用于运行活塞式机器的方法和活塞式机器

技术领域

本发明涉及用于运行活塞式机器、尤其内燃机的方法，优选地涉及用于运行具有电动机器、尤其发电机或马达的、优选地作为混合驱动器的活塞式机器的方法。活塞式机器具有一定数量的汽缸，以及借助主支承件进行支承的具有一定数量的曲拐和轴颈的曲柄轴，所述曲柄轴将在来自所述数量的汽缸的汽缸中的一个中的活塞的运动通过安置在曲柄轴的曲拐处的连杆在曲柄轴的转矩加载的情况下转换成转动运动，在被转矩加载的曲柄轴的扭转决定的变形的情况下。活塞式机器进一步具有配属于曲柄轴的带有至少一个第一和第二转动角度传感器的转矩传感机构。本发明进一步涉及相应的活塞式机器。

背景技术

在内燃机中，转矩经常能够从汽缸填充的理论值中计算出来，所述理论值又从燃料喷射器的喷入量的理论的、存储在马达控制仪器(ECU)中的值中算出。然而结构类型决定地，燃料喷射器一方面具有一定的泄露并且另一方面由于其老化展示出偏差(Drift)。基于算出的转矩的马达调节由此基于作为输入参量的理论转矩进行。所述理论转矩能够与实际转矩相偏差，由此马达调节如有可能是不精确的(unsauber)。

当内燃机的马达调节基于计算地测定的转矩进行时，马达调节的改善也就是说与转矩的计算的测定的方法密切相关。

但是在电动机器中例如转矩能够直接地从电功率数据中计算出来。另一方面所述电功率数据不适用于状态监视或预测性的维护或提前损伤识别，因为不能够足够准确地测定合适的输入参量；如例如对于风或水力的初级能量的输入参量。

在内燃机中，转矩的测量技术的测定还变得较困难，从而在现有技术中存在有最不同的用于曲柄轴的转矩的测定的方式。因此，就提出转矩测定的不同的实现方式，其首先用于确定曲柄轴的有效转矩并且其尤其采用膨胀测量条(DMS)传感器。

此外，但是特别的兴趣在于测量技术地确定相应于特定的汽缸的作为对于总转矩的贡献的转矩，因为所述转矩从汽缸到汽缸能够是不同的。

此外，但是由于在一汽缸处不同于相邻的汽缸的故障不仅能够在对于有效转矩的汽缸特定的转矩贡献方面产生巨大的差别，而且能够在曲柄轴中存在巨大的作为转矩负载的内部的转矩或旋扭。

WO 2007/01255 A1描述了一种用于运行内燃机的方法，其中，借助于建模(也就是说，仅仅纯理论性地)算出汽缸特定的转矩。在此，在沿着曲柄轴的第一和第二端部处计算转动特征参量。在此，转动特征参量理解为在轴的区段处的角度位置、角速度或转矩值。第一位置优选地是轴的第一端部。从角加速度、旋转的质量的惯性力矩、震荡的质量的转矩和摩擦转矩中在采用储存在控制仪器中的特征线域的情况下确定有效的转矩，所述特征线域已经事先借助于在不同的转速和负荷下的负载试验制成，所述有效的转矩在轴的从动侧处起作用。借助于有效的转矩，气体压力转矩走向被模型化并且从气体压力转矩走向中确定汽缸特定的转动特征参量。

此外，在WO 2007/01255 A1中描述的基于模型的(也就是说，仅仅纯理论性的)用于测定汽缸特定的转矩的行为方式具有如下缺点，即在考虑第一转动特征参量和第二转动特征参量的情况下确定对于整个内燃机起表征作用的第三转动特征参量，并且汽缸特定的转动特征参量从代表内燃机的模型中进行确定。模型的输入参量基于第一转动特征参量、第二转动特征参量和第三转动特征参量。由此，马达调节此外关于模型化的转矩输入参量进行并且不允许关于汽缸特定的转矩、尤其关于单个汽缸的状态、例如在汽缸处的故障的较可靠的说法。为了将所测定的转矩用作用于马达调节的输入参量，例如用于调节燃料喷射，需要基于实际测量的参量的显著较准确的方法。

在文章“用于在高动态的驱动器中的角度和转速测量的无质量惯性的测量系统”(出自Rolf Sattler博士，Sensitec股份有限公司，发表在布局(Konstruktion)第2-2016页，施普林格(Springer)出版社)中，所描述的方法首先也是仅仅关于高动态的转动的结构部件的角度位置和转动速度。然而(原则上引人注意地)描述的是，马达轴本身被用作用于转子位置发出器的量具

WO 99/54697描述了一种用于探测作用于能够转动的轴的转矩的装置，其中，借助于唯一的传感器扫描两个与轴连接的部件，所述部件具有能够选择的结构并且在由转矩导致的在轴中的扭转的影响下相对于彼此进行运动。从由传感器供应的输出信号中形成矩形信号或数字信号，其脉冲长度相对于总脉冲长度的比例与在无负载的轴的情况下的占空因数(Duty-Cycle)进行比较。相对于无负载的轴的占空因数改变与转矩成比例并且被评估以测定转矩。

EP 2 673 594 B1描述了一种用于探测轴的扭转角度和/或在所述轴处出现的转矩的方法和用于执行所述方法的装置。所描述的方法在此使用两个感应的传感器，借助所述传感器相应地通过与参考样本进行比较来测定转动角度。从这两个转动角度的差中又确定轴的扭转角度。

