DE102004053156A1 - Method for determining the absolute crankshaft angle position of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Bestimmung der absoluten Kurbelwellenwinkelposition einer Brennkraftmaschine mit einer Geberscheibe (1), die mit einer Kurbelwelle oder Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei die Geberscheibe (1) Markierungen (3) durch abwechselnde Anordnung von Zähnen (4) und Zahnlücken (8) aufweist und wobei der Geberscheibe (1) ein Geber (6) zugeordnet ist, der ein elektrisches Signal (S1) erzeugen kann, das mindestens zwei Signalpegel (High, Low) annehmen kann, wobei einer der Signalpegel (High, Low) einem Zahn (4) und der andere einer Zahnlücke (8) zugeordnet ist und wobei der Umfangswinkel eines Zahnes (4) zum Umfangswinkel einer benachbarten Zahnlücke (8) ein Tastverhältnis (TV) ergeben, wird eine Erkennung des absoluten Kurbelwellenwinkels nach nur geringen relativen Drehwinkeln ermöglicht, indem die Markierungen (3) mehrere unterschiedliche Tastverhältnisse (TV) aufweisen, wobei mehrere aufeinander folgende Markierungen (3) eine eindeutige Abfolge aufweisen und dass zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels der Kurbelwelle die Abfolge der Tastverhältnisse (TV) mit einer gespeicherten Abfolge der Tastverhältnisse (TV) verglichen wird.In a method for determining the absolute crankshaft angle position of an internal combustion engine with a sensor disc (1) which is connected to a crankshaft or camshaft of the internal combustion engine, wherein the encoder disc (1) markings (3) by alternating arrangement of teeth (4) and tooth gaps (8 ) and wherein the encoder disc (1) is associated with an encoder (6) which can generate an electrical signal (S1) which can assume at least two signal levels (high, low), one of the signal levels (high, low) a tooth (4) and the other of a tooth gap (8) is assigned and wherein the circumferential angle of a tooth (4) to the circumferential angle of an adjacent tooth gap (8) give a duty cycle (TV), a detection of the absolute crankshaft angle is made possible after only small relative rotation angles, in that the markings (3) have a plurality of different duty cycles (TV), with a plurality of successive markings (3) being a clear succession e and that for determining the absolute angle of rotation of the crankshaft, the sequence of duty cycles (TV) with a stored sequence of duty cycles (TV) is compared.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der absoluten Kurbelwellenwinkelposition einer Brennkraftmaschine mit einer Geberscheibe, die mit einer Kurbelwelle oder Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei die Geberscheibe Markierungen durch abwechselnde Anordnung von Zähnen und Zahnlücken aufweist, und wobei der Geberscheibe ein Geber zugeordnet ist, der ein elektrisches Signal erzeugen kann, das mindestens zwei Signalpegel annehmen kann, wobei einer der Signalpegel einem Zahn und der andere einer Zahnlücke zugeordnet ist und wobei der Umfangswinkel eines Zahnes zum Umfangswinkel einer benachbarten Zahnlücke ein Tastverhältnis ergeben sowie eine Geberscheibe zur Durchführung des Verfahrens.The The present invention relates to a method for the determination of absolute crankshaft angle position of an internal combustion engine with a donor disk, with a crankshaft or camshaft of the internal combustion engine connected, wherein the encoder disc marks by alternating Arrangement of teeth and tooth gaps and wherein the encoder disc is associated with a donor, the can generate an electrical signal that has at least two signal levels can assume, with one of the signal levels a tooth and the other a tooth gap is assigned and wherein the circumferential angle of a tooth to the circumferential angle an adjacent tooth gap a duty cycle give as well as a donor disk for performing the method.
