DE102006053844B4

DE102006053844B4 - Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine

Info

Publication number: DE102006053844B4
Application number: DE102006053844A
Authority: DE
Inventors: Yuhei Matsushima; Yasuyoshi Hori; Takahiko Hyogo Oono
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2026-11-16
Also published as: US20070245817A1; US7363143B2; JP4202370B2; JP2007291872A; DE102006053844A1

Abstract

Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine mit einem Kurbelwinkelberechnungswinkel (17a) zum Berechnen eines Kurbelwinkels zwischen Flanken, die durch einen ersten Kurbelwinkelsensor (16a) und einen zweiten Kurbelwinkelsensor (16b) erfasst wurden, basierend auf einem Kurbeltakt zwischen den Flanken, und einem Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittel (17b) zum Sperren der Erfassung einer Maschinendrehrichtung basierend auf dem berechneten Kurbelwinkel, wobei das Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittel (17b) die Erfassung der Maschinendrehrichtung sperrt, wenn der Kurbelwinkel, der durch das Kurbelwinkelberechnungsmittel (17a) berechnet wurde, eine vorbestimmte Sperrentscheidungsbedingung erfüllt hat.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine mit einem Maschinendrehrichtungs-Erfassungsmittel zum Erfassen der Drehrichtung der Maschine basierend auf den Ausgängen eines ersten Kurbelwinkelsensors und eines zweiten Kurbelwinkelsensors, die derart angeordnet sind, dass zwischen ihnen eine vorbestimmte Phasenverschiebung vorliegt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In den vergangenen Jahren wurde die so genannte ”idle stop”-Technologie entwickelt, bei der eine Maschine zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs, zur Verringerung einer CO₂-Abgasmenge, etc., automatisch in einem Leerlaufmodus angehalten wird, woraufhin die Maschine automatisch erneut gestartet wird, wenn eine Wiederanlaufbedingung, wie beispielsweise eine Fahrzeugstart-Bedienung, erfüllt ist.
Als eine Startvorrichtung, die für das erneute Starten des ”idle stop” geeignet ist, ist eine Technik bekannt, bei der Kraftstoff dem spezifizierten Zylinder der Maschine in einem angehaltenen Zustand zugeführt, gezündet und verbrannt wird, und die Maschine wird einmal invertiert, um die anderen Zylinder auf diese Weise im Wesentlichen in Druckzustände zu überführen, woraufhin der Brennstoff der Maschine zugeführt, gezündet und verbrannt wird, wobei die Fähigkeit, die Maschine erneut zu starten, verbessert wird (siehe beispielsweise WO 2001/038726 A1 ).
Bei einer derartigen Technik müssen die Phasen der Kolben der entsprechenden Zylinder beim Anhalten und beim erneuten Starten der Maschine genau erfasst werden. Zu diesem Zweck ist es unabdingbar, die Rückwärtsdrehung der Maschine, die auf eine Trägheitskraft zurückzuführen ist, unmittelbar vor dem Anhalten der Maschine und die Drehrichtung der Maschine beim erneuten Starten zu erfassen.
Als eine Drehrichtungserfassungsvorrichtung, die für die Erfassung der Maschinendrehrichtung geeignet ist, ist eine Technik bekannt, bei der die Drehrichtung der Maschine erfasst wird, während die Tatsache berücksichtigt wird, dass die Ausgangsmuster von zwei Kurbelwinkelsensoren, die derart angeordnet sind, dass sie eine vorbestimmte Ausgangsphasendifferenz aufweisen, zwischen einem Maschinenvorwärtsmodus und einem Maschinenrückwärtsmodus unterscheiden (siehe hierzu beispielsweise JP 2005-2847 A ).
In der Realität tritt jedoch eine Situation auf, in der das Ausgangsmuster der Kurbelwinkelsensoren sich trotz einer nicht vorhandenen Änderung der Maschinendrehrichtung ändert, und zwar aufgrund der Befestigungsfehler der Kurbelwinkelsensoren, der Herstellungsfehler der zu erfassenden Zähne, der Komponentenfehler eines Kurbelwinkelsensorausgangs-Aufnahmeschaltkreises, eines Messfehlers, der dem Betriebszustand der Maschine zuzuschreiben ist, der Sensoreigenschaften und dergleichen. In einem solchen Fall wird bei einem Verfahren, bei dem die Änderung der Maschinendrehrichtung jedes Mal bestimmt wird, wenn sich das Ausgangsmuster der Kurbelwinkelsensoren geändert hat, wie es bei der in der JP 2005-2847 A beschriebenen bekannten Drehrichtungserfassungsvorrichtung der Fall ist, die Drehrichtung der Maschine fehlerhaft erfasst, wodurch die Fähigkeit der Maschine, erneut zu starten, verschlechtert wird und die Maschine beschädigt werden kann.