虽然所提及的方法和装置暗示了取消在飞轮处的标准的转速测定，因为能够计算地测定曲柄轴的转速。尽管如此，值得期待的是提供一种方法，所述方法首先允许确定在曲柄轴中的转矩负载或旋扭并且尤其能够用于监控或损伤提前识别以及此外基于可靠的确定的有效转矩改善马达调节。优选地提供如下方法，所述方法此外简化了传感机构并且虽然如此仍是可靠的。

发明内容

就此而言开始本发明，其任务是，说明一种方法和装置，借助于所述方法和装置能够基于可靠的确定的转矩以改善了的方式运行活塞式机器。这尤其涉及在曲柄轴中的转矩负载或“旋扭”。有利地，由于曲柄轴的可靠地确定的转矩负载、尤其内部的转矩，损伤提前识别应该是可行的。活塞式机器还应该能够基于较可靠地确定的转矩、尤其协同地还基于曲柄轴的有效转矩、尤其外部的转矩以改善了的方式运行。有利地，应该改善马达调节。优选地，尤其应该实现在活塞式机器的运行中的持续的状态监视。

关于所述方法，所述任务通过根据权利要求1所述的方法来解决。

本发明涉及一种用于运行活塞式机器、尤其内燃机的方法，优选地涉及用于运行具有电动机器、尤其发电机和/或马达的、优选地作为混合驱动器的活塞式机器的方法，其中，活塞式机器

-具有一定数量的汽缸，以及

-具有借助支承销支承在主支承件中的曲柄轴，所述曲柄轴进一步在支承销之间具有一定数量的以交替的顺序的曲拐和轴颈，其中，

-曲柄轴将在所述数量的汽缸中的汽缸中的至少一个活塞的运动在承受负荷的情况下通过安置在曲柄轴的曲拐中的一个处的至少一个连杆转换成转动运动，并且

-曲柄轴由于承受负荷经历促使扭转的变形/或张紧，并且

-活塞式机器进一步具有配属于曲柄轴的带有至少一个第一和第二转动角度传感器的转矩传感机构。

促使扭转的变形和/或张紧能够尤其动态地和/或振动地对曲柄轴进行负荷加载，从而使所述曲柄轴扭转(tordier t)。此外，曲柄轴能够弯曲地、膨胀地或压缩地或类似地变形和/或张紧，这同样能够在结果上促使扭转。

根据本发明设置成，在所述方法中，

-第一和第二转动角度传感器是磁敏感的、尤其磁阻的和/或磁致弹性的传感器并且是一定数量的与彼此间隔开的转动角度传感器的部分并且直接地如下地测量曲柄轴的扭转的第一和第二转动角度，即

-第一和第二转动角度传感器通过曲柄轴的间隔区域与彼此间隔开，

其中，第一和第二转动角度在间隔区域中进行测量，并且

-测定在第一与第二转动角度之间的角度偏移，所述角度偏移由被负荷加载的曲柄轴的扭转引起，并且

-在第一与第二转动角度传感器之间的间隔区域沿着曲柄轴被限制于在支承销之间的间距的真正的子区域，并且

-所述子区域包括所述数量的曲拐和/或轴颈的真正的子组，从而角度偏移能够配属于所述数量的曲拐和轴颈的真正的子组。

本发明此外提及根据权利要求23的相应的活塞式机器。

本发明从如下想法出发，即曲柄轴在活塞式机器的运行中由于其弹性由于变形和/或张紧经受扭转。所述扭转能够最好(并且然后特别可靠地还在大的动态范围上)通过传感器进行探测。从通过传感器测定的角度偏移中能够首先(那么优选地计算地)测定表征扭转(或旋扭)的内部的转矩，尤其从中又测定曲柄轴的有效转矩。在此，能够期待的是，内部的转矩沿着曲柄轴由于汽缸的时间上偏移的工作循环是不同的。损伤、例如在被转矩加载的曲柄轴的单个汽缸处的损伤也能够导致沿着曲柄轴的不同的转矩。

因此，关于沿着曲柄轴的就此而言的扭转分布的准确的认知是有很大益处的，因为能够基于此确定有效转矩并且因此能够改善活塞式机器的马达调节。在此，有增长的益处的是燃料喷射的汽缸特定的改善和调节。

在现有技术的方法中，虽然转矩经常直接地在曲柄轴处进行测定，然而，所述转矩相应于单个的配属于汽缸的转矩的总和；也就是说，最后仅仅相应于估计的有效转矩。没有对曲柄轴的旋扭或内部的转矩进行探测。然而，在目前的解决方案中还没有设置成，基于实际测量的参量沿着曲柄轴测定多个(就此而言内部的)转矩并且所测定的转矩被用于在活塞式机器的运行中的持续的状态监视或其被用于改善调节任务或用于损伤提前识别。

将配属于汽缸的转矩供改善了的马达调节使用的尝试至今被仅仅限制于配属于汽缸的转矩的模型化上。模型化在此基于小的、通过转动角度测量测定的转矩。由此，至今没有已知一种用于基于配属于汽缸的从实际测量的参量中测定的转矩的马达调节的方法。此外，至今没有设置有基于持续地测定的并且配属于汽缸的转矩对活塞式机器的持续的监视。然而，状态监视是有大益处的，因为由此尤其能够改善调节任务、如例如喷入量的调节。

本发明基于如下认知，即通过转矩的通过汽缸特定的传感器的改善了的测定来实现马达调节的改善。由此，应该测定配属于汽缸的转矩，从而马达调节关于实际的转矩并且没有如在目前的解决方案中那样关于理论的或基于模型的转矩进行。

