EP1390762A2 - Drehzahlerfassungsverfahren - Google Patents

Drehzahlerfassungsverfahren

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Publication number
EP1390762A2
EP1390762A2 EP02742708A EP02742708A EP1390762A2 EP 1390762 A2 EP1390762 A2 EP 1390762A2 EP 02742708 A EP02742708 A EP 02742708A EP 02742708 A EP02742708 A EP 02742708A EP 1390762 A2 EP1390762 A2 EP 1390762A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
speed
internal combustion
combustion engine
correction factors
sector
Prior art date
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Ceased
Application number
EP02742708A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Hirn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1390762A2 publication Critical patent/EP1390762A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0097—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating speed signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/489—Digital circuits therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1413—Controller structures or design
    • F02D2041/1432—Controller structures or design the system including a filter, e.g. a low pass or high pass filter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F02D41/28—Interface circuits
    • F02D2041/286—Interface circuits comprising means for signal processing
    • F02D2041/288—Interface circuits comprising means for signal processing for performing a transformation into the frequency domain, e.g. Fourier transformation

Definitions

  • the invention relates to a method for speed detection in an internal combustion engine, in which a sector wheel connected to a crankshaft is scanned and the passage of a sector of a certain size is determined.
  • Such speed detection methods are common in internal combustion engines, normally a gearwheel attached to a crankshaft is scanned with 60 teeth. Since, due to the working principle of an internal combustion engine with a constant change between compression and expansion of the working gas, the speed is not constant, but is overlaid by a periodic oscillation that results from different torque contributions of the individual cylinders, averaging is usually carried out in the speed detection so that several Tooth of the gear wheel can be scanned. As a rule, the scanning takes place over an angle of rotation of the crankshaft of 180 °, which corresponds to one working cycle of a four-cylinder contact cycle internal combustion engine. The scanning of shorter sectors or a smaller number of teeth would result in an error that was too great due to the periodic vibrations mentioned.
  • the averaging caused by the scanning of a plurality of teeth can be selected almost as desired with regard to the start or end of the averaging.
  • the averaging is started in time so that it is completed immediately before the planned action, in order to then have the most current speed information possible.
  • the speed information is not as up-to-date, as it would actually be desired, since an averaging is a filter with a low-pass function in terms of message technology.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for speed detection in an internal combustion engine, in which the instantaneous speed of the internal combustion engine can be determined exactly without a time delay.
  • This task is solved in a method for speed detection in an internal combustion engine described at the outset by taking correction parameters dependent on operating parameters and, in order to achieve a correction with regard to periodic speed fluctuations occurring during operation of the internal combustion engine, the length of time that the passage through a sector determines Large sector wheel connected to the crankshaft takes time to be corrected using these correction factors so that a corrected period of time is obtained.
  • the concept according to the invention therefore takes into account information about the periodic speed fluctuations which would lead to a falsification of the speed measurement if the time-consuming averaging is dispensed with.
  • the information about the vibration can be evaluated. This allows the recording time to be shortened or even averaging to be completely dispensed with.
  • the speed detection method according to the invention provides much more current speed information than was possible in the prior art. This has a particularly advantageous effect when operating an internal combustion engine, since the control of the internal combustion engine can be based on a more precise knowledge of the rotational speed, which enables improvements in operational comfort, safety and fuel economy as well as low pollution of an internal combustion engine.
  • the correction factors are to be selected such that they provide information about the periodic speed vibrations which inevitably occur during operation of the internal combustion engine. It is particularly preferred that the correction factors are chosen as development coefficients for a synthesis or modeling of the speed vibrations. Such correction factors then make it possible to model the speed vibrations depending on the operating point, so that these can then be taken into account very precisely and depending on the operating parameters when recording the speed.
  • the correction factors can be based on any type of series development of an oscillation function.
  • a simple sine oscillation is used.
  • the correction factors are then limited to two values, amplitude and phase of the sine wave. In this case, too, they are stored in a map dependent on the operating parameters. More complex Fourier syntheses
  • Vibration functions then use correspondingly higher numbers of coefficients, this higher storage effort also being countered by greater accuracy in the speed detection. For example, Taylor development is also optionally possible.