Schließlich betrifft die US 6,684,687 B1 eine Anordnung und eine Steuerung zum Erfassen einer Kurbelwinkelposition und -richtung mit zwei unabhängigen Sensoren, die jeweils mit einer Gruppe von Drehpositions-Markierungen zusammenarbeiten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung soll die zuvor genannten Probleme des Standes der Technik lösen und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine zu schaffen, die eine Maschinendrehrichtungs-Erfassungsvorrichtung umfasst, die eine Maschinendrehrichtung mit hoher Genauigkeit und bei einer hohen Frequenz erfassen kann, und welche die fehlerhafte Erfassung der Maschinendrehrichtung verhindert.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine zu schaffen, bei der, wenn eine Maschinendrehrichtung fehlerhaft erfasst werden könnte, Steuerungen gesperrt werden, die basierend auf der Maschinendrehrichtung durchgeführt werden, um auf diese Weise jegliche Fehlsteuerungen zu verhindern, die zu einer Beschädigung der Maschine führen können.
Zudem umfasst die Steuervorrichtung Mittel zum Sperren von Steuerungen, die basierend auf der Maschinendrehrichtung durchgeführt werden, und um einem Fahrer eines die Maschine aufweisenden Fahrzeugs die Sperrung der Erfassung der Maschinendrehrichtung mitzuteilen, wenn die Erfassung der Maschinendrehrichtung durch das Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittel gesperrt ist.
Gemäß der Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine der vorliegenden Erfindung kann die Maschinendrehrichtung mit hoher Genauigkeit und hoher Frequenz erfasst werden, und die fehlerhafte Erfassung der Maschinendrehrichtung kann verhindert werden.
Ferner werden bei der Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung die Steuerungen, die basierend auf der Maschinendrehrichtung durchgeführt werden, in einem Zustand gesperrt, in dem die Maschinendrehrichtung nicht eindeutig ist, so dass jedwede Fehlsteuerung, die zu einer Beschädigung der Maschine führt, verhindert werden kann.
Ferner ist ein Mittel vorgesehen, um dem Fahrer mitzuteilen, dass die Erfassung der Maschinendrehrichtung gesperrt wurde, wodurch die Instandhaltung der Steuervorrichtung verbessert werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische, strukturmäßige Ansicht einer Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine strukturmäßige Ansicht einer Maschinendrehrichtungs-Erfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3A und 3B sind Diagramme zum Erläutern des Maschinendrehrichtungs-Erfassungsmittels der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Tabelle, die Ausgangsmuster in den 3A und 3B zeigen;
5 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Kurbelwinkelberechnungsmittels der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittels der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7A und 7B sind Diagramme zum Erläutern des Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittels der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8A und 8B sind Tabellen, die Ausgangsmuster in den jeweiligen 7A und 7B zeigen;
9 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
10 ist ein Diagramm, das die Varianten der Messzyklen in Abhängigkeit von den Flanken eines Kurbelwinkelsignals zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern und Bezugszeichen gleiche oder gleichartige Bereiche.
1 ist eine schematische, strukturmäßige Ansicht einer Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1 bezeichnet die Bezugsziffer 19 die Verbrennungsmaschine, bei der es sich in der vorliegenden Ausführungsform um eine 4-Zylinder-4-Takt-Maschine handelt. Ein Kolben 20 ist geschützt in jeden der vier Zylinder 18 (18a bis 18d) eingesetzt, und eine Brennkammer 21 ist über dem Kolben 20 ausgebildet Der Kolben 20 ist übrigens über ein Pleuel 22 mit einer Kurbelwelle 23 verbunden.
An den oberen Teilen der Brennkammer 21 jedes Zylinders 18 sind eine Zündkerze 10 und ein Brennstoffeinspritzventil 7, das Brennstoff direkt in die Brennkammer 21 einspritzt, angeordnet. Das Brennstoffeinspritzventil 7 umfasst ein Nadelventil und eine in diesem angeordnete Spule, die nicht gezeigt sind. Genauer gesagt ist das Brennstoffeinspritzventil 7 derart konfiguriert, dass es, wenn ihm ein Impulssignal zugeführt wird, zum Öffnen des Nadelventils bei einem Impulseingangstakt für eine einer Impulsbreite entsprechenden Zeitdauer angetrieben wird, wobei der Brennstoff in einer Menge eingespritzt wird, die der Ventilöffnungszeitdauer entspricht. Zudem wird die Einspritzrichtung des Brennstoffeinspritzventils 7 derart eingestellt, dass der Brennstoff in die nähere Umgebung der Zündkerze 10 eingespritzt wird. Das Brennstoffeinspritzventil 7 wird übrigens über einen Brennstoffzuführdurchgang mit Brennstoff versorgt, beispielsweise mit Hilfe einer nicht dargestellten Brennstoffpumpe, und ein Brennstoffzuführsystem ist derart konfiguriert, dass es einen Brennstoffdruck gestattet, der höher als ein Druck innerhalb der Brennkammer 21 bei einem Kompressionshub ist.