第一和第二转动角度传感器通过曲柄轴的间隔区域与彼此间隔开并且配属于曲柄轴的所述间隔区域。沿着曲柄轴的间隔区域被限制于在主支承件之间的间距的子区域。间隔区域相应地具有比曲柄轴的总长度较短的长度。相应于此地，被限制于在主支承件之间的间距的子区域的间隔区域包括所述数量的曲拐和轴颈的子组。也就是说，相应的子组包括比曲柄轴的总长度较小的数量的曲拐和轴颈，所述曲柄轴的总长度在主支承件之间延伸。由此，配属于间隔区域的第一和第二转动角度传感器配属于比整个曲柄轴的曲拐和轴颈的数量较小的数量的曲拐和轴颈。

在此优选地，应该通过多个用于每个汽缸的传感器持续地在活塞式机器的运行中测定配属于汽缸的转矩，从而基于所测量的输入参量进行活塞式机器的马达调节。相比于现有技术，马达调节由此不再关于理论地测定的转矩进行，而是基于实际的、通过传感器测定的配属于汽缸的转矩。

根据本发明，在此至少两个传感器配属于至少一个汽缸，其中，在这两个传感器之间存在有被转矩加载的曲柄轴的至少一个曲拐。曲拐应该理解为曲柄轴的一部分，在所述部分处存在有连杆支承部；换言之，也就是说，曲柄轴的曲拐是曲柄轴的处于两个轴颈之间的部分。在此，曲拐包括两个曲柄臂和一个曲柄销。优选地，至少两个传感器配属于至少一个汽缸，其中，在这两个传感器之间优选地存在有被转矩加载的曲柄轴的曲拐；也就是说，传感器相应地布置在曲拐的这两个相邻的轴颈处或布置在其上方。

第一和第二转动角度传感器根据本发明的构思是磁敏感的、尤其磁阻的和/或磁致弹性的传感器，所述传感器通过由于被转矩加载的曲柄轴的张紧和/或扭转的磁场的改变实现第一和第二转动角度传感器的角度偏移的精确的探测。也就是说，磁敏感的传感器通常应该理解为对磁场改变敏感的或对磁场改变做出反应的传感器。在此，已经被证明为特别有利的首先是磁阻的传感器。尽管如此还适用的是磁致弹性的传感器，其基于磁致弹性效应、也就是说尤其磁致伸缩效应或逆磁致伸缩效应对磁场改变敏感。

经测定的角度偏移能够配属于所述数量的曲拐和轴颈的子组。在此，所述数量的曲拐和轴颈的子组包括处于第一与第二转动角度传感器之间的间隔区域中的一定数量的曲拐和轴颈。也就是说，所测定的角度偏移能够配属于在主支承件之间的间距的子区域，所述子区域通过在第一与第二转动角度传感器之间的间隔区域界定。

通过所提出的每个曲拐相应两个磁敏感的、尤其磁阻的和/或磁致弹性的转动角度传感器的布置方案，能够测定在活塞式机器的运行中曲柄轴的扭转决定的负载的配属于汽缸的分布。在此，特别有益处的是，能够使用关于汽缸特定的转矩的认知以在活塞式机器的持续的运行中改善马达调节。在此，特别的益处在于燃油喷射的优化。根据本发明的方法还适用于在活塞式机器的持续的运行中对活塞式机器进行状态监视。

本发明具有如下优点，即特别在高转速的情况下给出扭转决定的弹性变形，所述变形能够最好地(并且还然后特别可靠地在大的动态范围上)通过传感器探测。

此外，本发明基于如下认知，即基于配属于汽缸的传感器测定的转矩能够用于活塞式机器的马达调节的调节任务。有利地，这能够用于通过调节喷入量来减少有害物质排放。此外，转矩的重复的测定实现活塞式机器的持续的状态监视，其例如能够用于预测性的维护和损伤提前识别。

本发明的有利的改进方案能够从从属权利要求中得出并且有利的可行性方案详细地说明，在任务设定的范围内以及关于另外的优点实现上面所阐释的构思。

在优选的改进方案中，借助于偏移计算器测定配属于间隔区域的、由所测量的第一和第二转动角度引起的转矩，其中，尤其重复地在活塞式机器的持续的运行中测定配属于间隔区域的转矩。传感器相应地测量转动角度，从其中然后借助于偏移计算器计算地测定角度偏移。然后，从所述角度偏移中通过偏移计算器计算地测定转矩，所述转矩配属于曲柄轴部分，也就是说，配属于在这两个传感器之间的间隔区域。

因此，取决于马达的结构类型，能够借助于偏移计算器探测配属于特定的汽缸的转矩:在直列式马达中，对于每个曲拐正好一个汽缸起作用，与此相对，在V型马达中对于每个曲拐两个汽缸起作用。在后者的情况下，时间上的偏移允许从偏移计算器中测定的角度偏移的汽缸特殊的(zylinderspezifische)配属。在马达的另外的结构类型中，如例如在双V型马达或W形马达中，也能够相应地借助于偏移计算器探测配属于特定的汽缸的转矩。

还能够考虑的是测定如下角度偏移，所述角度偏移配属于多于一个汽缸。这是可行的，方式为，算出在已经由转动角度传感器测量的转动角度之间的角度偏移，在所述转动角度传感器之间存在有多个曲拐。