Für die Steuerung von Verbrennungskraftmaschinen ist die Bestimmung der Kurbelwellenposition eine der zentralen Aufgaben. Abhängig vom Kurbelwellenwinkel werden die Einspritzung des Kraftstoffes, das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile und beim Otto-Motor die Zündung für jeden Zylinder so gesteuert, dass die einzelnen Arbeitsspiele optimal ablaufen.For the controller of internal combustion engines is the determination of the crankshaft position one of the central tasks. Dependent from the crankshaft angle are the injection of the fuel, the opening and closing the inlet and outlet valves and the gasoline engine ignition for each Cylinder controlled so that the individual working games optimal expire.
Gegenwärtige Lösungen verwenden
inkrementelle Geber an Kurbel- und Nockenwelle. Üblich sind Geberscheiben mit
Inkrementenmarken, die im Zusammenwirken der Signale eine Bestimmung
der Motorposition ermöglichen.
Aus der
Aus
der
Probleme des Standes der TechnikProblems of the State of the art
Die Bestimmung der absoluten Kurbelwellen- bzw. Nockenwellenwinkels ist derzeit entweder aufwändig durch einen Absolutwinkelgeber möglich oder erst z.B. nach erreichen einer ausgewiesenen Marke, im schlechtesten Fall nach einer Kurbel- bzw. Nockenwellenumdrehung.The Determination of the absolute crankshaft or camshaft angle is currently either expensive possible by means of an absolute angle encoder or first e.g. after reaching a designated mark, in the worst Fall after a crankshaft or camshaft revolution.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die zuvor genannten Nachteile im Stand der Technik zu überwinden, insbesondere eine Erkennung des absoluten Kurbelwellenwinkels nach nur geringen relativen Drehwinkeln zu ermöglichen.task It is the object of the present invention to overcome the aforementioned drawbacks to overcome in the prior art in particular a detection of the absolute crankshaft angle after to allow only small relative angles of rotation.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Die zuvor genannten Nachteile des Standes der Technik werden vermieden durch ein Verfahren zur Bestimmung der absoluten Kurbelwellenwinkelposition eine Brennkraftmaschine mit einer Geberscheibe, die mit einer Kurbelwelle oder Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei die Geberscheibe Markierungen durch abwechselnde Anordnung von Zähnen und Zahnlücken aufweist, und wobei der Geberscheibe ein Geber zugeordnet ist, der ein elektrisches Signal er zeugen kann, das mindestens zwei Signalpegel annehmen kann, wobei einer der Signalpegel einem Zahn und der andere einer Zahnlücke zugeordnet ist und wobei der Umfangswinkel eines Zahnes zum Umfangswinkel einer benachbarten Zahnlücke ein Tastverhältnis ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen mehrere unterschiedliche Tastverhältnisse aufweisen, wobei mehrere aufeinander folgende Markierungen eine eindeutige Abfolge aufweisen und dass zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels der Kurbelwelle die Abfolge der Tastverhältnisse mit einer gespeicherten Abfolge der Tastverhältnisse verglichen wird.The aforementioned disadvantages of the prior art are avoided by a method for determining the absolute crankshaft angle position an internal combustion engine with a sensor disk, which is connected to a crankshaft or camshaft of the internal combustion engine is connected, wherein the Encoder disc markings by alternating arrangement of teeth and gullets and wherein the encoder disc is associated with a donor, the an electrical signal he can testify, the at least two signal levels can assume, with one of the signal levels a tooth and the other a tooth gap is assigned and wherein the circumferential angle of a tooth to the circumferential angle an adjacent tooth gap give a duty cycle, characterized in that the markings a plurality of different ones duty cycles have, wherein a plurality of successive markings a have a unique sequence and that to determine the absolute Angle of rotation of the crankshaft, the sequence of duty cycles is compared with a stored sequence of duty cycles.