  • How the correction factors are used to correct the disturbance due to the periodic speed fluctuations is in principle not decisive for the invention. However, it is particularly expedient to calculate a duration error from the correction factors, with which the duration that the passage of the sector of certain sizes of the sector wheel lasts is corrected in order to correct errors due to the periodic speed oscillation. This calculation method is particularly easy to carry out and is gentle on the computing time, since only a time error has to be determined and then added to the measured time.
  • the accuracy with which the speed can be determined essentially depends on two parameters: on the one hand on the exactness with which the vibration can be modeled, and on the other hand on the accuracy with which the speed can be measured, and therefore on the Size of the sector over which the sector wheel is scanned.
  • the concept according to the invention now makes it possible to select the speed detection as a function of the required accuracy. If a highly precise speed measurement is required, on the one hand the computing effort for the simulation of the periodic oscillation can be increased, on the other hand one can scan a larger sector of the sector wheel. If the need for accuracy is lower, the computational effort can be reduced and / or the scanned sector size can be reduced.
  • the method is particularly advantageous for conventional internal combustion engines if a gearwheel connected to the crankshaft in a rotationally fixed manner is used as the sector gear.
  • the generation of the correction factors can be obtained by theoretical model considerations with regard to the internal combustion engine intended for the application. However, it is particularly preferable to obtain the correction factors as a function of operating parameters of the internal combustion engine from measurements of the speed vibrations on a test bench.
  • 1 is a block diagram of an internal combustion engine, the speed of which is to be recorded
  • An internal combustion engine 1 is shown schematically in FIG. 1, the operation of which is controlled by a control unit 2 via lines that are not specified.
  • This control unit 2 measures operating parameters of the internal combustion engine, for example the rotational speed N and the load, and allocates to the internal combustion engine 1, which in the example shown schematically is a four-cylinder internal combustion engine, a quantity of fuel which is required for handling the current operating phase.
  • the internal combustion engine 1 rotates a crankshaft 3 which drives a motor vehicle (not shown).
  • a gearwheel 4, which has 60 teeth, is seated on the crankshaft 3.
  • the teeth of the gearwheel 4 are sensed by a fork light barrier 5, which transmits its signals to the control device 2 via lines not shown.
  • control device 2 determines the information about the speed N required for controlling the operation of the internal combustion engine 1. For this purpose, the control device 2 accesses a map memory 6 in a method for speed detection to be described, in which values are stored in a map depending on the operating parameters.
  • the control device 2 For the operation of the internal combustion engine 1, the control device 2 requires knowledge of the current speed N of the crankshaft 3. This information is required, for example, when determining the fuel mass to be injected m the cylinders of the internal combustion engine 1, which in the present example is a diesel internal combustion engine, and the choice of the injection timing , For optimal operation of the internal combustion engine, the speed information should therefore be as current as possible at the point in time at which the injection is carried out and correspond to the actual speed N of the crankshaft 3. The rotation of the crankshaft 3 is superimposed on periodic speed fluctuations which result from different torque contributions of the individual cylinders of the four-cylinder internal combustion engine 1.
  • FIG. 5 shows the influence of this periodic oscillation for the model case of a constant mean speed N.
  • the time period T that the passage of each tooth of the gear wheel 4 on the forked light barrier 5 requires is plotted over the tooth number I.
  • the time period T of the individual tooth fluctuates periodically.
  • control device 2 carries out the method for determining the speed shown in FIG. 2.
  • the method is started with a step SO.
  • the control device 2 detects operating parameters of the internal combustion engine 1 in a step S1. These are the operating parameters over which correction factors used later in the correction are spanned in a map stored in the map memory 6.
  • these correction factors are read from the map memory 6 into the control device 2 in a step S2.
  • the passage of the tooth on the gear 4 on the fork light barrier 5 is measured.
  • the time period T ⁇ determined thereby represents the throughput time of the lth tooth of the gear 4.
  • this time period T x would be constant for all teeth of the gear wheel 4, so that the speed would not change. Even with an absolutely constant mean rotational speed of the crankshaft 3 of the internal combustion engine 1, the aforementioned periodic fluctuations occur, which is why the time periods T x for the different tooth numbers l vary.
  • a duration error dT x currently caused by the periodic fluctuation is calculated. This calculation can be done in different ways.
  • the periodic speed oscillation is simulated by a Fourier synthesis.
  • This simulation requires that the internal combustion engine be measured beforehand on a test stand, the periodic course of the vibration being recorded for as many operating parameters or operating points of the internal combustion engine as possible and converted into corresponding synthesis coefficients. These are then stored in the map memory 6.
