JP2000500841A - ４サイクル内燃機関における位相位置を求めるための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 奇数個のシリンダを有しかつカム軸センサのない４サイクル内燃機関における位相位置を求めるための方法であって、クランク軸角度センサによって送出される、特異性を有している第１の信号を例えば回転数信号または吸気管圧力センサの出力信号である第２の信号に関連付けかつ該第１の信号の特異性の領域にある前記第２の信号の経過を評価することよって位相位置を突き止める方法が提案される。この信号経過は種々異なっているので、クランク軸がその第１または第２の回転にあるかに応じて、位相位置は一義的に求められる。

Description

【発明の詳細な説明】 ４サイクル内燃機関における位相位置を求めるための方法 本発明は、請求項１の上位概念に記載の奇数個のシリンダを有する４サイクル 内燃機関における位相位置を求めるための方法から出発している。 従来の技術 １つのクランク軸および少なくとも１つのカム軸を有するマルチシリンダ内燃 機関において、同期後には内燃機関の制御装置によって、クランク軸ないしカム 軸の検出された位置に依存して、どの時点でどのシリンダに対して燃料を噴射す べきであるかおよび何時どのシリンダにおいて点火がトリガされるべきであるか が計算される。従来の内燃機関では、クランク軸の角度位置をセンサを用いて求 めることが通例である。この場合センサは、特徴的な表面、例えば同形式の多数 の角度マークと１つの基準マークとを有する、クランク軸に連結されているディ スクをスキャンしかつ相応の信号を制御装置に送出する。 クランク軸は４サイクル内燃機関の１作業サイクル内に２回回転し、一方カム 軸は１回しか回転しないので、内燃機関の位相位置はクランク軸センサ信号から だけでは一義的に求められず、それ故に通例は、カム 軸位置を独自のセンサ、所謂位相センサを用いて求めており、その際この位相セ ンサはカム軸に連結されている、唯一のマーキングを有するディスクをスキャン する。カム軸回転毎に１つのパルスを有している生じる信号は同様に制御装置に おいて評価される。 国際出願ＷＯ８７／０５９７１号から、カム軸センサなしですむ、奇数のシリ ンダ数を有する内燃機関のシリンダを識別するないし働き行程を識別するための 装置が公知である。このために、内燃機関の制御装置において、クランク軸セン サによって送出される信号であって、クランク軸回転毎に１つのパルス、従って カム軸回転ごとに２つのパルスを有している信号が、例えば内燃機関の働き行程 において周期的に変動する信号である第２の信号と関連付けられる。この周期的 に変動する信号は回転数センサの出力信号かまたは吸気管圧力センサの出力信号 である。奇数のシリンダ数を有する内燃機関において生じる条件およびクランク 軸とカム軸との間の固定の位相関係によって、クランク軸信号と第２の信号との 簡単な論理結合に基づいて、働き行程の識別が実施される。その理由は、１つの クランク軸回転において、周期的に変動する第２の信号は「ハイ」であるはずで あり、一方クランク軸の次の別の回転においてそれは「ロー」であるはずだから である。従って公知の装置では、働き行程の識別は２つの信号の簡単な論理結合 に基づいて実施される。し かし特徴的な信号経過の評価は提案されていない。 発明の利点 請求項１の特徴部分に記載の構成を有する本発明の、４サイクル内燃機関にお ける位相位置を求めるための方法は、カム軸位置を捕捉検出することなく機関の 同期が可能であるという利点を有している。このことは、クランク軸とカム軸と の間の位相関係が変わる可能性がある系においても当てはまる。この利点は、位 相位置を求めるために、クランク軸角度センサから送出され、特異性を有してい る信号を、燃焼行程において変動しかつシリンダ固有の特性を有している第２の 信号と関連付けることによって得られ、その際位相位置を突き止めるために、第 １の信号の特異性の発生の期間における第２の信号の経過が検査される。