DE19947098A1 - Engine crankshaft position estimation method - Google Patents
Engine crankshaft position estimation methodInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Kur belwellenstellung einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for determining the course of treatment Belwellestellung an internal combustion engine.
Bei der Steuerung von Brennkraftmaschinen wird die Stellung der Kurbelwelle vielfältig verwendet. Üblicherweise erzeugt man deshalb ein Kurbelwellensignal, das die Stellung der Kur belwelle anzeigt. Beispielsweise ist am Kurbelwellenstern ein Zahnrad angebracht, das von einem induktiven Aufnehmer abge tastet wird.In the control of internal combustion engines, the position the crankshaft used in many ways. Usually created you therefore a crankshaft signal that the position of the cure belwelle indicates. For example, on the crankshaft star Gear attached, which abge from an inductive transducer gropes.
Das so erzeugte Kurbelwellensignal muß dann allen Einheiten, die zur Steuerung die Kurbelwellenstellung benötigen, zuge führt werden. So liest eine Schaltung zur Messung des maxima len Ventilhubes bei Otto-Brennkraftmaschinen mit Vorrichtun gen zur variablen Steuerung der Ventile, bei denen der Hub und die Öffnungsdauer der Einlaßventile verändert werden kön nen, das Kurbelwellensignal aus, da, um den maximalen Ventil hub zu messen, zwei Signalzustände eines den Hub des Gaswech selventiles messenden Sensors erfaßt werden müssen: Der Maxi malwert des Hubsignals und der Nullwert. Während der Maximal wert sich durch eine einfache peak-and-hold-Schaltung ermit teln läßt, muß man zum Erfassen des Nullwertes Kenntnis ha ben, wann ein Ventilerhebungsvorgang beendet ist. Dazu ist jedoch die Kenntnis der Stellung der Kurbelwelle unabdingbar, weshalb das Kurbelwellensignal ausgewertet werden muß.The crankshaft signal generated in this way must then all units, who need the crankshaft position for control leads. So reads a circuit for measuring the maxima len valve stroke in Otto engines with devices for variable control of the valves where the stroke and the opening time of the intake valves can be changed NEN, the crankshaft signal from there to the maximum valve stroke to measure two signal states one the stroke of the gas exchange Selventiles measuring sensor must be detected: The Maxi Painting value of the stroke signal and the zero value. During the maximum value through a simple peak-and-hold circuit To be able to determine the zero value, one must have knowledge when a valve lifting process has ended. Is to however, knowledge of the position of the crankshaft is essential, which is why the crankshaft signal must be evaluated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der Kurbelwellenstellung anzugeben, bei dem kein Kurbelwellensignal erforderlich ist.The invention has for its object a method for Determine the crankshaft position to specify, where no Crankshaft signal is required.
Diese Aufgabe ist durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Er findung gelöst. This object is characterized by the Er in claim 1 solution solved.
Erfindungsgemäß wird die Kurbelwellenstellung aus einer nur zeitdiskreten, d. h. nicht ständig aktuellen, Drehzahlinforma tion abgeschätzt bzw. extrapoliert. Diese Drehzahlinformation kann beispielsweise über einen CAN-Bus bereitgestellt werden.According to the crankshaft position is only one discrete-time, d. H. not always current, speed information tion estimated or extrapolated. This speed information can be provided via a CAN bus, for example.
Da diese Drehzahlinformation i.d.R. nur in gewissen Zeitin tervallen zur Verfügung steht, wird vorzugsweise eine Trapez interpolation über die Drehzahlinformation so durchgeführt, daß damit ein Kurbelwellensignal simuliert wird.Since this speed information is usually only in certain times tervallen is available, preferably a trapezoid interpolation via the speed information carried out so that it simulates a crankshaft signal.