Die Geberscheibe mit der bisher über dem Umfang gleichförmig verteilten Teilung ist hier modifiziert, nämlich indem die Teilung zwischen Zähnen und Zahnlücken nicht mehr gleichmäßig ist. Die übliche Auflösung des Winkels beträgt 6°, mit einer Lücke von zwei Winkeleinheiten sind daher 58 Zähne oder Polpaare auf der Geberscheibe aufgebracht. Die Zahnteilung der erfindungsgemäßen Geberscheibe ist nun nicht mehr symmetrisch mit einer Teilung der 6° in 3° Lücke und 3° Zahn, sondern asymmetrisch, beispielsweise mit einer Teilung in 1° Lücke und 5° Zahn, 2° Lücke und 3° Zahn, 4° Lücke und 1° Zahn oder dergleichen.The encoder disk with the previously uniformly distributed over the circumference division is modified here, namely because the division between teeth and tooth gaps is no longer uniform. The usual resolution of the angle is 6 °, with a gap of two angular units therefore 58 teeth or pole pairs are applied to the encoder disc. The pitch of the encoder disc according to the invention is no longer symmetrical with a pitch of 6 ° in 3 ° gap and 3 ° tooth, but asymmetrically, for example, with a division in 1 ° gap and 5 ° tooth, 2 ° gap and 3 ° tooth, 4th ° gap and 1 ° tooth or the like.
Vorteilhaft ist, dass die heute für die Motorsteuerung maßgebliche fallende Flanke weiterhin alle 6° erscheint. Die grundsätzliche Signalverarbeitung kann daher unverändert erfolgen, nur für die Absolutwinkelbestimmung wird die erfindungsgemäße Signalverarbeitung benutzt.Advantageous is that today for the engine control relevant falling edge continues to appear every 6 °. The fundamental Signal processing can therefore be carried out unchanged, only for the absolute angle determination becomes the signal processing according to the invention used.
Die Abfolge der Tastverhältnisse ist für die definierte Anzahl von Zähnen innerhalb einer Umdrehung eindeutig, d.h. nur einmal vorhanden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine schnelle Bestimmung der Position (hier nach 3 Zähnen = 18 ° Kurbelwelle, 36 ° Nockenwelle). Bei einer größeren Anzahl von möglichen Tastverhältnissen und Auswerte-Zähnen kann diese erheblich verkürzt werden (Abhängig von der Genauigkeit von Drehzahlgeber, Phasengeber, Geberrad etc.). Die Positionsbestimmung ist bei einem Nockenwel lengeber ohne Berücksichtigung der Kurbelwellensignale, d.h. nur durch die Auswertung der Nockenwellensignale, möglich. Zudem ist eine bessere bzw. schnellere Diagnose der Nockenwellenposition und des Phasengebers möglich, wobei eine Diagnose auch im Start möglich ist. Des Weiteren wird ein verbesserter Notlauf bei DG-Fehlern erreicht, da durch den geringeren Abstand der Nockenwellen-Signale die Drehzahldynamik erkannt wird; evtl. ist ein Notlauf ohne Einschränkungen bei der Fahrbarkeit möglich. Zur Durchführung des Verfahrens ist bei derzeitigen Brennkraftmaschinen nur die Geberscheibe und die Software zu ändern.The Sequence of duty cycles is for the defined number of teeth uniquely within one revolution, i. only once available. The inventive method allows a quick determination of the position (here after 3 teeth = 18 ° crankshaft, 36 ° camshaft). For a larger number of possible duty cycles and evaluation teeth This can be shortened considerably be (dependent on the accuracy of the speed sensor, phase encoder, sensor wheel, etc.). The position determination is without consideration in a camshaft lengeber the crankshaft signals, i. only by evaluating the camshaft signals, possible. In addition, a better or faster diagnosis of the camshaft position and the phase encoder possible where a diagnosis is also possible in the start. Furthermore, will Improved emergency operation in the case of DG errors is achieved because of the lower Distance of the camshaft signals the speed dynamics is detected; possibly is an emergency without restrictions on drivability possible. To carry out of the method is only the encoder disk in current internal combustion engines and change the software.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Markierungen vier unterschiedliche Tastverhältnisse haben und dass drei Markierungen eine eindeutige Abfolge ergeben. Je nach Genauigkeit des Gebers und der Fertigungsgenauigkeit des Geberrades kann hier auch eine größere Anzahl unterschiedlicher Tastverhältnisse gewählt werden. Werden z.B. acht Tastverhältnisse unterschieden, so kann eine Erkennung des Absolutwinkels bereits nach zwei Zähnen, also nach 12° Relativverdrehung, erfolgen. Die Drehrichtung der Brennkraftmaschine kann anhand der Richtung, in der die gespeicherte Folge der Tastverhältnisse durchlaufen wird, ermittelt werden.In a preferred embodiment it is provided that the markers have four different duty cycles and that three markers give a clear sequence. Depending on the accuracy of the encoder and the manufacturing accuracy of the Transmitter wheel can also be a larger number of different duty cycles chosen become. If e.g. distinguished eight duty cycle, so can a recognition of the absolute angle already after two teeth, ie after 12 ° relative rotation, respectively. The direction of rotation of the internal combustion engine can be determined by the Direction in which the stored sequence of duty cycles go through will be determined.