DE19804327A1

DE19804327A1 - Method for exact rpm determination of IC engine

Info

Publication number: DE19804327A1
Application number: DE1998104327
Authority: DE
Inventors: Karl Ott; Michael Lehner; Klaus Ries-Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2018-02-05
Also published as: DE19804327B4

Abstract

The method involves using an eccentric transmitter disc attached to the crankshaft, and measuring the eccentricity to provide compensation factors to obtain exact rpm. An eccentric transmitter disc (1) rotating with the crankshaft has a number of approximately equidistant markings (2), which are scanned by a sensor (3). After an identification step, a detection step is carried out from a reference time, to detect the beginning or end of each marking through the evaluation of the sensor signal. A compensation step provides dynamic compensation of each single marking time point for a rotation of the shaft, and forms a compensation factor for each marking time. An average value is formed from all the factors compensation factors. A first extraction step determines the maximum eccentricity error by extracting the compensation factors that correspond exactly to the average value. A second extraction step extracts, which is not for correcting marking lines which have no deviation, caused by the disc eccentricity, involves halving a time interval or angular distance between the factors extracted in the first extraction step. A correction step corrects the deviating time points to obtain the exact rpm.

Description

Background of the Invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur genauen Erfassung der Drehzahl eines Brennkraftmotors in Über einstimmung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for accurate Detection of the speed of an internal combustion engine in over in line with the characteristics of the generic term of Claim 1.

State of the art

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 41 33 679 der Robert Bosch GmbH bekannt. Dieses bekannte Verfahren zielt im wesentlichen darauf ab, fertigungsbedingte Toleranzen der jeweiligen Abstände von Winkelsegment flanken zu kompensieren, so daß, auch wenn die Winkel segmente nicht besonders exakt gefertigt sind, nach erfolgter Kompensation der einzelnen durch die Abtastung der Segmente er faßbaren Impulsabstände die Drehzahl sehr genau bestimmt werden kann. Die mit Hilfe dieser Kompensation korrigierten Drehzahlwerte werden bei dem bekannten Verfahren zu einer zuverlässigen Aussetzer erkennung aufgrund der bei Aussetzern auftretenden Drehzahlschwankungen des Motors verwendet.Such a method is known from DE-OS 41 33 679 Robert Bosch GmbH known. This known method essentially aims at manufacturing-related Tolerances of the respective distances from the angular segment flanks to compensate so that even if the angle segments are not manufactured particularly precisely, according to compensation of the individual by sampling the segments he detectable pulse intervals the speed very can be determined precisely. With the help of this Compensation corrected speed values are used in the known method to a reliable dropout Detection based on misfires Engine speed fluctuations used.

Aus dem DE-Patent 196 22 448 der Robert Bosch GmbH ist ein weiteres Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaus setzern bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem ein Maß für die Laufunruhe der Brennkraftmaschine für jeden Zylinder individuell gebildet und mit einem vorbestimmten Referenzwert verglichen wird. Dieses Maß für die Laufunruhe wird auf der Basis von Zeiten gebildet, in denen die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vorbestimmte Winkelbereiche überstreicht, und eine Überschreitung des Referenzwerts wird als Aussetzer gewertet.From the DE patent 196 22 448 of Robert Bosch GmbH another method of detecting combustion out known in multi-cylinder internal combustion engines, which is a measure of the uneven running of the internal combustion engine made individually for each cylinder and with one predetermined reference value is compared. That measure for uneven running is based on times formed in which the crankshaft of the internal combustion engine predetermined angular ranges, and a Exceeding the reference value is considered a dropout rated.