Eine Einlassöffnung 5 und eine Auslassöffnung 11 sind zur Brennkammer 21 jedes Zylinders 18 offen, und die Einlassöffnung 5 und die Auslassöffnung 11 sind jeweils mit einem Einlassventil 6 und einem Auslassventil 9 versehen. Das Einlassventil 6 und das Auslassventil 9 werden durch einen Ventilbewegungsmechanismus angetrieben, der eine Nockenwelle und dergleichen aufweist, was vorliegend nicht gezeigt ist.
Ferner werden die Öffnungs- und Schließzeiten des Einlass- und Auslassventils der einzelnen Zylinder derart eingestellt, dass die entsprechenden Zylinder 18 Verbrennungstake mit vorbestimmten Phasendifferenzen ausführen.
Ein Einlassdurchgang 24 und ein Auslassdurchgang 25 sind jeweils mit der Einlassöffnung 5 und der Auslassöffnung 11 verbunden. Der Einlassdurchgang 24 umfasst ein Drosselventil 2 zum Regulieren einer Einlassmenge stromaufwärts eines Zwischenbehälters 4, und das Öffnungsmaß des Drosselventils 2 wird durch ein Drosselbetätigungselement 1 eingestellt.
Stromaufwärts des Drosselventils 2 ist ein Luftströmungsmesser 3 angeordnet, der die Luftmenge erfasst, die in die Maschine 19 durch die Einlassöffnung 5 aufgenommen wird, indem das Drosselventil 2 geöffnet und geschlossen wird.
Außerdem ist in dem Auslassdurchgang 25 ein Sauerstoffkonzentrationssensor 12 angeordnet, der eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas misst, und ein Dreifachkatalysator 13 ist als eine Vorrichtung zum Reinigen schädlicher Gase in dem Abgas vorgesehen.
Eine Kurbelscheibe 14 ist an der Kurbelwelle 23 befestigt, und mehrere zu erfassende Zähne 15 sind an dem Umfang der Kurbelscheibe 14 vorgesehen. Zum Erfassen des Drehwinkels der Kurbelwelle 23 sind übrigens ein Kurbelwinkelsensor 16a (nachfolgend auch als der ”erste Kurbelwinkelsensor” bezeichnet) und ein Kurbelwinkelsensor 16b (nachfolgend auch als der ”zweite Kurbelwinkelsensor” bezeichnet) vorgesehen, und diese sind derart befestigt, dass sie Ausgangskurbelwinkelsignale aufweisen, zwischen denen eine vorbestimmte Phasendifferenz vorliegt.
Zudem ist ein Nockenwinkelsensor 27 angeordnet, der einer Nockenwelle 28 ein Zylinderidentifikationssignal geben kann, indem die spezifische Drehposition dieser Nockenwelle erfasst wird.
Im übrigen sind ferner ein Wassertemperatursensor 26, der die Temperatur des Maschinenkühlwassers erfasst, ein Gaspedalöffnungsmaßsensor, der das Öffnungsmaß eines Gaspedals erfasst, und dergleichen vorgesehen. Signale von den ersten individuellen Sensoren werden einer ECU (Maschinensteuereinheit) 17 zugeführt, und die ECU 17 gibt Antriebssignale an das Brennstoffeinspritzventil 7 und die Zündspule 8 aus, um die Maschine 19 zu steuern.
2 ist eine strukturmäßige Ansicht einer Maschinendrehrichtungs-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 2 werden die Ausgangssignale von dem Kurbelwinkelsensor 16a und dem Kurbelwinkelsensor 16b in der ECU 17 empfangen. Die ECU 17 umfasst Kurbelwinkelberechnungsmittel 17a, ein Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittel 17b, ein Maschinendrehrichtungs-Erfassungsmittel 17c und ein Mittel 17d zum Ausführen verschiedener Steuerungen basierend auf einer Maschinendrehrichtung.
Wie nachfolgend beschrieben wird, wird in dem Maschinendrehrichtungs-Erfassungsmittel 17c ein Ausgangsmuster basierend auf den Ausgangssignalwellenformen der Kurbelwinkelsensoren 16a und 16b überwacht. Wenn sich das Ausgangsmuster geändert hat, wird erfasst, dass sich die Drehrichtung der Maschine geändert hat.
Bei dem Kurbelwinkelberechnungsmittel 17a wird der Kurbelwinkel zwischen den Flanken der Ausgangssignalwellenformen der Kurbelwinkelsensoren 16a und 16b basierend auf den Takten zwischen den Flanken berechnet.
In dem Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittel 17b werden die Ausführungen verschiedener Steuerungen basierend auf der Maschinendrehrichtung und durch die Steuermittel 17d gesperrt, wenn der durch das Kurbelwinkelberechnungsmittel 17a berechnete Kurbelwinkel einer vorbestimmten Sperrbedingung entspricht. Diese Situation wird dem Fahrer eines Fahrzeugs mit Hilfe eines Anzeigemittels 29 mitgeteilt. Das Anzeigemittel 29 ist beispielsweise eine Warnlampe, die beispielsweise auf einer Konsole aufleuchtet, oder ein Prüfgerät, an dem die Sperrbedingung angezeigt wird.