Da nur noch eine Drehzahlinformation benötigt wird, kann der Rückgriff auf das Kurbelwellensignal entfallen und beispiels weise die Bestimmung des maximalen Ventilhubes in Rechenein heiten ausgelagert werden, die nur noch über den CAN-Bus an eine zentrale Steuereinheit angeschlossen werden müssen.Since only speed information is required, the Recourse to the crankshaft signal is eliminated and for example the calculation of the maximum valve lift in arithmetic units that are only available via the CAN bus a central control unit must be connected.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are in the Un marked claims.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:The invention is described below with reference to the Drawing explained in more detail in an embodiment. In the drawing shows:
Fig. 1 unterschiedliche Ventilerhebungskurven für ein Gas wechselventil mit verstellbarem maximalem Ventilhub, Fig. 1 different valve lift curves for a gas exchange valve with adjustable maximum valve lift,
Fig. 2 den Ventilhub bei zwei Ventilerhebungen als Funktion des Kurbelwellenwinkels, Fig. 2 shows the valve lift in two valve lift as a function of the crankshaft angle,
Fig. 3 das Meßsignal in einer peak-and-hold-Schaltung und Fig. 3 shows the measurement signal in a peak-and-hold circuit and
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Abschätzung der Kur belwellenstellung aus der Drehzahlinformation. Fig. 4 is a diagram for explaining the estimation of the Kur belwellenstellung from the speed information.
Im folgenden wird das Verfahren zur Ermittlung der Kurbelwel lenstellung am Beispiel der Ventilhubmessung erläutert, es sind natürlich auch andere Anwendungen möglich.The following is the procedure for determining the crankshaft lenposition using the example of the valve lift measurement explained other applications are of course also possible.
Fig. 1 zeigt in einer Kurvenschar unterschiedliche Ventiler hebungskurven für ein Gaswechselventil, dessen maximaler Ven tilhub verstellbar ist, wie es beispielsweise aus der oben erwähnten EP 0 638 706 oder DE 42 44 505 bekannt ist. Der auf der y-Achse aufgetragene Ventilhub V ist in Fig. 1 über dem Kurbelwellenwinkel w aufgetragen. Wie zu sehen ist, durch läuft je nach eingestelltem maximalem Ventilhub das Gaswech selventil eine andere Ventilerhebungskurve. Dabei endet die Ventilerhebung bei kleinen maximalen Ventilhüben früher, d. h. zu früheren Kurbelwellenwinkeln w. Fig. 1 shows in a family of curves different valve lift curves for a gas exchange valve, the maximum Ven tilhub is adjustable, as is known for example from the above-mentioned EP 0 638 706 or DE 42 44 505. The valve lift V plotted on the y axis is plotted in FIG. 1 over the crankshaft angle w. As can be seen, the gas exchange valve runs through a different valve lift curve depending on the set maximum valve lift. The valve lift ends earlier with small maximum valve strokes, ie at earlier crankshaft angles w.
Fig. 2 zeigt den Ventilhub V für zwei aufeinanderfolgende Ventilerhebungen in einer Kurve 1 über dem Kurbelwellenwinkel w aufgetragen. Dieses Ventilhubsignal wird nun in einer peak and-hold-Schaltung zum Meßsignal MS umgesetzt, das in Fig. 3 in Kurve 2 dargestellt ist. Da dabei kein Kurbelwellensignal verfügbar ist, kennt man das Meßsignal MS nur als Funktion der Zeit t. Das Meßsignal MS behält immer den Maximalwert des Ventilhubsignales V, bis die peak-and-hold-Schaltung zurück gesetzt wird. Um nun aus dem Maximalwert des Meßsignals MS den maximalen Ventilhub der zugehörigen Ventilerhebung be stimmen zu können, benötigt man den Nullwert des Ventilhubsig nals V bei geschlossenem Gaswechselventil. Er liegt am Aus gang der peak-and-hold-Schaltung als Meßsignal MS nach dem Zurücksetzen dann an, wenn der Zeitpunkt t0 des Zurücksetzens nach dem Ende der Ventilerhebung liegt. Man benötigt also die Zuordnung zwischen Zeit t und Kurbelwellenwinkel w, was sich schon daraus ergibt, daß Fig. 2 über dem Kurbelwellenwinkel w und Fig. 3 über der Zeit t aufgetragen ist. Fig. 2 shows the valve lift V for two successive valve lifts in a curve 1 plotted against the crankshaft angle w. This valve lift signal is then converted in a peak and hold circuit to the measurement signal MS, which is shown in curve 2 in FIG. 3. Since no crankshaft signal is available, the measurement signal MS is only known as a function of time t. The measurement signal MS always keeps the maximum value of the valve lift signal V until the peak-and-hold circuit is reset. In order to be able to determine the maximum valve lift of the associated valve lift from the maximum value of the measurement signal MS, the zero value of the valve stroke signal V is required when the gas exchange valve is closed. It is at the output of the peak-and-hold circuit as a measurement signal MS after the reset when the time t0 of the reset is after the end of the valve lift. The association between time t and crankshaft angle w is therefore required, which results from the fact that FIG. 2 is plotted against the crankshaft angle w and FIG. 3 is plotted against the time t.