在优选的改进方案中设置成，为了重复地测定配属于曲柄轴的间隔区域的转矩，在汽缸的每个工作循环中至少一次持续地探测曲柄轴的扭转决定的负载。

通过重复地测定配属于汽缸的数量的转矩，可行的是，沿着被转矩加载的曲柄轴的暂时的(zeitlich

在改进方案中，间隔区域如下地被限制于包括在第一与第二曲拐之间的至少一个轴颈的轴颈区域和/或包括至少一个曲拐的曲拐区域，使得角度偏移能够配属于至少一个轴颈和/或至少一个曲拐。所述间隔区域尤其处于两个相邻的曲拐之间，从而在第一转动角度传感器与第二转动角度传感器之间存在有曲柄轴的自由的长度、尤其曲柄轴的轴颈的自由的部分。

在改进方案中，间隔区域被如下地限制于包括有在第一与第二曲拐之间的唯一的轴颈的轴颈单个区域和/或包括有唯一的曲拐的曲拐单个区域，使得角度偏移能够配属于唯一的轴颈和/或唯一的曲拐。尤其在所述间隔区域中存在有曲柄轴的唯一的曲拐，从而第一转动角度传感器沿着曲柄轴布置在相应的曲拐之前并且第二转动角度传感器沿着曲柄轴布置在相应的曲拐之后。

改进方案设置有一定数量的转动角度传感器，所述转动角度传感器包括通过曲柄轴的间隔区域间隔开的第一和第二转动角度传感器，其中，所述数量的转动角度传感器是磁敏感的、尤其磁阻的和/或磁致弹性的传感器。

在改进方案中，所述数量的与彼此间隔开的转动角度传感器包括在主支承件之间的第一和第二转动角度传感器的多个对，其相应地通过曲柄轴的单个区域、尤其轴颈单个区域和/或曲拐单个区域与彼此间隔开。尤其所述数量的与彼此间隔开的转动角度传感器中的另外的传感器配属于曲柄轴的相应的另外的间隔区域，尤其所述数量的与彼此间隔开的转动角度传感器中的相应两个传感器配属于曲柄轴的相应一个另外的间隔区域。

在优选的改进方案中设置成，通过重复地测定配属于间隔区域的转矩借助于马达控制仪器(ECU)实现燃料喷射的持续的调节和/或监视，尤其实现到汽缸中的燃料喷射的调节和/或监视，所述汽缸借助于连杆安置到曲拐处，所述曲拐在间隔区域中被包围或所述曲拐毗邻间隔区域，尤其以用于减少活塞式机器的有害物质排放和/或用于持久地遵守排放极限值。

除了另外的调节任务之外，尤其在大的动态范围上的喷入量的调节是有大益处的，因为由此能够减少有害物质排放并且持久地遵守排放极限值。有利地，由此实现持久地遵守环境标准。

有利地，所述方法实现对燃烧的实时监视，这尤其关于在气体马达中爆燃的出现是有优点的。

在优选的改进方案中设置成，配属于间隔区域的转矩还在2000转/分钟之上、尤其在6000转/分钟之上的转速的情况下通过在活塞式机器的持续的运行中的重复的转矩测量由所述数量的转动角度传感器中的第一和第二转动角度传感器探测。

在高转速的情况下和尤其在大的测量范围上的实时功率的探测借助目前的解决方案经常是不可行的。尤其根据本发明的借助每个曲拐相应两个GMR传感器的方法在此被证明是特别有利的。

在优选的改进方案中设置成，多于一个曲拐相应配属有所述转动角度传感器中的两个，尤其每个曲拐相应配属有所述转动角度传感器中的两个。通过曲柄轴的多个曲拐相应配属有两个转动角度传感器，对于曲拐中的每个能够沿着曲柄轴测定配属于汽缸的转矩并且由此确定沿着曲柄轴的扭转分布。有利地，由此能够将到单个汽缸中燃料喷射进行特定地调节和匹配。

在另外的改进方案中设置成，所述曲柄轴没有被编码。

通过曲柄轴的本身的表面结构，在每一个部位处产生起表征作用的磁场，所述磁场能够由高度敏感的传感器、如例如GMR传感器探测。同时已经能够检测磁场分布的最小的改变，所述改变例如由曲柄轴的弹性变形产生。由此，曲柄轴的编码不是必要的。但是曲柄轴的编码能够用于强化在被转矩加载的曲柄轴的负载下的磁场的改变。

在另外的优选的改进方案中设置成，转动角度传感器中的多于两个配属于相应一个曲拐。

相应两个配属于曲拐的转动角度传感器的如下的布置方案，即在这两个传感器之间存在有被转矩加载的曲柄轴的曲拐，实现可靠的并且高度精确的角度测量。扭转决定的弹性变形在此通过这两个传感器相对于彼此的角度偏移探测。从所述角度偏移中能够暂时地算出在特定的汽缸处产生的转矩。由于角度测量的高精确性，转矩能够有利地在很大的动态范围上进行探测。

每个曲拐的传感器数量能够随意地提高。为了测量配属于汽缸的角度偏移，然而每个曲拐有至少两个转动角度传感器是必要的。对于如下情况，即仅仅一个转动角度传感器配属于曲拐，能够测定关于另外的转动角度传感器的角度偏移。然后所述角度偏移相应于关于多个曲拐取平均值。