Die einzelnen Mittel werden nachfolgend genauer beschrieben.
Die 3A und 3B zeigen ein praktisches Beispiel des Maschinendrehrichtungs-Erfassungsmittels 17c in 2. Sie zeigen ein erstes Kurbelwinkelsignal CA1, das von dem Kurbelwinkelsensor 16a durch die Drehung der Kurbelwelle 23 ausgegeben wird, und ein zweites Kurbelwinkelsignal CA2, das von dem Kurbelwinkelsensor 16b ausgegeben wird.
Das Ausgangsmuster ist die Kombination der Detektionen des Vorhandenseins (steigende Flanke: EG11 oder EG21) und des Nicht-Vorhandenseins (fallende Flanke: EG12 oder EG22) der zu erfassenden Zähne 15 entweder durch den Kurbelwinkelsensor 16a oder den Kurbelwinkelsensor 16b mit dem Ausgangsniveau (hoch oder gering) des anderen Kurbelwinkelsensors. Die Ausgangsmuster zu den Zeitpunkten, wenn das erste Kurbelwinkelsignal CA1 die steigende Flanke EG11 und die fallende Flanke EG12 erfasst hat, werden entsprechend als ein erstes Muster PTN1 und ein zweites Muster PTN2 eingestellt. Ähnlich werden die Ausgangsmuster zu den Zeitpunkten, wenn das zweite Kurbelwinkelsignal CA2 die steigende Flanke EG21 und die fallende Flanke EG22 erfasst hat, jeweils als ein drittes Muster PTN3 und ein viertes Muster PTN4 eingestellt.
In einem Maschinen-Vorwärtsmodus, wie er in 3A gezeigt ist, wird das erste Kurbelwinkelsignal CA1 mit einer Phasenführung von etwa einer halben Impulsbreite relativ zu dem zweiten Kurbelwinkelsignal CA2 erzeugt, wobei, wenn das erste Kurbelwinkelsignal CA1 die steigende Flanke EG11 erfasst hat, das Ausgangsniveau des zweiten Kurbelwinkelsignals CA2 gering ist (das erste Muster PTN1), und wenn das erste Kurbelwinkelsignal CA1 die fallende Flanke EG12 erfasst hat, ist das Ausgangsniveau des zweiten Kurbelwinkelsignals CA2 hoch (das zweite Muster PTN2).
Wenn das zweite Kurbelwinkelsignal CA2 die steigende Flanke EG21 erfasst hat, ist das Ausgangsniveau des ersten Kurbelwinkelsignals CA1 in ähnlicher Weise hoch (das dritte Muster PTN3), und wenn das zweite Kurbelwinkelsignal CA2 die fallende Flanke EG22 erfasst hat, ist das Ausgangsniveau des ersten Kurbelwinkelsignals CA1 gering (das vierte Muster PTN4).
In einem Maschinen-Rückwärtsmodus, wie er in 3B dargestellt ist, wird das erste Kurbelwinkelsignal CA1 mit einer Phasenverzögerung von etwa der halben Impulsbreite relativ zu dem zweiten Kurbelwinkelsignal CA2 erzeugt, wobei, wenn das erste Kurbelwinkelsignal CA1 die steigende Flanke EG11 erfasst hat, das Ausgangsniveau des zweiten Kurbelwinkelsignals CA2 hoch ist (≠ das erste Muster PTN1), und wenn das erste Kurbelwinkelsignal CA1 die fallende Flanke EG12 erfasst hat, ist das Ausgangsniveau des zweiten Kurbelwinkelsignals CA2 gering (≠ das zweite Muster PTN2).
Außerdem, wenn das zweite Kurbelwinkelsignal CA2 die steigende Flanke EG21 erfasst hat, wird das Ausgangsniveau des ersten Kurbelwinkelsignals CA1 gering (≠ das dritte Muster PTN3), und wenn das zweite Kurbelwinkelsignal CA2 die fallende Flanke EG22 erfasst hat, wird das Ausgangsniveau des ersten Kurbelwinkelsignals CA1 hoch (≠ das vierte Muster PTN4).
4 ist eine Tabelle, in der die Ausgangsmuster in den 3A und 3B geordnet sind.
Die ECU 17 erfasst die Drehrichtungen der Maschine, indem die Änderungen der Ausgangsmuster in dem Maschinen-Vorwärtsmodus und dem Maschinen-Rückwärtsmodus erfasst werden.
5 zeigt ein praktisches Beispiel des Kurbelwinkelberechnungswinkels 17a in 2. Sie zeigt das erste Kurbelwinkelsignal CA1 und das zweite Kurbelwinkelsignal CA2, die durch die Drehung der Kurbelwelle 23 erzielt werden.