  • the Fourier series of the oscillation synthesis can be terminated according to the first coefficient.
  • the duration error dT x is then given by the following equation:
  • A represents the amplitude of the oscillation and phi the phase, each of which is set up in the map memory 6 above the selected operating parameters, for example load and average speed.
  • operating parameters for example load and average speed.
  • other operating parameter dependencies can also be selected, for example oil temperature of the internal combustion engine, injected fuel quantity, etc.
  • FIG. 3 shows the alternative embodiment of step S3 in FIG. 2.
  • the oscillation is not synthesized by a Fourier series, but by a Taylor series.
  • the goodness of the modeling can be chosen by choosing the appropriate approximation elements corresponding number of development coefficients can be controlled.
  • a step S5 the time duration error dT x determined in this way is subtracted from the measured time duration T x and used to calculate the speed N according to the following equation:
  • N 1 / (T 1 - dT. (2)
  • step S3a and S3b are shown, which replace step S3 in FIG. 2.
  • the first step is to determine the accuracy with which the speed should be recorded.
  • step S3b the size of the sector of the sector wheel, that is the number of teeth of the gear wheel to be scanned, is determined, as a result of which the length of the averaging is determined.
  • equation (1) which is based on the measurement of the throughput time Ti of an individual tooth, must be modified accordingly as follows.

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Abstract

Zum Erfassen der Drehzahl bei einer Brennkraftmaschine (1) wird ein mit der Kurbelwelle (3) verbundenes Sektorenrad (4) abgetastet und die Zeitdauer des Durchlaufes eines Sektors bestimmter Größe bestimmt. Dann werden aus einem Kennfeld betriebsparameterabhängige Korrekturfaktoren entnommen, um die gemessene Zeitdauer hinsichtlich im Betrieb der Brennkraftmaschine (1) auftretender, periodischer Drehzahlschwingungen zu korrigieren.

Description

Beschreibung
Drehzahlerfassungsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Drehzahlerfassung bei einer Brennkraftmaschine, bei dem ein mit einer Kurbelwelle verbundenes Sektorenrad abgetastet und der Durchlauf eines Sektors bestimmter Große bestimmt wird.
Derartige Drehzahlerfassungsverfahren sind bei Brennkraftmaschinen üblich, wobei normalerweise ein an einer Kurbelwelle angebrachtes Zahnrad mit 60 Zahnen abgetastet wird. Da infolge des Arbeitsprinzips einer Brennkraftmaschine mit standigem Wechsel zwischen Kompression und Expansion des Arbeitsgases die Drehzahl nicht konstant ist, sondern von einer periodischen Schwingung überlagert ist, die von unterschiedlichen Momentenbeitragen der einzelnen Zylinder herrührt, wird bei der Drehzahlerfassung üblicherweise eine Mittelung dahingehend vorgenommen, dass mehrere Zahne des Zahnrades abgetastet werden. In der Regel erfolgt die Abtastung über einen Drehwinkel der Kurbelwelle von 180°, was einem Arbeitstakt einer Vierzylinder-V ertakt-Brennkraftmaschme entspricht. Die Abtastung kürzerer Sektoren bzw. einer geringeren Anzahl an Zahnen wurde aufgrund der erwähnten periodischen Schwingungen einen zu großen Fehler mit sich bringen.
Die durch die Abtastung mehrerer Zahne bewirkte Mittelung kann bei modernen Steuergeraten einer Brennkraftmaschine hinsichtlich des Mittelungsbeginnes oder des Mittelungsendes na- hezu beliebig gewählt werden. Vor gewissen Steuerungsaktionen, beispielsweise der Einspritzung von Kraftstoff in Zylindern einer Dieselbrennkraftmaschine, wird die Mittelung zeitlich so begonnen, dass sie unmittelbar vor der geplanten Aktion abgeschlossen ist, um dann eine möglichst aktuelle Dreh- Zahlinformation zu haben. Aufgrund der Mittelung über einen Arbeitstakt, d.h. einen Drehwinkel der Kurbelwelle von 180°, ist die Drehzahlmformation jedoch dennoch nicht so aktuell, wie es eigentlich gewünscht wäre, da eine Mittelung nachrichtentechnisch gesehen ein Filter mit Tiefpassfunktion darstellt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Drehzahlerfassung bei einer Brennkraftmaschine anzugeben, bei dem die momentane Drehzahl der Brennkraftmaschine ohne zeitliche Verzögerung exakt bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem eingangs geschilderten Verfahren zur Drehzahlerfassung bei einer Brennkraftmaschine dadurch gelost, dass aus einem Kennfeld betriebsparameterabhangige Korrekturfaktoren entnommen werden und, um eine Bereinigung hinsichtlich im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretender, periodischer Drehzahlschwingungen zu erreichen, die Zeitdauer, die der Durchlauf eines Sektors bestimmter Große eines mit der Kurbelwelle verbundenen Sektorenrades dauert, unter Verwendung dieser Korrekturfaktoren korrigiert wird, so dass eine korrigierte Zeitdauer erhalten wird.
