凸轮轴相位器。这些机电式凸轮轴相位器更加复杂和昂贵，但与液压式凸轮轴相位器相比，它们尤其是拥有改进的响应以及即使在内燃发动机处于停止时也可以调节凸轮轴的优点。也参考文献de 10 2012219 297 a1。

3、在例如文献de 102 36 507a1、de 10 2005 022 714 a1、de10 2017104 015a1、de10 2019 118 689 a1和de 102 42 659a1中公开了用于操作凸轮轴相位器的其他方法。de10 2019 113 300 b3公开了具有两种不同网络拓扑的凸轮轴控制单元，两种不同网络拓扑中的一种网络拓扑是can总线，并且另一种总线满足实时要求。

4、为了确保质量力尽可能低，现代内燃发动机通常为每行气门配备有凸轮轴。因此，v型发动机通常安装有两个进气凸轮轴和两个排气凸轮轴。为了确保气门机构尽可能可变，凸轮轴中的每一个凸轮轴的正时可以通过其自己的凸轮轴相位器进行调节。凸轮轴相位器可以彼此独立地调节，并且可以由发动机控制单元经由can总线单独寻址，以便能够表示最大可能的可变性。

5、这种气门机构制造和组装起来复杂，因此期望使用尽可能多的相同部件。然而，凸轮轴相位器仍然需要可以单独调节。为此，凸轮轴相位器必须被设定成使得其仅对针对它们所用的can信号做出反应并设定期望的目标角度。

6、因此，从现有技术已知一种系统架构，其中每个凸轮轴相位器具有包括电子设备和软件的发动机，其中，每个电动马达接管单独凸轮轴的角度确定和控制回路。为了实现单独的目标，不同的配置数据集被存储在电子存储器中。这或者需要在内燃发动机的制造和组装期间使不同的配置可用。两者都会使生产更加昂贵，并且如果为了受益于共用部分原理而使部件在外部其他方面相同或相似，则在组装期间涉及混淆的风险。

7、另一选择是安装相同的结构单元，并在组装之后将单独的配置数据集存储在“线路的端部处”的凸轮轴相位器中。这需要时间并且复杂。此外，无法保证是否会发生混淆。

技术实现思路

1、本发明的目的是与所引用的现有技术相比，在可以最有效地利用资源方面进一步开发一种具有多个凸轮轴相位器的内燃发动机。此外，本发明基于以下目的：规定一种其中可以尽可能自动地执行凸轮轴控制单元的正确分配的方法。

2、第一部分目的通过具有权利要求1的特征的内燃发动机来实现。第二部分目的通过具有根据权利要求6的特征的方法来实现。下面结合装置说明的本发明的配置和优点也类似地适用于操作方法，并且反之亦然。在从属权利要求中描述了本发明的有利的其他发展。

3、内燃发动机优选地设计为往复式活塞发动机并且优选地形成四冲程发动机。内燃发动机具有曲轴，该曲轴经由控制驱动装置驱动多个凸轮轴，借助于该控制驱动装置，气体变化作为气门机构的一部分发生。曲轴的角位置可以使用曲轴传感器来确定。曲轴角度是根据来自曲轴传感器的信号计算的。计算可以通过位于传感器上、中央发动机控制单元中或另一控制单元中的评估电子设备来执行。在本发明的优选实施方式中，发动机控制单元(ecu)使曲轴信号可用于其他发动机子组件。信号只能在其信号强度上被放大并且/或者附加地富含有信息。还可以进行信号处理，使得根据曲轴信号计算出的曲轴角度被分配为新的曲轴信号。在后一种情况下，新的曲轴信号可以以离散值的形式数字发送；优选地，新的曲轴信号被设置为连续模拟信号。

4、内燃发动机具有多个凸轮轴。对于许多内燃发动机而言，为每行气门提供一个凸轮轴以便使移动质量最小化是有意义的。例如，在根据本发明的v型发动机中，设置有两个进气凸轮轴和两个排气凸轮轴。

5、至少一些凸轮轴且优选地所有凸轮轴可以通过物理连接至凸轮轴的凸轮轴相位器来调节其相对于曲轴的相位位置。本发明还包括一种内燃发动机，其中仅凸轮轴中的一些凸轮轴配备有凸轮轴相位器，或者其中一个或更多个凸轮轴相位器不具有权利要求1的特性或涉及根据权利要求6的方法。逻辑分配可以被硬编码以用于这些凸轮轴相位器，或者这些凸轮轴相位器的逻辑分配可以手动实现。

6、凸轮轴相位器由凸轮轴控制单元控制或调节。这些通常由控制器形成，该控制器例如布置在电动凸轮轴相位器的电动马达的一部分中。在优选实施方式中，每个凸轮轴相位器具有其自己的凸轮轴控制单元。使用凸轮轴控制单元，凸轮轴相位器可以被调节至由发动机控制单元预先确定的目标值。局部具有凸轮轴控制单元的优点是发动机控制单元减轻了计算负载和热负载。此外，利用短的信号传送路径，提高控制质量并改善电磁兼容性。

7、至少两个凸轮轴控制单元、优选地全部凸轮轴控制单元彼此连接成线。连接成线意味着线性网络拓扑。这意味着凸轮轴控制单元在逻辑上形成链，该链中除了外部链节之外的所有链节各自具有前驱和后继。最初的外部链节之一可以连接至发动机控制单元，该外部链节之一然后形成链的起点。另一外部链节优选地在一端处保持未连接。