Der Kurbelwinkel θ_Z(n) zwischen den Flanken, der durch das erste Kurbelwinkelsignal CA1 und das zweite Kurbelwinkelsignal CA2 erfasst wird, wird repräsentiert durch: θ_Z(n) = 360/(Anzahl der zu erfassenden Zähne)/M × t_Z(n)/T(n) [CA] (∵z: 1, 2, 3, 4) (1)
Vorliegend bezeichnet T(n) [ms] die Takte zwischen vorbestimmten Flanken (für M-Takte) in dem ersten Kurbelwinkelsignal CA1, und t_Z(n) [ms] bezeichnet den Takt zwischen Flanken, die der Reihe nach durch das erste Kurbelwinkelsignal CA1 und das zweite Kurbelwinkelsignal CA2 gemessen werden.
In 5 misst T(n) einen Takt des ersten Kurbelwinkelsignals CA1, so dass M = 1 ist.
Der Kurbelwinkelsensor 16a und der Kurbelwinkelsensor 16b sind derart befestigt, dass das erste Kurbelwinkelsignal CA1 mit der Phasenführung von etwa der halben Impulsbreite (1/4-Takt) relativ zu dem zweiten Kurbelwinkelsignal CA2 erzeugt werden kann. Entsprechend wird der Kurbelwinkel θ_Z(n), welcher nach obiger Formel (1) berechnet wird, normalerweise ein Referenzkurbelwinkel θ_base [CA], der durch die folgende Formel (2) berechnet wird: θ_base = 360/(Anzahl der zu erfassenden Zähne)/4 [CA] (2)
In der Realität ist jedoch die Beziehung Kurbelwinkel θ_Z(n) gleich Referenzkurbelwinkel θ_base aufgrund von Befestigungsfehlern der Schwenkwinkelsensoren, Herstellungsfehlern der zu erfassenden Zähne, Komponentenfehlern eines Schwenkwinkelsensor-Ausgangsannahmeschaltkreises, Fehlern, die dem Laufzustand der Maschine zuzuschreiben sind, Eigenschaften der Sensoren oder dergleichen schwer zu halten.
Die Befestigungsfehler der Kurbelwinkelsensoren, Herstellungsfehler der zu erfassenden Zähne, etc., werden einmalig für die Maschine als ein so genannter Offset-Fehler θ_offset [CA] bestimmt.
Die Komponentenfehler des Kurbelwinkelsensor-Ausgangsannahmeschaltkreises, der Messfehler, Fehler, die den Sensoreigenschaften zuzuschreiben sind, etc., ändern sich entsprechend der Messung innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereiches θ_error [CA].
6 zeigt ein praktisches Beispiel des Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittels 17b in 2. Sie zeigt einen Zustand (das Kurbelwinkelsignal CA2), in dem ein Schwenkwinkel θ₁(n) = dem Referenzschwenkwinkel θ_base gehalten wird, und ein Zustand (ein Schwenkwinkelsignal CA2'), in dem der Schwenkwinkel θ₁(n) < der Referenzschwenkwinkel θ_base aufgrund des Offset-Fehlers θ_offset gehalten wird.
In dem Zustand des Schwenkwinkelsignals CA2 ändern sich die Ausgangsmuster PTN1 und PTN3 nicht, selbst wenn die Erfassungspositionen der fallenden Flanken EG11 und EG21 aufgrund der entsprechenden Fehlerbereiche θ_error11 und θ_error21 in dem Fall des Erfassens dieser steigenden Flanken EG11 und EG21 abgewichen sind.
In dem Zustand des Kurbelwinkelsignals CA2' ändern sich die Ausgangsmuster PTN1 und PTN3 in einem Fall, in dem die Erfassungsposition der steigenden Flanken EG11 und EG21 aufgrund der entsprechenden Fehlerbereiche θ_error11 und θ_error21 in dem Fall des Erfassens dieser steigenden Flanken EG11 und EG21 abgewichen sind.
Bei der Maschinendrehrichtungs-Erfassungsvorrichtung wird die Änderung der Drehrichtung der Maschine erfasst, indem die Änderungen der Ausgangsmuster erfasst werden, so dass die Maschinendrehrichtung fehlerhaft in einem Zustand erfasst wird, der demjenigen des Kurbelwinkelsignals CA2' entspricht. Daher soll die Erfassung der Maschinendrehrichtung in einem Fall gesperrt werden, in dem die nachfolgende Formel (3) einer Sperrentscheidungsbedingung gilt: θ₁(n) ≤ θ_error11 + θ_error21 (3)
Die Formel (3) der Sperrentscheidungsbedingung bedeutet, dass die Erfassung der Maschinendrehrichtung in einem Fall gesperrt wird, in dem der Schwenkwinkel θ_Z(n) gleich oder geringer als die Summe der Fehlerbereiche wird, die beim Erfassen der Flanken der beiden Enden dieses Kurbelwinkels θ_Z(n) angenommen werden können.