Der Zusammenhang zwischen Kurbelwellenwinkel w und Zeit t kann, wie in Fig. 4 dargestellt ist, durch eine Abschätzung gewonnen werden.The relationship between crankshaft angle w and time t can be obtained by an estimate, as shown in FIG. 4.
Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen Zeit t und Kurbelwel lenwinkel w. Gestrichelt ist der Zusammenhang für verschiede ne konstante Drehzahlen, und zwar 1000, 2000, 3000, 4000, 5000 und 6000 l/min eingetragen. Die durchgezogene Kurve 3 zeigt den Zusammenhang für einen bestimmten Drehzahlverlauf, d. h. für eine nicht konstante Drehzahl. Liest man nun diese Drehzahl in einem vorgegebenen Zeitraster, z. B. zu den Zeit punkten t1, t2, t3 und t4 im Beispiel der Fig. 4, aus, so kann man mittels einer Trapezinterpolation einen Mittelwert des Kurbelwellenwinkels w für jede Zeitspanne zwischen zwei Zeitpunkten ermitteln. Dazu überprüft man an jedem Zeitpunkt des Zeitrasters, ob sich die Drehzahl geändert hat. Am Zeit punkt t2 zeigt sich beispielsweise, daß die Drehzahl gegen über dem letzten Zeitpunkt t1 von 1000 auf knapp 2000 1/min anwuchs. Nun wird der mittlere Kurbelwellenwinkel w, der in der Zeitspanne zwischen t1 und t2 angenommen wurde, entspre chend erhöht. Zum einen wird er um den Betrag erhöht, der sich ergeben hätte, wenn die Brennkraftmaschine weiter mit 1000 l/min gelaufen wäre. Darüber hinaus wird er um einen Fehlerbetrag erhöht, der sich dadurch ergibt, daß die Brenn kraftmaschine mittlerweile mit der doppelten Drehzahl läuft. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Drehzahlerhöhung genau in der Mitte der Zeitspanne zwischen t1 und t2 erfolgte; es sind aber auch andere Annahmen denkbar. Der so erhaltene Kur belwellenwinkel w stellt den mittleren Kurbelwellenwinkel dar, der bis zum nächsten Zeitpunkt t3 im Zeitraster angenom men wird. Durch diese Trapezinterpolation erhält man eine Ab schätzung des Kurbelwellenwinkels, die es erlaubt, das Ende der Ventilerhebung zu bestimmen. Fig. 4 shows the relationship between time t and crankshaft lenwinkel w. The relationship for various constant speeds, namely 1000, 2000, 3000, 4000, 5000 and 6000 l / min, is shown in broken lines. The solid curve 3 shows the relationship for a specific speed curve, ie for a non-constant speed. If you now read this speed in a predetermined time grid, z. For example, at times t1, t2, t3 and t4 in the example in FIG. 4, a trapezoidal interpolation can be used to determine an average value of the crankshaft angle w for each period between two times. To do this, you check whether the speed has changed at any point in time. At the point in time t2, for example, it can be seen that the speed increased from 1000 to just under 2000 rpm compared to the last point in time t1. Now the average crankshaft angle w, which was assumed in the period between t1 and t2, is increased accordingly. On the one hand, it is increased by the amount that would have resulted if the internal combustion engine had continued to run at 1000 l / min. In addition, it is increased by an error amount, which results from the fact that the internal combustion engine is now running at twice the speed. It is assumed that the speed increase occurred exactly in the middle of the period between t1 and t2; however, other assumptions are also conceivable. The resulting Kur belwellewinkel w represents the average crankshaft angle, which is assumed until the next time t3 in the time grid. This trapezoidal interpolation gives an estimate of the crankshaft angle, which makes it possible to determine the end of the valve lift.