Als ein wesentlicher Einfluß auf die Exaktheit der Dreh zahlerfassung ist eine Exzentrizität der Geberscheibe in Bezug auf die sie antreibende Motorwelle zu betrachten. In der beiliegenden Fig. 1 ist eine Geberscheibe 1 dar gestellt, die an ihrer Peripherie Markierungen in Form vieler annähernd äquidistanter Zähne 2 hat. Gegenüber der Peripherie der Geberscheibe 1 ist ein Aufnehmer 3 unter Einhaltung eines Luftspaltes LS starr angeordnet. Die Mitte der Scheibe 1 hat gegenüber dem Drehpunkt eine Exzentrizität von ±x. (Die Exzentrizität der Geberscheibe ist in Fig. 1 stark übertrieben dargestellt.) Dadurch variiert auch der Abstand der Peripherie der Scheibe 1 von der Stirnseite des Aufnehmers 3, d. h. die Größe des Luftspaltes LS zwischen einem Maximalwert LS_max und einem Minimalwert LS_min jeweils um +x oder -x. Der dabei entstehende Winkelfehler kann leicht 0,5° KW betragen (Vgl. Fig. 2 in der der maximale Winkelfehler in °KW abhängig von der Exzentrizität dreier Geberscheiben aufgetragen ist.)An essential influence on the accuracy of the speed detection is an eccentricity of the encoder disc in relation to the motor shaft driving it. In the accompanying Fig. 1, a sensor disc 1 is provided, which has markings in the form of many approximately equidistant teeth 2 on its periphery. Compared to the periphery of the encoder disk 1 , a sensor 3 is rigidly arranged while maintaining an air gap LS. The center of the disc 1 has an eccentricity of ± x with respect to the pivot point. (The eccentricity of the encoder disc is shown in a greatly exaggerated manner in FIG. 1.) As a result, the distance between the periphery of the disc 1 and the end face of the transducer 3 also varies, ie the size of the air gap LS between a maximum value LS _max and a minimum value LS _min + x or -x. The resulting angular error can easily amount to 0.5 ° KW (see Fig. 2 in which the maximum angular error in ° KW is plotted depending on the eccentricity of three encoder disks.)

Aus der DE-OS 41 33 679 ist ein Verfahren zur Korrektur mechanischer Toleranzen eines Geberrades, das auf der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine befestigt ist, bekannt. Dieses Geberrad weist an seiner Oberfläche eine Anzahl von Winkelmarken auf, die bei rotierender Kurbelwelle am Aufnehmer vorbeilaufen. Die im Aufnehmer erzeugten elektrischen Impulse spiegeln im wesentlichen die Oberfläche des Geberrades wieder. Die zeitlichen Abstände vorgebbarer Impulsflanken (Rückflanken oder Vorderflanken) werden üblicherweise zur Drehzahl bestimmung ausgewertet. Im Schubbetrieb der Brennkraft maschine, also bei etwa konstanter Drehzahl werden aufeinanderfolgende zeitliche Abstände miteinander verglichen. Die erhaltenen Zeitintervalldifferenzen werden durch die mechanischen Toleranzen des Geberrades bzw. der Abstände zwischen einzelnen Winkelmarken verursacht. Diese Zeitintervalldifferenzen werden im Steuergerät der Brennkraftmaschine abgespeichert und bei den nächsten Drehzahlermittlungen berücksichtigt. Durch die so erhaltene Kompensation der von den Fertigungstoleranzen verursachten Ungenauigkeiten läßt sich die Drehzahl der Kurbelwelle besonders genau bestimmen. Diese Bestimmung ist so genau und kann so schnell durchgeführt werden, daß Drehzahlschwankungen, die in Folge von ungleich starken Verbrennungen in verschiedenen Zylindern verursacht werden, erkannt werden können. Durch Vergleich solcher Drehzahlschwankungen mit einem Schwellwert kann ein Maß für die Laufruhe bzw. die Laufunruhe der Brennkraftmaschine gewonnen werden.DE-OS 41 33 679 describes a method for correction mechanical tolerances of an encoder wheel on the Crankshaft of an internal combustion engine is attached, known. This sensor wheel has a surface Number of angle marks on the rotating Run the crankshaft past the sensor. The one in the transducer generated electrical pulses essentially reflect the surface of the encoder wheel again. The temporal Distances of definable pulse edges (trailing edges or Leading edges) usually become the speed determination evaluated. In overrun mode of the internal combustion engine machine, i.e. at a constant speed successive time intervals with each other compared. The time interval differences obtained are determined by the mechanical tolerances of the encoder wheel or the distances between individual angle marks caused. These time interval differences are in the Control unit of the internal combustion engine stored and at the next speed determination. By the compensation thus obtained from the Manufacturing tolerances caused inaccuracies the speed of the crankshaft is particularly precise determine. This determination is so precise and can be so be carried out quickly that fluctuations in speed, the result of unevenly severe burns in different cylinders are caused to be recognized can. By comparing such speed fluctuations with A threshold value can be a measure of the smooth running or the Uneven running of the internal combustion engine can be obtained.