Außerdem weist der Fehlerbereich θ_error einen Wert auf, der sich bei jeder Flanke unterscheidet, und er wird vorab mit Hilfe einer Berechnung oder anhand eines Versuchs basierend auf Schaltkreisspezifikationen bestimmt.
Da der Fehlerbereich θ_error [CA] auch von der Maschinendrehung, einer Batteriespannung, etc. abhängt, kann er gut als eine Abbildung bewertet werden, in der die Werte der Parameter auf Achsen aufgetragen sind.
Die 7A und 7B zeigen die Fehlerbereiche θ_error, die beim Erfassen der entsprechenden Flanken und der Kurbelwinkel θ_Z(n) zwischen den Flanken betreffend das Kurbelwinkelsignal CA1 und das Kurbelwinkelsignal CA2, die durch die Drehung der Kurbelwelle erzielt werden, angenommen werden können.
Die 8A und 8B sind Tabellen, in denen jeweils die Ausgangsmuster in den 7A und 7B geordnet sind.
In dem Maschinenvorwärtszustand gemäß 7A stimmt nur der Kurbelwinkel θ₁(n) mit dem Sperrentscheidungszustand der Maschinendrehrichtungserfassung überein, und die Ausgangsmuster PTN2 und PTN4 werden normal erfasst, wie es in 8A gezeigt ist.
Außerdem stimmt in dem Maschinen-Rückwärtszustand gemäß 7B nur der Kurbelwinkel θ₂(n) mit dem Sperrentscheidungszustand der Maschinendrehrichtungserfassung überein, und die Ausgangsmuster PTN1 und PTN3 werden normal erfasst, wie es in 8B gezeigt ist.
In den in den 7A und 7B dargestellten Fällen unterscheiden sich das Ausgangsmuster in dem Vorwärtsmodus und das entsprechende Ausgangsmuster in dem Rückwärtsmodus voneinander, so dass die Maschinendrehrichtung durch Erfassen der Differenz erfasst werden kann.
Auf diese Weise kann die Maschinendrehrichtung bei der Maschinendrehrichtungs-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform normal erfasst werden, wenn das Ausgangsmuster trotz der Übereinstimmung des Drehkurbelwinkels θ_Z(n) mit der Sperrbedingung normal erfasst werden, so dass die Erfassungsfrequenz der Maschinendrehrichtung verbessert werden kann.
10 zeigt die Varianten der Takte T(n) [ms] zwischen vorbestimmten Flanken in dem ersten Kurbelwinkelsignal CA1. Es wird angenommen, dass zuvor bekannt ist, dass die Fehlerbereiche die Beziehung θ_error11 < θ_error12 bei der steigenden Flanke EG11 und der fallenden Flanke EG12 haben werden, und zwar aufgrund der Komponentenfehler des Kurbelwinkelsensorausgangsannahmeschaltkreises, des Messfehlers, der dem Betriebszustand der Maschine zuzuschreiben ist, der Sensoreigenschaften, etc. In diesem Fall, wenn der Zyklus T(n) bei der fallenden Flanke EG12 als ein Trigger gemessen wird, vergrößert sich der Messfehler, und der Berechnungsfehler des Kurbelwinkels θ_Z(n), der unter Verwendung des Taktes des T(n) berechnet wird, nimmt zu, so dass der genaue Kurbelwinkel θ_Z(n) nicht erzielt werden kann.
Entsprechend wird die Flanke des kleineren Fehlerbereichs für die Messung des Taktes T(n) verwendet, so dass der Kurbelwinkel θ_Z(n) genau berechnet werden kann, wodurch die Erfassungsgenauigkeit der Maschinendrehrichtung verbessert werden kann.
Ähnlich bleibt die Korrelation der Zyklen T(n) und t_Z(n) in dem Fall, in dem der Betriebszustand der Maschine beispielsweise aufgrund einer Beschleunigung oder eines Abbremsens, die eine abrupte Maschinendrehschwankung zur Folge haben, oder aufgrund des Auftretens einer Fehlzündung, die auf eine minderwertige Verbrennung in der Maschine zurückzuführen ist, nicht stabil ist, nicht erhalten, so dass der Fehler des Kurbelwinkels θ_Z(n) zunimmt.
Um eine derartige Situation zu vermeiden, wird die Reihe von Schwenkwinkelberechnungen in einem Zustand durchgeführt, in dem sich die Maschine stabil in einer Richtung bewegt, beispielsweise ein Leerlauf oder ein stabiler Bewegungsmodus bei konstanter Drehung der Maschine, wobei der Kurbelwinkel θ_Z(n) zwischen den Flanken genau berechnet werden kann.
Nachfolgend wird der Betrieb der Maschinendrehrichtungs-Erfassungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm gemäß 9 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 9 werden ein Kurbelwinkelsignal CA1 und ein Kurbelwinkelsignal CA2 in einem Schritt S901 gemessen, wenn der Startschalter der Maschine, der nicht dargestellt ist, eingeschaltet wird.