Das erfmdungsgemaße Konzept berücksichtigt also Informationen über die periodischen Drehzahlschwingungen, die zu einer Verfälschung der Drehzahlmessung fuhren wurden, wenn auf die zeitraubende Mittelung verzichtet wird. Durch die Auswertung dieser, in Form von betriebsparameterabhangigen, in einem Kennfeld hinterlegten Korrekturfaktoren, kann die Information über die Schwingung ausgewertet werden. Dies erlaubt eine Verkürzung der Erfassungsdauer oder sogar einen völligen Verzicht auf die Mittelung.
Dadurch ist nicht nur eine völlige Freiheit zur Wahl des Zeitpunkts der Drehzahlerfassung gegeben - sie st bei jeder Kurbelwmkelposition möglich -, sondern auch eine weitere Zielvorgabe für eine optimale Drehzahlerfassung ist erreicht: es kann eine kurze Messdauer realisiert werden. Insbesondere kann d e Messdauer deutlich kurzer sein, als die bisherige Mittelungsdauer von einem Arbeitstakt. Somit wird durch das erfindungsgemaße Drehzahlerfassungsverfahren eine sehr viel aktuellere Drehzahlinformation bereitgestellt, als es im dem Stand der Technik möglich war. Dies wirkt sich beim Betrieb einer Brennkraftmaschine besonders vorteilhaft aus, da der Steuerung der Brennkraftmaschine eine exaktere Kenntnis der Drehzahl zugrundegelegt werden kann, was Verbesserungen bei Betriebskomfort, -Sicherheit und Kraftstoffokonomie sowie Schadstoffarmut einer Brennkraftma- schme ermöglicht.
Die Korrekturfaktoren sind so zu wählen, dass sie Informationen über die periodischen Drehzahlschwingungen geben, die im Betrieb der Brennkraftmaschine unvermeidlicherweise auftre- ten. Besonders bevorzugt ist es dabei, dass die Korrekturfaktoren als Entwicklungskoeffizienten für eine Synthese bzw. Modellierung der Drehzahlschwingungen gewählt werden. Solche Korrekturfaktoren erlauben dann betriebspunktabhangig die Drehzahlschwingungen zu modellieren, so dass diese bei der Drehzahlerfassung dann sehr genau und betriebsparameterabhan- gig berücksichtigt werden können.
Natürlich können den Korrekturfaktoren beliebige Arten der Reihenentwicklung einer Schwingungsfunktion zugrundegelegt werden. In der einfachsten Version einer Fourier-Synthese der Schwingung wird beispielsweise eine einfache Sinusschwingung zugrundegelegt. Die Korrekturfaktoren beschranken sich dann auf zwei Werte, Amplitude und Phase der Sinusschwingung. Auch in diesem Fall sind sie betπebsparameterabhangig in einem Kennfeld hinterlegt. Aufwendigere Fourier-Synthesen der
Schwingungsfunktion verwenden dann entsprechend höhere Anzahlen an Koeffizienten, wobei diesem höheren Speicheraufwand auch eine höhere Genauigkeit bei der Drehzahlerfassung gegenübersteht. Optional ist beispielsweise auch eine Taylor- Entwicklung möglich. Wie die Korrekturfaktoren zur Bereinigung der Störung durch die periodischen Drehzahlschwingungen verwendet werden, ist für die Erfindung prinzipiell nicht ausschlaggebend. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, aus den Korrekturfaktoren ei- nen Zeitdauerfehler zu berechnen, mit dem die Zeitdauer, die der Durchlauf des Sektors bestimmter Große des Sektorenrades dauert, korrigiert wird, um Fehler durch die periodische Drehzahlschwingung zu bereinigen. Dieses Berechnungsverfahren ist besonders einfach auszufuhren sowie rechenzeitschonend, da lediglich ein Zeitdauerfehler bestimmt und danach additiv mit der gemessenen Zeitdauer verrechnet werden muss.