在另外的改进方案中设置成，至少配属于间隔区域的转动角度传感器(S1、S2)没有处于与曲柄轴的接触中，由此实现配属于间隔区域的转动角度的无接触的测定。

所述方法能够特别有利地借助于磁敏感的转动角度传感器、即完全特别有利地磁阻的转动角度传感器、如例如GMR传感器来实现并且相对于如下实施方案提供大的优点，在所述实施方案中传感器处于与曲柄轴的接触中。通过将曲柄轴用作用于测量系统的量具，曲柄轴通过传感器进行扫描。由此，取消由于如下测量系统附加的质量惯性力矩，所述测量系统直接安置在曲柄轴处并且必须始终与曲柄轴一起加速或制动。由此降低能量需求并且由此节省燃料。有利地，测量系统在高转速的情况下也比已知的解决方案较可靠地运转。总体上，功率电子设备能够较小地定尺寸并且通过省略附加的结构元件、尤其直接地在曲柄轴处的结构元件，整个系统变得较鲁棒。

传感器、尤其GMR传感器能够固定在支撑磁体处，所述支撑磁体将GMR传感器以一间距保持在曲柄轴上方。但是GMR传感器还能够直接固定在马达壳体中或固定在其它的马达构件处。

在另外的改进方案中设置成，至少配属于间隔区域的转动角度传感器在与曲柄轴的接触中直接地布置在所述曲柄轴上。

对于确定的任务或根据传感机构的能够使用性或取决于能够使用的空间，能够是有利的是，转动角度传感器直接安置在曲柄轴处。借助所述变型方案还可行的是转动角度和转矩的配属于汽缸的测定。

在特别优选的改进方案中设置成，磁阻的传感器尤其是AMR传感器和/或霍尔传感器和/或GMR传感器。

GMR传感器与备选的传感器相比突出之处在于特别的优点。基于GMR传感器的测量系统即使在很高的转速的情况下也实现高度精确的转动角度测定。所述特性具有极大的意义，因为所追求的较高的功率密度尤其在电动机器中与较高的运行转速相关。

在改进方案中，转矩传感机构具有磁致弹性的传感器、尤其磁致伸缩的和/或逆磁致伸缩的传感器，其例如利用磁致伸缩或逆磁致伸缩，也就是说由于机械的张力以及扭转的磁化的改变。

在另外的改进方案中设置成，转矩传感机构具有另外的来自如下组的传感器，所述组包括:转矩法兰、膨胀测量条(DMS)、场板传感器(Feldplattensensor)和具有磁光层的传感器。

DMS经常被用于测定转矩。然而所述DMS不是长时间稳定的

磁致伸缩的转矩传感器由于测量原理通常仅仅适用于高转矩，通常不能够对空转和直至大约最大转矩的60％的部分负荷转矩进行探测。能够加建的转矩法兰能够仅仅测定在相应的从动件处的转矩并且由此不适用于马达调节。

然而，之前提及的传感器与磁敏感的、尤其磁阻的和/或磁致弹性的传感器的组合是良好地可行的。然而，完全特别有利的是，转矩的配属于汽缸的测定通过磁敏感的传感器来实施。然而，在曲柄轴的起始处和/或在终点处能够例如安置有DMS或转矩法兰。

在另外的改进方案中设置成，基于角度偏移(还称作旋扭角度)测定曲柄轴的转矩，所述角度偏移通过由第一转动角度传感器测量的第一转动角度与由第二转动角度传感器测量的第二转动角度的差的形成算出，取决于第一和第二转动角度传感器、尤其单个转动角度传感器的位置。优选地，转矩的第一部分基于单个汽缸的点燃能力配属于曲柄轴的内部的转矩，和/或转矩的第二部分配属于有效转矩，其中，转矩的第一和/或第二部分在过滤之后或类似的后置的信号处理之后获得。

取决于单个转动角度传感器的位置，内部的转矩能够基于单个汽缸的点燃能力和/或有效转矩能够通过转动角度(旋扭角度)的合适的差形成借助于后置的信号处理过滤出来。

通过对内部的转矩和有效转矩的持续的认知，马达调节能够尤其关于活塞式机器的加速或制动在活塞式机器的持续的运行中得到改善。

在另外的改进方案中设置成，借助于转矩传感机构执行在活塞式机器处的转动振动测量。

转动振动测量在所有装备有根据本发明的转矩传感机构的活塞式机器处是可行的，而不必运用附加的测量技术。这尤其在台架试验中或在现场测量时在设备故障的情况中是相关的，这通常与高的个别情况成本相关。

在特别优选的改进方案中设置成，借助于重复地测定的配属于汽缸的转矩来监视活塞式机器的状态，尤其如下地进行监视，使得能够执行预测性的维护和/或损伤提前识别。

由此，活塞式机器的符合需求的维护、例如关于机器磨损的维护是可行的。在活塞式机器故障时的缺陷查找也能够得到改善并且能够有针对性地更换结构部件。尤其功率数据的持续的探测实现损伤提前识别，从而能够迅速地对结构部件或构件的即将发生的失灵做出反应。

在另外的特别优选的改进方案中设置成，功率数据被传输到接口处以用于持续的监视。

在此，接口能够是用户接口并且处于活塞式机器中，从而通过用户进行功率数据的内部的监视是可行的。但是用户接口还能够处于活塞式机器之外，从而能够执行对一个或多个活塞式机器的功率数据的外部的监视。还能够考虑的是对功率数据的软件控制的监视。