Anschließend werden in einem Schritt S902 der Takt t_Z(n) zwischen Flanken, die aufeinander folgend durch die Kurbelwinkelsignale CA1 und CA2 erfasst werden, und dem Takt T(n) zwischen vorbestimmten Flanken, die durch das Kurbelwinkelsignal CA1 erfasst werden, gemessen.
In einem Schritt S903 wird der Kurbelwinkel θ_Z(n) zwischen den Flanken, die aufeinander folgend durch die Kurbelwinkelsignale CA1 und CA2 erfasst werden, basierend auf den gemessenen Takten t_Z(n) und T(n) berechnet.
In einem Schritt S904 wird festgestellt, ob der berechnete Kurbelwinkel θ_Z(n) gleich dem oder kleiner als der Fehlerbereich θ_error ist oder nicht. Wenn der Kurbelwinkel gleich dem oder kleiner als der Fehlerbereich ist, werden Ausgangsmuster an beiden Enden des Kurbelwinkels θ_Z(n) in einem Schritt S905 außer Kraft gesetzt, und in dem anderen Fall wird mit einem Schritt S906 fortgefahren.
In dem Schritt S906 wird festgestellt, ob irgendein Ausgangsmuster existiert oder nicht, das für die Erfassung einer Maschinendrehrichtung gültig ist. Wenn kein gültiges Ausgangsmuster existiert, wird die Erfassung der Drehrichtung der Maschine in einem Schritt S907 gesperrt, um die Steuerung zu sperren, die basierend auf der Drehrichtung der Maschine durchgeführt werden, und um die Abnormalität dem Fahrer eines Fahrzeugs anzuzeigen, woraufhin die Verarbeitung wiederholt wird. Wenn hingegen ein gültiges Ausgangsmuster existiert, wird die Erfassung der Drehrichtung der Maschine in einem Schritt S908 durchgeführt, woraufhin die Verarbeitung wiederholt wird.
Gemäß der Steuervorrichtung für die Verbrennungsmaschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine mit einem Maschinendrehrichtungs-Erfassungsmittel zum Erfassen einer Drehrichtung der Maschine basierend auf Ausgangswellenformen von zwei Kurbelwinkelsensoren, zwischen denen eine vorbestimmte Phasendifferenz vorliegt, wie zuvor beschrieben ein Kurbelwinkelberechnungsmittel zum Berechnen eines Kurbelwinkels zwischen Flanken, die durch den ersten Kurbelwinkelsensor und den zweiten Kurbelwinkelsensor erfasst werden, basierend auf einem Kurbeltakt zwischen den Flanken, und ein Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittel zum Sperren der Erfassung einer Maschinendrehrichtung basierend auf dem Kurbelwinkel, der durch das Kurbelwinkelberechnungsmittel berechnet wurde, wobei das Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittel derart konfiguriert ist, dass die Erfassung der Maschinendrehrichtung basierend auf einem Ausgangsmuster gesperrt wird, wenn der Kurbelwinkel, der durch das Kurbelwinkelberechnungsmittel berechnet wurde, eine vorbestimmte Sperrentscheidungsbedingung erfüllt. Entsprechend kann die Steuervorrichtung sehr gute Operationen und Vorteile erzielen, wie es zuvor beschrieben wurde.
Selbst wenn eine Situation auftritt, in der sich das Ausgangsmuster der Kurbelwinkelsensoren trotz einer nicht vorhandenen Änderung der Maschinendrehrichtung aufgrund der Befestigungsfehler der Kurbelwinkelsensoren, des Herstellungsfehlers der zu erfassenden Zähne, der Komponentenfehler eines Kurbelwinkelsensor-Ausgangsannahmeschaltkreises, eines Messfehlers, der dem Betriebszustand der Maschine zuzuschreiben ist, von Sensoreigenschaften und dergleichen ändert, wird die Erfassung der Maschinendrehrichtung gesperrt, so dass die Maschinendrehrichtung nicht falsch erfasst wird, und Steuerungen, die basierend auf der Maschinendrehrichtung durchgeführt werden, können effektiv ausgeführt werden.
Außerdem wird nur das Ausgangsmuster in demjenigen Fall, in dem die für die Berechnung des Kurbelwinkels relevanten Flanken, welche die Sperrentscheidungsbedingung bilden, erfasst wurden, gesperrt, so dass dieses nicht für die Erfassung der Maschinendrehrichtung verwendet wird, weshalb die Drehrichtung der Maschine genau erfasst und ferner die Erfassungsfrequenz der Maschinendrehrichtung verbessert werden kann, ohne die Erfassung der Drehrichtung unnötig zu sperren.
Zudem wird der Kurbelwinkel zwischen den Flanken hoher Erfassungsgenauigkeit für die Kurbelwinkelberechnung verwendet, so dass die Drehrichtung der Maschine genau erfasst werden kann.