Brief description of the invention

Es ist Aufgabe ,dieser Erfindung, das aus der gattungs bildenden Druckschrift bekannte Verfahren weiterzubilden und ein Verfahren zur exakten Drehzahlerfassung unabhängig von der Exzentrizität der Geberscheibe zu ermöglichen.It is an object of this invention, which comes from the genus further developing known methods and a method for exact speed detection regardless of the eccentricity of the encoder disc enable.

Die obige Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur genauen Drehzahlerfassung eines Brennkraft motors mit einer Geberscheibe, die mit einer mit dem Motor drehenden Welle verbunden ist, und die eine Anzahl von annähernd äquidistanten Markierungen aufweist, die von einem Aufnehmer abtastbar sind, wobei die Geberscheibe gegenüber der Welle eine Exzentrizität aufweist, mit folgenden Schritten: The above task is for a generic Method for accurate speed detection of an internal combustion engine motors with one encoder disc, one with the Motor rotating shaft is connected, and the one number of approximately equidistant markings that are scanned by a transducer, the Encoder disc with respect to the shaft an eccentricity with the following steps:

a) a determination step determines whether the engine is in overrun mode,
b) then captures a capture step from a reference time, the times of the beginning and / or End each mark by evaluating one of those Transducer emitted signal, and
c) a compensation step carries out a dynamic compensation of each recorded marking time in relation to an orbital period of the wave and forms a compensated factor for each individual marking time,
solved according to the invention in that
d) an averaging step is an average of all factors formed in step c),
e) a first extraction step the maximum Eccentricity error due to extraction of the factors determined that exactly the one formed in step d) Correspond to mean,
f) a second extraction step not to corrective marking times that none by the Disc eccentricity caused by Halving the time interval or angular distance between those extracted in the first extraction step Factors extracted, and
g) a correction step in the different times corrected positive or negative direction, the then reproduce the exact speed.

Mit Hilfe der oben angegebenen erfindungsgemäßen Verfahrensschritte läßt sich eine exakte Drehzahler fassung unabhängig von der Exzentrizität der Geberscheibe erreichen. Damit können auch die Fertigungstoleranzen bei der Fertigung der Geberscheibe ausgeweitet werden. Die Geberscheibe muß demnach kein besonderes Präzisionsteil mehr sein. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit elektronischen Mitteln während des Normalbetriebs, nämlich im Schubbetrieb des Motors ausführen und bedarf keiner vorherigen Eichung.With the help of the above-mentioned invention Process steps can be an exact speed frame independent of the eccentricity of the encoder disc to reach. This can also reduce the manufacturing tolerances the manufacture of the encoder disc can be expanded. The Accordingly, the encoder disc does not have to be a special precision part be more. The method according to the invention can be used electronic means during normal operation, namely run in overrun mode of the engine and needs no previous calibration.