此外，本发明涉及一种活塞式机器、尤其内燃机、优选地具有电动机器、尤其发电机或马达的、优选地作为混合驱动器的活塞式机器。活塞式机器具有一定数量的汽缸以及借助主支承件进行支承的具有一定数量的曲拐和轴颈的曲柄轴，所述曲柄轴将来自所述数量的汽缸的汽缸中的一个中的活塞的运动通过安置在曲柄轴的曲拐处的连杆在曲柄轴的转矩加载的情况下转换成转动运动，在被转矩加载的曲柄轴的扭转决定的变形的情况下，并且具有配属于曲柄轴的具有至少一个第一和第二转动角度传感器的转矩传感机构。第一和第二转动角度传感器是一定数量的与彼此间隔开的转动角度传感器的部分并且测量在曲柄轴处的第一和第二转动角度。第一和第二转动角度传感器通过曲柄轴的间隔区域与彼此间隔开，其中，第一和第二转动角度配属于曲柄轴的间隔区域。借助于偏移计算器测定在第一与第二转动角度之间的角度偏移，所述角度偏移由被转矩加载的曲柄轴的扭转决定的变形引起。活塞式机器的突出之处在于，沿着曲柄轴的间隔区域被限制于在主支承件之间的间距的子区域，并且所述子区域包括所述数量的曲拐和轴颈的子组。此外，活塞式机器的突出之处在于，第一和第二转动角度传感器是如下地磁敏感的、尤其磁阻的和/或磁致弹性的传感器，使得角度偏移能够配属于所述数量的曲拐和轴颈的子组。

附图说明

现在，本发明的实施例随后根据附图关于具有曲柄轴的活塞式机器进行描述。所述附图应该不是必须按比例呈现实施例，更确切地说，能够用于阐释的附图以示意化的和/或稍微变形的方式来实施。关于对能够从附图中直接识别的教导的补充，参考相关的现有技术。在此，能够考虑的是，关于实施方式的形式和细节能够实行各式各样的修改和改变，而没有偏离本发明的总的思想。在说明书中、在附图中以及在权利要求书中所公开的本发明的特征不仅能够单个地而且能够以任意的组合的方式对于本发明的改进方案是重要的。此外，由在说明书、附图和/或权利要求书中公开的特征中的至少两个构成的所有组合都落入到本发明的范围中。本发明的总的思想不限于在下面示出和描述的优选的实施方式的具体的形式或细节或不限于相比于在权利要求书中要求保护的主题会受限制的主题。在所说明的定尺寸范围方面，处于所提及的边界之内的值还应该作为极限值公开并且能够随意地使用并且是能够要求保护的。本发明的另外的优点、特征和细节从优选的实施例的随后的描述中以及根据示意性的附图得出；其中：

图1示出在直列式马达的示例中的曲柄轴的概念确定；

图2示出在V型马达的示例中的曲柄轴的概念确定；

图3示出在直列式马达的示例中的具有配属于汽缸的转动角度传感器的曲柄轴的示意性的图示；

图4示出在V型马达的示例中的具有配属于汽缸的转动角度传感器的曲柄轴的示意性的图示；

图5a、5b示出具有两个转动角度传感器的曲柄轴的示意性的图示，所述转动角度传感器相应地布置在轴颈上a)或在轴颈上方b)；

图6a、6b示出具有两个转动角度传感器的曲柄轴的示意性的图示，曲柄轴的曲拐处于所述两个转动角度传感器之间；

图7a、7b示出具有三个配属于曲拐的转动角度传感器的曲柄轴的示意性的图示；

图8示出具有绘入的用于计算曲柄轴的转矩M

图9示出具有转动角度传感器的所表明的位置的曲柄轴的模型图示；

图10示出方法流程的示意性的图示。

具体实施方式

图1示出直列式马达的曲柄轴10。曲柄轴10在动力侧(Kraftseite)KS处并且在非动力侧(Kraftgegenseite)KGS处借助主支承件(未示出)进行支承。曲柄轴的总长度由此延伸到在主支承件(未示出)之间的间距上。曲柄轴10具有一定数量的曲拐90和轴颈95。曲拐90包括曲柄臂70和曲柄销80。此外，设置有平衡重72，以便使曲柄轴10的质量重心优选地移位到曲柄轴10的转动轴线上。在直列式马达中，在每个曲拐90处借助于连杆相应地安置有汽缸(未示出)。此外，示范性地示出间隔区域AB，其通过第一转动角度传感器S1与第二转动角度传感器S2的间距界定并且配属于所述第一转动角度传感器S1与第二转动角度传感器S2。第一转动角度传感器S1和第二转动角度传感器S2和可能的另外的转动角度传感器根据本发明的构思是磁敏感的、即当前为磁阻的转动角度传感器。原理上还能够是磁致弹性的(magnetoelastische)转动角度传感器。间隔区域AB沿着曲柄轴10延伸并且被限制于在主支承件之间的间距的子区域。所述子区域包括所述数量的曲拐90和轴颈95的子组。

图2示出V型马达的曲柄轴10。曲柄轴10在动力侧KS处并且在非动力侧KGS处借助主支承件(未示出)进行支承。如还关于图1描述的那样，曲柄轴的总长度由此延伸到在主支承件(未示出)之间的间距上。曲柄轴10具有一定数量的曲拐90和轴颈95。曲拐90包括曲柄臂70和曲柄销80。此外设置有平衡重72，以便使曲柄轴10的质量重心优选地移位到曲柄轴10的转动轴线上。在V型马达中，在每个曲拐90处借助于连杆相应地安置有两个汽缸(未示出)。此外，示范性地示出间隔区域AB，其通过第一转动角度传感器S1与第二转动角度传感器S2的间距界定并且配属于所述第一转动角度传感器S1与第二转动角度传感器S2。第一转动角度传感器S1和第二转动角度传感器S2和可能的其它的转动角度传感器在此根据本发明的构思是磁敏感的、即磁阻的转动角度传感器。原理上还能够是磁致弹性的转动角度传感器。间隔区域AB沿着曲柄轴10延伸并且被限制于在主支承件之间的间距的子区域。所述子区域包括所述数量的曲拐90和轴颈95的子组。