Da die geeignete Sperrentscheidungsbedingung für jeden zu berechnenden Kurbelwinkel eingestellt werden kann, kann die Drehrichtung der Maschine genau erfasst werden, und ferner kann die Erfassungsfrequenz der Maschinendrehrichtung verbessert werden, ohne die Erfassung der Drehrichtung unnötig zu sperren.
Ferner wird der Kurbelwinkel in einem Zustand berechnet, in dem die Maschine sich stabil in einer Richtung dreht, so dass der genaue Kurbelwinkel zwischen den Flanken berechnet werden kann, ohne durch den Messfehler des Kurbeltaktes beeinflusst zu werden, der einer Drehschwankung zuzuordnen ist, und das Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittel kann basierend auf dem Kurbelwinkel ordnungsgemäß betrieben werden.
In einem Zustand, in dem die Drehrichtung der Maschine unbestimmt ist, werden Steuerungen, die basierend auf der Maschinendrehrichtung durchgeführt werden, gesperrt, so dass jegliche Fehlsteuerung, die zu einer Beschädigung der Maschine führt, verhindert werden kann. Zudem ist die Steuervorrichtung mit einem Mittel versehen, um den Fahrer eines Fahrzeuges über die Tatsache zu informieren, dass die Erfassung der Maschinendrehrichtung gesperrt ist, wodurch die Wartungsfreundlichkeit der Steuervorrichtung verbessert werden kann, so dass die anderen Steuerungen, die basierend auf der Erfassung der Maschinendrehrichtung ausgeführt werden, effektiv durchgeführt werden können.

Claims

Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine, wobei ein erster Kurbelwinkelsensor (16a) und ein zweiter Kurbelwinkelsensor (16b) zum Erfassen der Drehung einer Kurbelwelle (23) angeordnet sind; der zweite Kurbelwinkelsensor derart angeordnet ist, dass er eine vorbestimmte Ausgangsphasendifferenz relativ zu dem ersten Kurbelwinkelsensor aufweist; der erste und der zweite Kurbelwinkelsensor Pulssignale ausgeben, die steigende Flanken und fallende Flanken aufweisen, die entsprechend auf die Anwesenheit und auf die Abwesenheit einer Mehrzahl von zu erfassenden Zähnen erzeugt werden, die an einem Umfang einer Kurbelscheibe (14) angeordnet sind; Kombinationen der steigenden Flanke und der fallenden Flanke, die durch den ersten Kurbelwinkelsensor erfasst werden, mit Ausgangswerten des zweiten Kurbelwinkelsensors entsprechend als ein erstes Ausgangsmuster und ein zweites Ausgangsmuster gesetzt werden, während Kombinationen der steigenden Flanke und der fallenden Flanke, die durch den zweiten Kurbelwinkelsensor erfasst werden, mit Ausgangswerten des ersten Kurbelwinkelsensors entsprechend als ein drittes Ausgangsmuster und ein viertes Ausgangsmuster gesetzt werden; und ein Maschinendrehrichtungs-Erfassungsmittel (17c) angeordnet ist, um zu entscheiden, dass eine Drehrichtung der Maschine sich geändert hat, wenn die Ausgangsmuster sich geändert haben; mit: einem Kurbelwinkelberechnungsmittel (17a) zum Berechnen eines Kurbelwinkels zwischen den Flanken, die durch den ersten Kurbelwinkelsensor (16a) und den zweiten Kurbelwinkelsensor (16b) erfasst werden, basierend auf einem Kurbelzyklus zwischen den Flanken; und einem Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittel (17b) zum Sperren der Erfassung der Maschinendrehrichtung basierend auf dem Kurbelwinkel, der durch das Kurbelwinkelberechnungsmittel berechnet wurde, wobei das Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittel (17b) die Erfassung der Maschinendrehrichtung basierend auf dem Ausgangsmuster, das auf den Flanken basiert, die den Kurbelwinkel bilden, sperrt, wenn der Kurbelwinkel, der durch das Kurbelwinkelberechnungsmittel (17a) berechnet wurde, eine vorbestimmte Sperrentscheidungsbedingung erfüllt hat.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Sperrentscheidungsbedingung basierend auf Fehlerbereichen eingestellt wird, die vorab bestimmt werden, wenn die Flanken durch den ersten Kurbelwinkelsensor (16a) und den zweiten Kurbelwinkelsensor (16b) erfasst werden.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Kurbelwinkelberechnungsmittel (17a) die Berechnung des Kurbelwinkels durchführt, wenn entschieden wurde, dass sich die Maschine in einer Richtung stabil dreht.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die ferner ein Mittel zum Sperren von Steuerungen aufweist, die basierend auf der Maschinendrehrichtung durchgeführt werden, und Mittel (29) zum Informieren des Fahrers eines die Maschine aufnehmenden Fahrzeugs über die Sperrung der Erfassung der Maschinendrehrichtung, wenn die Erfassung der Maschinendrehrichtung durch das Maschinendrehrichtungs-Erfassungssperrmittel (17b) gesperrt wurde.