Das hier vorgeschlagene Verfahren läßt sich besonders bei Dieselmotoren zur exakten Erfassung des Spritzbeginns anwenden, der für den Spitzendruck und die Abgaswerte entscheidend ist. Hier ist besonders eine hochaufgelöste exakte Drehzahlerfassung des Motors gefordert, wie dies die Erfindung leistet.The method proposed here can be used in particular Diesel engines for precise detection of the start of spraying apply that for peak pressure and exhaust gas values is crucial. Here is a particularly high-resolution one exact engine speed detection is required, like this the invention accomplishes.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Verfahrens schritte und Maßnahmen werden zusätzliche Vorteile des im Patentanspruch 1 spezifizierten Verfahrens erzielt.By the procedure listed in the subclaims steps and measures are additional advantages of the Claim 1 specified method achieved.

drawing

Die Zeichnungsfiguren zeigen im einzelnen:The drawing figures show in detail:

Fig. 1 schematisch mechanische Beziehungen einer auf einer Motorwelle montierten und exzentrisch drehenden Geberscheibe und eines gegenüber ihrer Peripherie im Abstand montierten Aufnehmers, wobei die Exzentrizität stark übertrieben dargestellt ist; Figure 1 schematically shows mechanical relationships of an eccentrically rotating encoder disk mounted on a motor shaft and a sensor mounted at a distance from its periphery, the eccentricity being shown in a greatly exaggerated manner;

Fig. 2 graphisch den sich bei drei Geberscheiben mit unterschiedlichen Radien einstellenden Winkelfehler in Grad Kurbelwinkel abhängig von dem Abstand vom Drehpunkt zum Scheibenmittelpunkt; und Figure 2 graphically depending on three transducer disks with different radii adjusting angle error in degree crank angle of the distance from the pivot point to the disk center. and

Fig. 3 Meßwerte von Winkelabweichungen jedes Zahns (Zahnzeiten) eines (60-2)-Zähnerads in Form eines im erfindungsgemäßen Verfahren weiter verarbeiteten Kompen sationsfaktors. Fig. 3 measured values of angular deviations of each tooth (tooth times) of a (60-2) toothed wheel in the form of a compensation factor further processed in the inventive method.

Embodiment

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Beispielhaft vorausgesetzt ist eine auf der Kurbelwelle des Motors montierte Geberscheibe, deren Umfang in 60 Zahninkremente eingeteilt ist, wobei zwei Zähne an einer bestimmten Winkelposition zur Vorgabe eines Referenzwinkels weg gelassen sind. Dies nennt man ein (60-2)-Zähnerad. Es muß jedoch ausdrücklich bemerkt werden, daß das von der Erfindung vorgeschlagene Verfahren nicht auf eine der artige Geberscheibe beschränkt ist, sondern so vielseitig ist, daß es Exzentrizitäten und Drehzahlschwankungen von andersartigen Geberscheiben, z. B. solchen, die mehr oder weniger Zähne an ihrer Peripherie haben und auch Exzentrizitäten von durch andersartige physikalische Prinzipien abgetasteten Geberscheiben kompensieren kann.An embodiment of the invention is shown below explained in more detail with reference to the drawing. Exemplary provided that there is one on the crankshaft of the engine mounted encoder disc, its circumference in 60 tooth increments is divided, with two teeth on a particular one Angular position away for specifying a reference angle are relaxed. This is called a (60-2) gear. It must however, it should be expressly noted that the Proposed method not on one of the like encoder disk is limited, but so versatile is that there are eccentricities and speed fluctuations of different types of encoder disks, e.g. B. those who more or have fewer teeth on their periphery and also Eccentricities of through different physical Principles of scanned encoder disks can compensate.