Besonders zweckmäßig ist es dabei, zur Berechnung des Zeitdauerfehlers aus den Korrekturfaktoren die aktuell vorliegen- de Drehzahlschwingung in einer Modellbildung zu berechnen.
Dies kann auf erwähnte Weise durch Synthese der periodischen Drehzahlschwingung erfolgen. Hierzu bieten sich, wie erwähnt, die Synthese der Schwingung durch eine Taylor- oder Fourier- Entwicklung an. Im einfachsten Fall genügt die Modellierung der periodischen Schwingung durch eine Sinusschwingung. Diese Modellierung ist, wie bereits erwähnt, besonders speicherschonend.
Die Genauigkeit, mit der die Drehzahl erfasst werden kann, hangt im wesentlichen von zwei Parametern ab: zum einen von der Exaktheit, mit der die Schwingung modelliert werden kann, zum anderen von der Genauigkeit, mit der die Drehzahl gemessen werden kann, mithin von der Große des Sektors, über den das Sektorenrad abgetastet wird. Das erfindungsgemaße Konzept ermöglicht es nun, die Drehzahlerfassung abhangig von der erforderlichen Genauigkeit zu wählen. Wird eine hochexakte Drehzahlerfassung benotigt, kann zum einen der Rechenaufwand zur Simulation der periodischen Schwingung gesteigert werden, zum anderen kann man einen größeren Sektor des Sektorenrades abtasten. Bei einem niedrigeren Genauigkeitsbedurfnis kann der Rechenaufwand gesenkt und/oder die abgetastete Sektorengroße verkleinert werden. Das Verfahren ist für Brennkraftmaschinen herkömmlicher Bauart besonders vorteilhaft, wenn ein mit der Kurbelwelle drehfest verbundenes Zahnrad als Sektorenrad eingesetzt wird.
Die Erzeugung der Korrekturfaktoren kann durch theoretische Modellüberlegungen hinsichtlich der für die Anwendung vorgesehenen Brennkraftmaschine gewonnen werden. Besonders zu bevorzugen ist es jedoch, die Korrekturfaktoren als Funktion von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine aus Vermessungen der Drehzahlschwingungen auf einem Prüfstand zu erhalten.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert. In der Zeich- nung zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine, deren Drehzahl erfasst werden soll,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Drehzahlerfassung,
die Fig. 3 und 4 Abwandlungen des Flussdiagramms der Fig. 2 und
Fig. 5 eine Zeitreihe für die Durchlaufzeiten verschiedener Sektoren eines Sektorenrades.
In Fig. 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 1 gezeigt, deren Betrieb über nicht näher bezeichnete Leitungen von einem Steuergerät 2 gesteuert wird. Dieses Steuergerät 2 misst Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, beispielsweise die Drehzahl N sowie die Last, und teilt der Brennkraftmaschine 1, bei der es sich im schematisch dargestellten Beispiel um eine Vierzylinderbrennkraftmaschine handelt, eine Kraftstoffmenge zu, die zur Abwicklung der gegenwärtigen Betriebsphase erforderlich ist. Die Brennkraftmaschine 1 versetzt eine Kurbelwelle 3 in Drehung, die ein (nicht dargestelltes) Kraftfahrzeug antreibt. Auf der Kurbelwelle 3 sitzt ein Zahnrad 4, das 60 Zahne auf- weist. Die Zahne des Zahnrades 4 werden von einer Gabellicht- schranke 5 abgefuhlt, die ihre Signale über nicht bezeichnete Leitungen an das Steuergerat 2 leitet.
Aus den Signalen der Gabellichtschranke 5 bestimmt das Steu- ergerat 2 die für die Steuerung des Betriebes der Brennkraftmaschine 1 erforderliche Information über die Drehzahl N. Dazu greift das Steuergerat 2 in einem noch zu beschreibenden Verfahren zur Drehzahlerfassung auf einen Kennfeldspeicher 6 zu, in dem Werte betriebsparameterabhangig in einem Kennfeld abgelegt sind.