Alternativ zu dem hier vorgestellten Trapezinterpolationsver fahren kann man auch ausgehend von der Drehzahlinformation einen Zähler starten, der den Kurbelwellenweg bei der gegebe nen Drehzahl als Kurbelwellenstellungssignal simuliert, wobei von einer konstanten Drehzahl bis zum nächsten Zeitpunkt des Zeitrasters ausgegangen wird. Wird ein aktualisierter Wert der Drehzahl erhalten, und hat sich die Drehzahl geändert, korrigiert man den Zähler entsprechend und zählt auf Basis dieser neuen Drehzahl weiter. Dieses Verfahren hat den Vor teil, daß auch zwischen den Zeitpunkten des Zeitrasters eine Interpolation stattfindet.As an alternative to the trapezoidal interpolation ver You can also drive based on the speed information start a counter that gives the crankshaft travel at the given NEN speed simulated as a crankshaft position signal, wherein from a constant speed to the next point in time Time grid is run out. Will be an updated value received the speed, and the speed has changed, correct the counter accordingly and count based this new speed. This procedure has the intent part that a between the times of the time grid Interpolation takes place.
Bei beiden Abschätzungsverfahren kann durch geeignet enge Wahl des Zeitrasters, beispielsweise 1 ms sichergestellt wer den, daß die so erzeugte Information über den Kurbelwellen winkel ausreichend exakt ist, um den Zeitpunkt t0 aus dem Kurbelwellenwinkel w zu bestimmen, zu dem die Ventilerhebung beendet ist. Nötigenfalls kann noch eine Sicherheitsmarge von beispielsweise 20 Grad Kurbelwellenwinkel hinzuaddiert wer den, damit das Zurücksetzen der peak-and-hold-Schaltung si cher erst nach dem Ende der Ventilerhebung erfolgt.In both estimation methods, suitably close Choice of the time grid, for example 1 ms who ensured that the information thus generated about the crankshafts angle is sufficiently exact to derive the time t0 from the To determine crankshaft angle w to which the valve lift is finished. If necessary, a safety margin of For example, who added 20 degrees crankshaft angle den, so that the reset of the peak-and-hold circuit si cher only after the end of the valve lift.
Der maximale Ventilhub kann nun aus dem Sprung des Meßsignals MS zum Zeitpunkt t0 ermittelt werden. Dazu muß man lediglich den Meßsignalsprung in einen Ventilhubwert umwandeln, was durch Kenntnis des Signalganges des Ventilhubsensors ohne weiteres möglich ist. Auch ist es möglich, den Ausgang der peak-and-hold-Schaltung einem Speicherelement zuzuführen und den Nullwert, der am Ausgang nach dem Zeitpunkt t0 anliegt, einem anderen Speicherelement. Eine Differenzbildung der in diesen beiden Speicherelementen enthaltenen Werte liefert dann den Hub des Meßsignals, aus dem wieder der maximale Ven tilhub der letzten Ventilerhebung erhalten werden kann.The maximum valve lift can now be obtained from the jump in the measurement signal MS can be determined at time t0. You just have to convert the measurement signal jump into a valve lift value, what by knowing the signal response of the valve lift sensor without further is possible. It is also possible to output the supply peak-and-hold circuit to a storage element and the zero value that is present at the output after time t0, another storage element. A difference between the in provides values contained in these two storage elements then the stroke of the measurement signal, from which the maximum Ven tilhub the last valve lift can be obtained.