In Fig. 3 zeigen die durch Quadrate dargestellten Punkte Winkelabweichungen F in Grad Kurbelwinkel jedes einzelnen Zahns einer beispielhaft als 60-2-Zähnerad gestalteten Geberscheibe und zwar über eine vollständige Kurbel wellenumdrehung. Diese Winkelabweichungen von dem durch 0° repräsentierten Sollwert werden durch folgende Schritte ermittelt:
Zunächst wird ermittelt, ob sich der Motor im Schub betrieb befindet; dann erfaßt ein Erfassungsschritt ausgehend von einer willkürlich gewählten Bezugsflanke (z. B. einer negativen Bezugsflanke) die Zeitpunkte des Beginns und/oder Endes jeder Markierung, d. h. jedes Zahns. Die Zeiten der Zähne in der Lücke (siehe die Überschwinger) werden unter Bezug auf die Zeitpunkte der Nachbarzähne interpoliert. Dann werden die so erfaßten Zahnzeiten einer Dynamikkompensation unterworfen. Unter Bezug auf die Umlaufzeit einer Kurbelwellenumdrehung entsteht so ein Abweichungsfaktor F für die Zeit jeder Zahnflanke (positive und/oder negative Zahnflanke).In Fig. 3, the dots represented by squares show angular deviations F in degrees of crank angle of each tooth of an encoder disk designed, for example, as a 60-2 toothed wheel, namely over a complete crankshaft revolution. These angular deviations from the nominal value represented by 0 ° are determined by the following steps:
First, it is determined whether the engine is in overrun mode; then a detection step, starting from an arbitrarily selected reference edge (e.g. a negative reference edge), detects the times of the beginning and / or end of each marking, ie each tooth. The times of the teeth in the gap (see the overshoots) are interpolated with reference to the times of the neighboring teeth. Then the tooth times recorded in this way are subjected to dynamic compensation. With reference to the revolution time of a crankshaft revolution, a deviation factor F arises for the time of each tooth flank (positive and / or negative tooth flank).

Dieser kompensierte Faktor F ist in Fig. 3 in Form einer Abweichung von einem Sollwert aufgetragen (Einheit 0,075° KW). Die quadratischen Punkte geben die Winkelabweichung vom 0°-Wert vor dem Eingang eines nicht näher dargestellten und erläuterten Steuergeräts und die durch kleine Kreise ○ bezeichneten Punkte die Winkel abweichung vom 0°-Wert am Ausgang dieses Steuergeräts an. Der in Fig. 3 dargestellte Verlauf der Winkelabweichungen vom Sollwert (0°) über eine gesamte Kurbelwellenumdrehung zeigt eine Gesamtwinkelabweichung von ungefähr 0,2° und 0,15°, also insgesamt 0,35° KW.This compensated factor F is plotted in FIG. 3 in the form of a deviation from a target value (unit 0.075 ° KW). The square dots indicate the angular deviation from the 0 ° value before the input of a control unit (not shown and explained in more detail) and the dots denoted by small circles ○ indicate the angular deviation from the 0 ° value at the output of this control unit. The course of the angular deviations from the target value (0 °) over an entire crankshaft revolution shown in FIG. 3 shows a total angular deviation of approximately 0.2 ° and 0.15 °, that is to say a total of 0.35 ° KW.

Der Verlauf der in Fig. 3 dargestellten Kurve der Winkel abweichungen gibt deutlich die durch die exzentrische Lagerung der Geberscheibe 1 bewirkte periodische Fluktuation wieder, die annähernd sinusförmig ist. Zur Ermittlung eines exakten Drehzahlwertes wird nun erfindungsgemäß ein Mittelwert aller durch die Dynamik kompensation gebildeter Abweichungsfaktoren gebildet. Dabei sind die Zähne, deren Faktor F dem Mittelwert entspricht, mit dem maximalen Exzentrizitätsfehler behaftet.The course of the curve of the angle deviations shown in FIG. 3 clearly shows the periodic fluctuation caused by the eccentric mounting of the encoder disk 1 , which is approximately sinusoidal. To determine an exact speed value, an average of all the deviation factors formed by the dynamic compensation is now formed according to the invention. The teeth, whose factor F corresponds to the mean value, are affected by the maximum eccentricity error.