8、第一网络拓扑优选地是物理规定的。出于该目的，凸轮轴控制单元例如通过线缆彼此连接。曲轴信号经由该第一网络拓扑来传送，其中，在凸轮轴控制单元的第一状态下，曲轴信号的转发被阻止。在第二状态下，曲轴信号被转发。曲轴信号可以未经处理地或放大地转发。曲轴信号可以利用附加信息进行处理或丰富，例如通过调制进行处理或丰富。在第二状态下优选地由凸轮轴控制单元复制曲轴信号。一旦凸轮轴控制单元转发曲轴信号，凸轮轴控制单元就会并行地发出附加信号。

9、根据本发明，预定义的线性网络拓扑使得实现凸轮轴控制单元到凸轮轴相位器的延迟的逻辑分配。这意味着包括凸轮轴控制单元的凸轮轴相位器可以被设置为相同部件。因为在安装期间不存在混淆凸轮轴相位器或凸轮轴控制单元的风险，所以组装也被简化。凸轮轴相位器可以与凸轮轴控制单元物理地安装在一起。然而，在组装期间，凸轮轴控制单元不知道自身在逻辑上属于哪个凸轮轴，并且因此不知道自身应该响应于由发动机控制单元发送的哪个凸轮轴控制信号。

10、逻辑分配仅在教导处理中的组装之后发生。在教导处理的开始，所有凸轮轴控制单元都处于第一状态下，使得不允许任何凸轮轴控制单元传递曲轴信号。

11、接收曲轴信号的每个凸轮轴控制单元确定同时到达或在预定时间窗内到达的附加信号。如果凸轮轴控制单元在预定时间间隔内仅接收到曲轴信号，而没有附加信号，则凸轮轴控制单元在线性网络拓扑中向自身分配逻辑编号1，并且此后将处理来自发动机控制单元的旨在用于第一凸轮轴的凸轮轴控制信号。在对第一凸轮轴进行逻辑分配之后，凸轮轴控制单元改变至第二状态。在该状态下，凸轮轴控制单元转发曲轴信号并且并行地发送附加信号。这可以是关于凸轮轴控制单元成功分配的信息；通常这将包括其编号。

12、附加信号还可以在第一网络拓扑上传送。附加信号优选地在第二网络拓扑，例如在can总线上传送。第二网络拓扑具有较少的带宽限制并且不限于线性拓扑。因此，有利的是，第二网络拓扑和第一网络拓扑在物理上是分离的并且被不同地设计。

13、第一网络拓扑中在物理上的下一凸轮轴控制单元接收曲轴信号、以及同时来自第一凸轮轴控制单元的附加信号的信息，但是没有另外的附加信号。这使得凸轮轴控制单元能够意识到自己是链中的第二节，并且在逻辑上向自己分配编号2。像之前的第一凸轮轴控制单元一样，凸轮轴控制单元从第一状态改变成第二状态，并且现在将曲轴信号连同凸轮轴控制单元自身的附加信息一起转发。所有后续的凸轮轴控制单元都根据相同原理进行操作，并且可以根据发送的附加信息的数目或根据发送的最高数目确定他们自己在链中的位置。根据本发明的该逻辑分配的优点在于：所有凸轮轴控制单元可以使用相同的软件或电路逻辑，并且他们在链中的位置可以根据硬件编码的网络拓扑来确定。因此，凸轮轴控制单元的硬件和软件可以是相同的。

14、由于存在的凸轮轴控制单元的总数目是已知的，因此发动机控制单元一旦从最后的凸轮轴控制单元接收到附加信号就可以结束教导处理。为了提高稳健性，代替关闭复制，还可以生成其中将发动机编号传送至下一发动机的pwm信号或脉冲信号。这也可以作为备用解决方案提供，例如在can接收中断的情况下提供。

15、优选地在组装之后或者在凸轮轴控制单元之一被替换之后发起一次教导处理。出于该目的，每个凸轮轴控制单元可以设置有永久数据存储器，例如eeprom，在该永久数据存储器中存储有关于逻辑分配的信息，使得教导处理仅需要执行一次。当内燃发动机第一次启动或重新启动时，关于逻辑分配的信息则立即可用。可替选地，如果发动机控制单元在预定时间窗内没有从凸轮轴控制单元之一接收到关于其逻辑分配的任何信息，则在内燃发动机启动之前自动地发生教导处理。在另一实施方式中，教导发生在内燃发动机的每次启动之前。

16、因为教导仅需要集中发起一次，所以以这种方式描述的教导优于手动分配。此外，在安装之后不要求对凸轮轴控制单元的物理访问。另外，不正确的分配，例如双重分配是不可能的。因为凸轮轴控制单元无论如何都设置有插头连接器，所以组装中几乎不涉及另外的工作，因此另外的工作被保持在最低限度。

17、在一些内燃发动机中，不同类型的凸轮轴相位器安装在进气侧和排气侧。出于成本原因，通常仅进气凸轮轴设置有电气凸轮轴相位器，而排气凸轮轴设置有液压式凸轮轴相位器。凸轮轴控制单元也有所不同。例如，在这些混合变型中，设置的是，仅凸轮轴控制单元中的一些参与所描述的教导。在凸轮轴控制单元中的另一部分中，可以以另一方式确定他们的逻辑位置。可替选地，不同类型的凸轮轴相位器可以形成两个链。然后将根据本发明的教导处理应用于每个链。

18、在本发明的一个实施方式中，设置的是，仅在逻辑上分配了对应凸轮轴控制单元之后才调节凸轮轴位置。这避免了其中内燃发动机不启动或者其中由于不同的凸轮几何结构而发生损坏的情况。可替选地，控制或调节发生在允许内燃发动机的紧急操作的区域中。

19、总之，因为凸轮轴控制单元自身了解他们安装在哪个凸轮轴上并且在逻辑上被分配给哪个凸轮轴，所以本发明实现了其中可以安装包括凸轮轴控制单元的相同凸轮轴相位器的共用部分策略。