Fig. 1 zeigt, daß die Dauer einer Ventilerhebung abhängig vom
maximalen Ventilhub ist. Deshalb sollte sichergestellt wer
den, daß der Zeitpunkt t0, ab dem der Nullwert erfaßt wird,
wobei vorzugsweise aus Rauschgründen eine Mittelung des Null
wertes erfolgt, nach dem Ende einer Ventilerhebung liegt. Da
zu muß man die unterschiedliche Zeitdauer der Ventilerhebung
berücksichtigen. Dies kann auf vielfältige Weise geschehen:
Fig. 1 shows that the duration of a valve lift is dependent on the maximum valve lift. Therefore, it should be ensured that the time t0, from which the zero value is detected, with averaging of the zero value preferably for noise reasons, is after the end of a valve lift. Since you have to take into account the different duration of the valve lift. This can be done in a number of ways:
- 1. Man kann zum Bestimmen des Zeitpunktes das Ende der Venti lerhebung aus dem bei der letzten Messung des maximalen Ven tilhubes bestimmten Nullwert und dem Maximalwert des Hubsi gnals, der im Meßsignal MS vorliegt, eine erste Näherung für den maximalen Ventilhub bestimmen. Aus dieser ersten Näherung kann man, beispielsweise mittels eines Kennfelds, die Dauer der Ventilerhebung ermitteln, um so unterschiedliche Dauern der Ventilerhebung beim Bestimmen des Endes der Ventilerhe bung zu berücksichtigen.1. You can determine the time of the end of the venti from the last measurement of the maximum Ven tilhubes determined zero value and the maximum value of the Hubsi gnals, which is present in the measurement signal MS, a first approximation for determine the maximum valve lift. From this first approximation you can, for example by means of a map, the duration the valve lift, so different durations the valve lift when determining the end of the valve lift exercise to consider.
- 2. Alternativ kann man auch vom Wert des letzten maximalen Ventilhubes ausgehen, um die Zeitdauer der Ventilerhebung zu bestimmen.2. Alternatively you can also use the value of the last maximum Valve stroke go out to increase the duration of the valve lift determine.
- 3. Schließlich kann man durch eine ausreichende Sicherheits marge dafür Rechnung tragen, daß unabhängig von der ventilhub abhängigen Zeitdauer der Ventilerhebung sichergestellt ist, daß zum Zeitpunkt t0 die Ventilerhebung abgeschlossen ist. Diese Methode stellt fraglos die einfachste Alternative dar, allerdings verliert man dadurch mögliche Zeit der Mittelung des Nullwertes.3. Finally one can go through adequate security margin take into account that regardless of the valve lift dependent duration of the valve lift is ensured, that the valve lift is completed at time t0. This method is without question the simplest alternative however, you lose possible averaging time of the zero value.
Claims (9)
- a) ein Hubsignal eines den Hub des Gaswechselventils messen den Sensors kontinuierlich überwacht,
- b) der Maximalwert des Hubsignals erfaßt,
- c) der Zeitpunkt des Endes einer Ventilerhebung bestimmt,
- d) nach dem Zeitpunkt des Endes der Ventilerhebung der Wert des Hubsignals als Nullwert erfaßt und
- e) der maximale Ventilhub als Differenz der Werte aus Schritt
- f) und Schritt b) berechnet wird.
- a) a stroke signal from a sensor measuring the stroke of the gas exchange valve is continuously monitored,
- b) the maximum value of the stroke signal is detected,
- c) determines the time at which valve lift ends,
- d) after the end of the valve lift, the value of the stroke signal is detected as a zero value and
- e) the maximum valve lift as the difference between the values from step
- f) and step b) is calculated.
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