Mit einem ersten Extraktionsschritt wird der maximale Fehler durch die Extraktion der Faktoren F, die genau dem gebildeten Mittelwert entsprechen, ermittelt. Dann erfolgt ein zweiter Extraktionsschritt, der die nicht zu korrigierenden Zahnzeiten oder Faktoren F, die keine durch die Scheibenexzentrizität verursachte Abweichung haben, durch Halbieren des zeitlichen Abstandes oder Winkelabstandes zwischen den im ersten Extraktionsschritt extrahierten Abweichungsfaktoren extrahiert. Diese Zahnzeiten bzw. Faktoren benötigen keine Korrektur, da sie exakt stimmen. Der Grund dafür ist, daß bei kleinstem und größtem Luftspalt LS_min und LS_max (siehe Fig. 1) der Winkelfehler gleich 0 ist.In a first extraction step, the maximum error is determined by extracting the factors F that correspond exactly to the mean value formed. A second extraction step then takes place, which extracts the tooth times or factors F which are not to be corrected and which have no deviation caused by the disk eccentricity, by halving the time interval or angular distance between the deviation factors extracted in the first extraction step. These tooth times or factors do not need to be corrected because they are exactly right. The reason for this is that with the smallest and largest air gap LS _min and LS _max (see FIG. 1) the angular error is 0.

Schließlich werden die restlichen Zahnzeiten entsprechend in positiver oder negativer Richtung korrigiert. Die auf diese Weise Exzentrizitäts-korrigierten Zahnzeiten geben jeweils die exakte Drehzahl in jedem Winkelinkrement über eine Umdrehung der Kurbelwelle wieder.Finally, the remaining tooth times will be appropriate corrected in positive or negative direction. The on this way give eccentricity-corrected tooth times the exact speed in each angular increment one revolution of the crankshaft again.

Zu erwähnen ist noch, daß der gesamte Winkelbereich der Geberscheibe in Segmente aufgeteilt sein kann, wie sie in Fig. 3 durch die eingezeichneten Segmentgrenzen ausge geben sind. Das heißt, daß die der Messung in Fig. 3 zugrundeliegende Geberscheibe 1 in zwei diese halbierende 180°-Segmente eingeteilt war.It should also be mentioned that the entire angular range of the encoder disk can be divided into segments, as are given in FIG. 3 by the segment boundaries shown. This means that the encoder disk 1 on which the measurement in FIG. 3 was based was divided into two 180 ° segments bisecting these.

Claims

1. A method for accurate speed detection of an internal combustion engine with a sensor disc ( 1 ) which is connected to a shaft rotating with the motor and which has a number of approximately equidistant markings ( 2 ) which can be scanned by a sensor ( 3 ), wherein the encoder disc has an eccentricity (± x) with respect to the shaft, with the following steps:

a) a determination step determines whether the engine is in overrun mode,
b) then, starting from a reference point in time, a detection step detects the points in time at the start and / or end of each marking by evaluating a signal emitted by the sensor, and
c) a compensation step carries out a dynamic compensation of each recorded marking time in relation to a round trip time of the wave and forms a compensated factor (F) for each individual marking time,
characterized in that
d) an averaging step forms an average of all factors (F) formed in step c),
e) a first extraction step determines the maximum eccentricity error by extracting the factors (F) which correspond exactly to the mean value formed in step d),
f) a second extraction step extracts the marking times which are not to be corrected and which have no discrepancy caused by the disc eccentricity, by halving the time interval or angular distance between the factors extracted in the first extraction step, and
g) a correction step corrects the deviating times in a positive or negative direction, which then reproduce the exact speed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the encoder disc ( 1 ) is connected to the crankshaft of the engine.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the markings are formed by equidistant teeth ( 2 ) on the periphery of the encoder disc ( 1 ).

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 3 ) is an inductive sensor and is arranged at an air gap (LS) forming distance from the periphery of the sensor wheel for detecting the teeth ( 2 ).

5. The method according to claim 3 or 4, characterized characterized in that a certain number of Teeth corresponding gap once between teeth is provided.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that further step b) Interpolation step that follows the tooth times in the Gap due to the tooth times of neighboring teeth interpolated.