Für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 benotigt das Steuergerat 2 Kenntnis der aktuellen Drehzahl N der Kurbelwelle 3. Diese Information ist beispielsweise bei der Bestimmung der m die Zylinder der Brennkraftmaschine 1, die im vorliegenden Beispiel eine Dieselbrennkraftmaschine ist, einzuspritzende Kraftstoffmasse sowie der Wahl des Einspritzzeitpunktes erforderlich. Die Drehzahlinformation sollte deshalb für einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine zu dem Zeitpunkt, zu dem die Einspritzung durchgeführt wird, möglichst aktuell sein und der tatsächlichen Drehzahl N der Kurbelwelle 3 entsprechen. Der Drehung der Kurbelwelle 3 sind periodische Drehzahlschwingungen überlagert, die von unterschiedlichen Momentenbeitragen der einzelnen Zylinder der Vierzylinder- Brennkraftmaschine 1 herrühren.
Fig. 5 zeigt für den Modellfall einer gleichbleibenden mittleren Drehzahl N den Einfluss dieser periodischen Schwingung. In Fig. 5 ist die Zeitdauer T, die der Durchlauf jedes Zahnes des Zahnrades 4 an der Gabellichtschranke 5 benotigt, über der Zahnnummer I aufgetragen. Wie zu sehen ist, schwankt die Zeitdauer T der individuellen Zahne periodisch. Im darge- stellten Beispiel handelt es sich dabei um eine Sinusschwm- gung, die mit einer Amplitude A um die mittlere Zeitdauer T herum verlauft. Diese Sinusschwingung weist weiter eine Phase phi bezüglich des als Normierung herangezogenen Zahnes mit der Nummer 0 bzw. des Zahnes mit der Nummer 30 auf. Misst man nun am Messpunkt 7 oder 8 die Zeitdauer T1 für den Zahn mit der Nummer l = 38 oder l = 39, so ergibt sich eine aufgrund der periodischen Schwingung verlängerte Zeitdauer, die eine falsche Drehzahl N ergäbe.
Zur Korrektur dieses Einflusses fuhrt das Steuergerat 2 das in Fig. 2 dargestellte Verfahren zur Bestimmung der Drehzahl durch .
Mit einem Schritt SO wird das Verfahren gestartet. Als nächstes werden in einem Schritt Sl vom Steuergerat 2 Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1 erfasst. Es handelt sich dabei um diejenigen Betriebsparameter, über denen spater bei der Korrektur verwendete Korrekturfaktoren in einem im Kenn- feldspeicher 6 abgelegten Kennfeld aufgespannt sind. Als nächstes werden in einem Schritt S2 diese Korrekturfaktoren aus dem Kennfeldspeicher 6 in das Steuergerat 2 eingelesen. Dann wird m einem Schritt S3 der Durchlauf des Zahnes am Zahnrades 4 an der Gabellichtschranke 5 gemessen. Die dadurch bestimmte Zeitdauer TΣ stellt die Durchlaufzeit des l-ten Zahnes des Zahnrades 4 dar.
Bei einer völlig gleichförmigen Drehung der Kurbelwelle 3 wäre diese Zeitdauer Tx für alle Zahne des Zahnrades 4 kon- stant, so sich die Drehzahl nicht andern wurde. Selbst bei absolut gleichbleibender mittlerer Drehzahl der Kurbelwelle 3 der Brennkraftmaschine 1 treten die vorerwähnten periodischen Schwankungen auf, weshalb die Zeitdauern Tx für die unterschiedlichen Zahnnummern l variieren. In einem Schritt S4 wird ein durch die periodische Schwankung aktuell verursachte Zeitdauerfehler dTx berechnet. Diese Berechnung kann auf verschiedene Weisen erfolgen.
In einer ersten Berechnungsvariante wird die periodische Drehzahlschwingung durch eine Fourier-Synthese simuliert. Diese Simulation erfordert es, dass die Brennkraftmaschine zuvor auf einem Prufstand vermessen wurde, wobei der periodische Verlauf der Schwingung für möglichst viele Betriebspara- meter bzw. Betriebspunkte der Brennkraftmaschine aufgezeichnet und in entsprechende Synthesekoeffizienten umgesetzt wird. Diese werden dann im Kennfeldspeicher 6 abgelegt. In einer einfachsten Annäherung an die periodische Schwingung kann die Fourier-Reihe der Schwingungssynthese nach dem ers- ten Koeffizienten abgebrochen werden. Der Zeitdauerfehler dTx ist dann durch folgende Gleichung gegeben:
dTα. = A ■ sin 2 π(ι+phι)/30, (1)
wobei A die Amplitude der Schwingung und phi die Phase darstellen, die jeweils im Kennfeldspeicher 6 über den gewählten Betriebsparametern, beispielsweise Last und mittlerer Drehzahl aufgespannt sind. Naturlich können auch andere Betriebs- parameterabhangigkeiten gewählt werden, beispielsweise Oltem- peratur der Brennkraftmaschine, eingespritzte Kraftstoffmenge usw.