在图3中示出具有曲柄轴10的以直列式布置方式的活塞式机器1000的示意性的图示。在此，动力侧以KS进行标记并且KGS相应于马达的非动力侧。在一个马达侧上存在有一定数量的汽缸(1-n)。活塞20在每个单个的汽缸30中运动，所述活塞借助于连杆40将曲柄轴10置于转动运动中。活塞式机器此外具有转矩传感机构50，所述转矩传感机构具有一定数量的配属于汽缸的转动角度传感器S1、S2、…、Sn。在此，尤其两个转动角度传感器配属于相应一个汽缸。所述转动角度传感器测量在运行活塞式机器1000时被转矩加载的曲柄轴10的扭转决定的负载并且将配属于汽缸的转动角度传输到偏移计算器60处，所述偏移计算器从在这两个转动角度之间的角度偏移中算出配属于汽缸的转矩。第一转动角度传感器S1和第二转动角度传感器S2和其它的转动角度传感器在此根据本发明的构思是磁敏感的、即磁阻的转动角度传感器。原理上还能够是磁致弹性的转动角度传感器。马达控制仪器(ECU)基于算出的转矩控制和调节活塞式机器1000。汽缸特定的转动角度到偏移计算器60处的传输通过虚线示出。有利地还设置有汽缸特定的转矩到象征性地示出的马达控制仪器(ECU)处的传输，从而能够进行马达100的基于汽缸特定的转矩的调节。

在图4中示出具有曲柄轴10的以V型布置方式的活塞式机器1000的示意性的图示。在此，动力侧以KS进行标记并且KGS相应于马达的非动力侧。在左边的马达侧上存在有一定数量的汽缸A1-An并且B1-Bn标记在右边的马达侧上的一定数量的汽缸。活塞20在每个单个的汽缸30中运动，所述活塞借助于连杆40将曲柄轴10置于转动运动中。内燃机此外具有转矩传感机构50，其具有一定数量的配属于曲拐的转动角度传感器S1、S2、…、Sn。在此，尤其两个转动角度传感器配属于相应一个曲拐。第一转动角度传感器S1和第二转动角度传感器S2和其它的转动角度传感器在此根据本发明的构思是磁敏感的、即磁阻的转动角度传感器。原理上还能够是磁致弹性的转动角度传感器。因为通过连杆相应地将两个活塞安置在曲拐处，所以配属于曲拐的转动角度传感器相应地配属于两个汽缸。转动角度传感器测量在运行活塞式机器1000时被转矩加载的曲柄轴10的扭转决定的负载并且将配属于相应的曲拐的转动角度传输到偏移计算器60处，所述偏移计算器从在这两个转动角度之间的角度偏移中算出配属于相应的曲拐的转矩。马达控制仪器(ECU)基于算出的转矩控制和调节活塞式机器1000。曲拐特定的转动角度到偏移计算器60处的传输通过虚线示出。相应地设置有曲拐特定的转矩到象征性地示出的马达控制仪器(ECU)处的传输，从而能够进行马达100的基于曲拐特定的转矩的调节。

在图5a和图5b中示出曲柄轴10的示意性的图示。在包括两个曲柄臂70和曲柄销80的曲拐之间相应地存在有曲柄轴10的轴颈95。在图5a中，两个转动角度传感器S1和S2在与曲柄轴10的接触中以间隔区域AB与彼此间隔开地布置到轴颈上，以便从曲柄轴10的扭转决定的变形中测量角度偏移。在图5b中表明的是，还设置有曲柄轴10的无接触的扫描，方式为，转动角度传感器S1、S2以一间距在曲柄轴上方以间隔区域AB与彼此间隔开地进行安置。第一转动角度传感器S1和第二转动角度传感器S2和可能的其它的转动角度传感器在此根据本发明的构思是磁敏感的、即磁阻的转动角度传感器。原理上还能够是磁致弹性的转动角度传感器。

在图6a和图6b中示出曲柄轴10的示意性的图示。在包括两个曲柄臂70和曲柄销的曲拐之前和之后相应地安置有转动角度传感器S1和S2中的一个。在图6a中，转动角度传感器S1和S2在与曲柄轴10的接触中以间隔区域AB与彼此间隔开地进行布置，以便从曲柄轴10的扭转决定的变形中测量角度偏移。在图6b中表明的是，还设置有曲柄轴10的无接触的扫描，方式为，转动角度传感器S1、S2，有间距地在曲柄轴上方以间隔区域AB与彼此间隔开地进行安置。相应的转动角度传感器S1、S2中的一个以一间距在曲柄轴上方在曲拐之前进行布置并且另一个在曲拐之后进行布置。第一转动角度传感器S1和第二转动角度传感器S2和可能的其它的转动角度传感器在此根据本发明的构思是磁敏感的、即磁阻的转动角度传感器。原理上还能够是磁致弹性的转动角度传感器。