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Geberscheibe für eine Kurbelwelle oder Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Geberscheibe Markierungen durch abwechselnde Anordnung von Zähnen und Zahnlücken aufweist, und wobei der Geberscheibe ein Geber zugeordnet ist, der ein elektrisches Signal erzeugen kann, das mindestens zwei Signalpegel annehmen kann, wobei einer der Signalpegel einem Zahn und der andere einer Zahnlücke zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen unterschiedliche Teilungen der Zähne zu Zahnlücken aufweisen.The The problem mentioned at the beginning is also solved by a sensor disk for one Crankshaft or camshaft of an internal combustion engine, wherein the Encoder disc markings by alternating arrangement of teeth and gullets and wherein the encoder disc is associated with a donor, the can generate an electrical signal that has at least two signal levels can assume, with one of the signal levels a tooth and the other a tooth gap is assigned, characterized in that the markers different Divisions of the teeth to tooth gaps exhibit.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist vorgesehen, dass diese mindestens drei unterschiedliche Teilungen der Zähne zu Zahnlücken aufweist.In a further embodiment of the internal combustion engine according to the invention provided that these have at least three different divisions the teeth to tooth gaps having.
Zeichnungendrawings
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:following becomes an embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. there demonstrate:
An
der Geberscheibe
Bei
der üblichen
Teilung von 6° ergeben
sich insgesamt 60 steigende und fallende Flanken. Das hier dargestellte
Ausführungsbeispiel
wird anhand der fallenden Flanken erläutert, es können aber auch die steigenden
Flanken herangezogen werden. Der Abstand zweier fallender Flanken
beträgt
konstant 6°.
Der Abstand zwischen den fallenden Flanken und den steigenden Flanken
wird variiert, der Umfangswinkel UW eines Zahnes zu dem einer folgenden
Lücke wird
also variiert. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Tastverhältnisse,
also das Verhältnis
des Umfangswinkels eines Zahnes
In
Statt
wie im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
vier verschiedene Tastverhältnisse
können
auch z.B. nur drei oder aber fünf
oder mehr verschiedene Tastverhältnisse
vorgesehen sein. Dies hängt
von der möglichen
Fertigungsgenauigkeit der Geberscheibe
Durch die Abfolge der Kombination ist sichergestellt, dass diese Kombination nur einmal innerhalb eine Kurbelwellenumdrehung vorhanden ist (z.B. ab Zahn Nr. 2 ist die Kombination 100 vorhanden, die sonst nicht vorkommt). Die Kombinationen sind so verteilt, dass 3 beliebig aufeinander folgende TV-Werte nur einmal vorhanden sind. Die Abfolge der Tastverhältnisse ist in einem Speicher des Motorsteuergerätes abgelegt. Aufeinander folgende steigende und fallende Flanken werden jeweils einem der Tastverhältnisse zugeordnet. Es entsteht eine Reihe, deren Abfolge mit der gespeicherten Folge verglichen wird. Sind drei Zähne an dem Geber vorbeigeführt worden, sind also drei Tastverhältnisse bestimmt worden, können die einzelnen Tastverhältnisse und damit die steigenden/fallenden Flanken wie zuvor erläutert eindeutig einem Zahn zugeordnet werden.By the sequence of the combination ensures that this combination only once within one crankshaft revolution (e.g. From tooth no. 2, the combination 100 is present, which is otherwise not occurs). The combinations are distributed so that 3 arbitrarily following TV values only once exist. The sequence of duty cycles is stored in a memory of the engine control unit. Successive Rising and falling edges are each one of the duty cycles assigned. It creates a series whose sequence with the stored Sequence is compared. If three teeth have passed the donor, So are three duty cycles has been determined the individual duty cycles and so that the rising / falling edges as previously explained clearly be assigned to a tooth.