Diese Variante, bei der die periodische Schwingung der Drehzahl durch eine Sinusschwingung angenähert wird, ist in Fig. 3 dargestellt, die die alternative Ausgestaltung des Schrittes S3 der Fig. 2 zeigt.
In einer zweiten Berechnungsvariante wird die Schwingung nicht durch eine Fourier-Reihe synthetisiert, sondern durch eine Taylor-Reihe. Auch hier kann die Gute der Modellierung durch die Wahl der entsprechenden Naherungsglieder mithin der entsprechenden Anzahl an Entwicklungskoeffizienten gesteuert werden .
In einem Schritt S5 wird der derart bestimmte Zeitdauerfehler dTx von der gemessenen Zeitdauer Tx abgezogen und gemäß folgender Gleichung zur Berechnung der Drehzahl N verwendet:
N = 1/(T1 - dT . (2)
Optional ist es möglich, die Genauigkeit der Drehzahlerfassung nicht nur durch den Rechenaufwand, der bei der Modellierung der periodischen Schwingung betrieben wird, zu beeinflussen, sondern auch durch eine Mittelung über mehrere Messpunkte 7, 8 bzw. mehrere Zahnnummern I bei der Messung der Zeitdauer Tx . Dieser Sachverhalt ist in Fig. 4 blockschaltar- tig naher dargestellt, in der Schritte S3a und S3b gezeigt sind, die den Schritt S3 der Fig. 2 ersetzen. Dabei wird zuerst eine Genauigkeit festgelegt, mit der die Drehzahl er- fasst werden soll. Anschließend wird in Schritt S3b die Große des Sektors des Sektorenrades, also die Zahl an Zahnen des Zahnrades, die abgetastet werden soll, festgelegt, wodurch die Lange der Mittelung bestimmt ist. Naturlich ist für diesen Fall die Gleichung (1), die von der Messung der Durchlaufzeit Ti eines einzelnen Zahnes ausgeht, entsprechend folgt zu modifizieren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Drehzahlerfassung bei einer Brennkraftmaschine, bei dem a) ein mit einer Kurbelwelle verbundenes Sektorenrad abgetastet wird, b) eine Zeitdauer bestimmt wird, die der Durchlauf eines Sektors bestimmter Große dauert, c) aus einem Kennfeld betriebsparamenterabhangige Korrektur- faktoren entnommen werden und, d) um eine Bereinigung hinsichtlich im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretender, periodischer Drehzahlschwingungen zu erreichen, die Zeitdauer unter Verwendung dieser Korrekturfaktoren korrigiert wird, so dass eine korrigierte Zeit- dauer erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die m Schritt c) entnommenen Korrekturfaktoren Entwicklungskoeffizienten zur Modellierung der Drehzahlschwingungen sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Korrekturfaktoren Entwicklungskoeffizienten einer Taylor- oder Fourier-Reihe sind.
4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem in
Schritt d) aus den Korrekturfaktoren ein Zeitdauerfehler berechnet wird, um den die Zeitdauer durch die periodischen Drehzahlschwingungen verändert wurde.
5. Verfahren nach Anspruch 2 und 4 oder nach Anspruch 3 und
4. bei dem zur Berechnung des Zeitdauerfehlers aus den Korrekturfaktoren die aktuell vorliegende Drehzahlschwingung modelliert wird.
6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die
Große des Sektors in Schritt b) abhangig von der gewünschten Genauigkeit der Drehzahlerfassung gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem in Schritt a) ein mit der Kurbelwelle drehfest verbundenes Zahnrad als Sektorenrad verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Korrekturfaktoren als Funktion von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine aus einer Vermessung der Drehzahlschwingungen auf einem Prüfstand stammen.
EP02742708A 2001-05-11 2002-04-30 Drehzahlerfassungsverfahren Ceased EP1390762A2 (de)

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