在图7a和图7b中示出曲柄轴10的示意性的图示。在图7a中表明的是，多个转动角度传感器S1、S2和S3能够配属于一个曲拐。转动角度传感器S1、S2和S3中的每个测量转动角度。传感器S1和S2的转动角度配属于间隔区域AB1并且传感器S2和S3的转动角度配属于间隔区域AB2。间隔区域AB1和AB2能够配属于相同的曲拐，以便测定曲拐特定的转矩。也就是说，传感器S2的转动角度配属于两个间隔区域。转矩测定能够例如以平均值为基础，所述平均值由间隔区域AB1和AB2的相应的角度偏移形成。在图7b中示出，相同的转动角度布置还能够以到曲柄轴10的间距进行布置，以便无接触地测定曲柄轴10的转动角度。第一转动角度传感器S1和第二转动角度传感器S2和可能的其它的转动角度传感器在此根据本发明的构思是磁敏感的、即磁阻的转动角度传感器。原理上还能够是磁致弹性的转动角度传感器。

在图8中示出具有绘入的用于计算曲柄轴的转矩M

其中，G是轴材料的剪切模数并且转动角度的差形成

在图9中示出曲柄轴10的模型。竖直的箭头指向曲柄轴在曲拐之间的轴颈95，所述曲拐包括所述两个曲柄臂70和曲柄销80。有利地，在所述部位处在与曲柄轴的接触中或以到曲柄轴的间距无接触地，来自一定数量的转动角度传感器S1、S2、…、Sn的相应两个GMR传感器S1和S2能够相应地安置在曲拐之前和之后并且配属于所述曲拐。第一转动角度传感器S1和第二转动角度传感器S2和其它的转动角度传感器在此根据本发明的构思是磁敏感的、即磁阻的转动角度传感器。原理上还能够是磁致弹性的转动角度传感器。

例如转动角度传感器S1和S2配属于一个曲拐，转动角度传感器S3和S4配属于一个曲拐等等。那么所述转动角度传感器能够测定对于配属的间隔区域的角度偏移，然后能够从所述角度偏移中通过偏移计算器算出曲拐特定的转矩。在曲柄轴的起始处和/或在终点处还能够例如附加地安置有备选的传感器，如例如转矩法兰、磁致伸缩的传感器或膨胀测量条。

在图10中示出方法流程的示意性的图示。在运行活塞式机器时曲柄轴的扭转决定的变形首先借助于转动角度传感器通过测量角度偏移来探测，VS1。转动角度传感器在与曲柄轴的接触中或无接触地在曲柄轴上方如下地进行布置并且如下地被间隔开，使得在其之间存在有被转矩加载的曲柄轴的间隔区域。尤其来自转矩传感机构的所述数量的转动角度传感器的至少一个第一和第二转动角度传感器相应地配属于曲柄轴的一个曲拐，以便测量配属于曲拐的角度偏移。由此，实现对沿着曲柄轴的扭转分布的探测。角度偏移然后被传输到偏移计算器处，VS2。配属于曲拐的角度偏移的测量和其到偏移计算器处的传输这一步骤持续重复(VS3)并且在汽缸的每个工作循环中尤其应该进行至少一次。现在，通过偏移计算器从配属于曲拐的角度偏移中算出配属于曲拐的转矩，VS4。

也就是说，基于所测量的角度偏移测定曲柄轴的转矩，所述角度偏移通过由第一转动角度传感器测量的第一转动角度与由第二转动角度传感器测量的第二转动角度的差的形成进行测定。第一转动角度传感器S1和第二转动角度传感器S2和可能的其它的转动角度传感器在此根据本发明的构思是磁敏感的、即磁阻的转动角度传感器。原理上还能够是磁致弹性的转动角度传感器。

取决于第一和第二转动角度传感器、尤其单个转动角度传感器的位置，能够过滤出内部的转矩和/或有效转矩。

尤其在VS4.1中，转矩的第一部分配属于曲柄轴的基于单个汽缸或汽缸对的点燃能力的内部的转矩，和/或在VS4.2中转矩的第二部分配属于有效转矩，其中，转矩的第一和/或第二部分在过滤器F或类似的后置的信号处理之后获得。

转矩和/或内部的转矩和/或有效转矩然后在VS5中作为用于马达调节的输入参量传递到马达控制仪器(ECU)处。

由此，实现功率数据的持续的探测(VS6)并且能够例如被用于活塞式机器的状态的持续的监视，VS7。由此，实现活塞式机器的损伤提前识别以及预测性的维护。此外，功率数据的持续的探测能够被用于调节任务，VS8。这尤其实现了喷入量的改善了的调节，这有利地减少了活塞式机器的有害物质排放并且由此能够持久地遵守排放极限值。

附图标记列表

1000 活塞式机器

10 曲柄轴

20 活塞

30 汽缸

40 连杆

50 转矩传感机构

60 偏移计算器

70 曲柄臂

75 平衡重

80 曲柄销

90 曲拐

95 轴颈

100 马达

AB 间隔区域

ECU 马达控制仪器

A1-An 左边的马达侧的汽缸

B1-Bn 左边的马达侧的汽缸

AS 驱动/从动侧

F 过滤器

KS 动力侧

KGS 非动力侧

VS1 方法步骤1

VS2 方法步骤2

VS3 方法步骤3

VS4 方法步骤4

VS4.1 方法步骤4.1

VS4.2 方法步骤4.2

VS5 方法步骤5

VS6 方法步骤6

VS7 方法步骤7

VS8 方法步骤8

M

L

d

G 材料的剪切模数

I

S1、S2、S3…Sn 磁敏感的、尤其磁阻的和/或磁致弹性的转动角度传感器。