Zahnlücke und Zahn werden zwischen zwei negativen Flanken derart modifiziert, dass sich bei konstantem Abstand zwischen zwei negativen Flanken unterschiedliche Verhältnisse von Lücke und Flankenabstand ergeben (Tastverhältnis TV = Dauer Lücke/Dauer Zahnabstand), z.B. TVO = 80%, TV1 = 60%, TV2 = 40%, TV3 = 20%. Aus dem Geberrad werden nun diese TV derart angeordnet, dass über einen definierten Abstand (hier 3 Zähne) eine eindeutige TV-Folge vorhanden ist. Durch Vergleich der TV-Folge mit den abgespeicherten Abfolgen kann die Position des aktuellen Zahnes eindeutig bestimmt werden. Die Anzahl der TV wird abhängig von der Genauigkeit der KW/NW-Signale gewählt. Zusammen mit der Gesamtzahl der Zähne sowie der Anzahl der Zähne, die betrachtet werden soll, ergeben sich die Auflösung und die notwendige Zeit für die Positionsbestimmung. Um beispielsweise bei einem 58-2 Zähne-Rad die Positionsbestimmung nach 2 Zähnen umsetzten zu können sind 8 verschiedene TV (= 64 mögliche Kombinationen) notwendig. Hierfür muss eine Auflösung von 6/8=0.75 °KW möglich sein. Die Drehrichtung kann z.B. über die gleichzeitige Auswertung der negativen und der positiven Flanken erfolgen. Bei Drehung z.B. in Vorwärtsrichtung ergibt sich zwischen den negativen Flanken die gesuchte TV-Folge, bei Drehung in Rückwärtsrichtung zwischen den positiven Flanken. Hier muss der beobachtete Bereich evtl. vergrößert werden.Gap gap and Tooth are modified between two negative flanks in such a way that at a constant distance between two negative edges different circumstances from gap and edge spacing result (duty cycle TV = duration gap / duration Tooth pitch), e.g. TVO = 80%, TV1 = 60%, TV2 = 40%, TV3 = 20%. Out the transmitter wheel, these TV are now arranged such that over a defined distance (here 3 teeth) a unique TV episode is available. By comparing the TV episode with the stored Sequences, the position of the current tooth can be clearly determined become. The number of TV will depend on the accuracy of the TV KW / NW signals selected. Along with the total number of teeth as well as the number of teeth that should be considered, the resolution and the necessary time for the position determination result. For example, to determine the position of a 58-2 toothed wheel after 2 teeth to be able to implement are 8 different TV (= 64 possible Combinations) necessary. Therefor must have a resolution of 6/8 = 0.75 ° KW possible be. The direction of rotation may e.g. about the simultaneous evaluation of the negative and positive flanks take place. Upon rotation, e.g. in forward direction results between the negative flanks the desired TV episode, when turning in reverse direction between the positive flanks. Here must be the observed area may be enlarged.
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