この方 法は専ら、奇数個のシリンダを有する内燃機関にのみ係っているので、第１のク ランク軸回転における第１の信号の特異性の発生の際に、第２の信号に、第２の クランク軸回転における際の経過とは別の経過が生じる。それは、シリンダは第 １のクランク軸回転において第２のクランク軸回転の場合とは別の行程にあり、 その結果内燃機関の出力されるモーメントは異なっているという理由からである 。このことは第２の信号の経過、例えば回転数経過および吸気管圧力経過に対し て作用し、その際これらの作用は測定可能でありかつシリンダ識別のために用い ることができる。それ故に 有利には第２の信号は回転数センサまたは吸気管圧力センサの出力信号というこ とになる。 本発明の別の利点は、従属請求項に記載の構成によって得られる。その際、位 相位置を求める際の第１の回転数信号と第２の回転数信号との間の位相ずれは問 題ないということが特別有利にも認められている。その理由は、第２の信号の最 小値または最大値の発生ではなくて、第２の信号の経過が第１の信号の特異性と 関連付けられるからである。 位相位置を求めるためのこの方法はスタート過程の期間に既に、即ちまだシリ ンダの最初の燃焼が行われる前に実施することができることは特別有利である。 位相位置のこの早期の検出は、燃焼なくとも種々異なった行程は回転数ないし吸 気管圧力に異なって作用するという理由で可能である。 カム軸センサのない系では、電子装置を含めてセンサ、カム軸ホイールおよび 相応の撚り合わせを省略することができる。機関制御装置においては、３つの差 込ピン並びにセンサに対する調製回路および１つの計算機ポートピンを省略する ことができる。プリント配線板面積は同様に低減される。カム軸センサのない場 合、その診断およびこのセンサに対するエラー処理手段を省略することができ、 これにより系全体の利用性が高められる。これらの省略は、内燃機関の排気ガス 特性またはスタート特性に不都合に作用することなし に実現されるものである。本発明の方法では制御装置ソフトウェアの実行時間が 付加的に負荷されることがないということも有利であると認められている。とい うのは、同期は本来の期間機関作動の前に成立しており、従って計算機リソース に対して実行時間制限とならないからである。 図面 本発明の実施例は図面に示されておりかつ以下の説明において詳述する。 説明 第１図には、内燃機関の制御系の、本発明を説明するために必要な構成要素が 略示されている。その際１０は発生器ホイールである。これは、内燃機関のクラ ンク軸１１に固定連結されておりかつその周囲に複数の同形式の角度マーク１２ を有している。これらの同形式の角度マーク１２の他に、１つの基準マーク１３ が存在している。これは、例えば２つの欠けている角度マークによって実現され ている。 発生器ディスク１０は検出器１４、例えば誘導検出器またはホールセンサによ ってスキャンされる。角度マークを通過した際に検出器において発生される、信 号Ｓ１の電圧パルスが制御装置１５において調製されかつ更に処理される。 クランク軸１１の他に、内燃機関は通例、更に少なくとも１つのカム軸をも有 している。カム軸は第１図 では２５で示されている。カム軸は通例、クランク軸１１と固定の関係にある。 この関係は鎖線１６によって象徴的に示されている。カム軸１５の角度位置は第 １図に図示の、内燃機関の制御系では検出されない。クランク軸１１とカム軸２ ５との間の関係の同期のために、燃焼行程において周期的に変動する第２の信号 が制御装置において処理される。この第２の信号Ｓ２はセンサ１７を用いて得ら れる。センサ１７は例えば、内燃機関の吸気管における圧力を測定するセンサで ある。基本的に、燃焼サイクルにおいて変動する別の量を評価することもできる 。 制御装置１５には、内燃機関の開ループ制御または閉ループ制御ないし調整の ために必要である別の入力量を供給することができるが、第１図には単に、入力 量「点火オン」が信号として図示されているにすぎない。それは点火スイッチ１ ８の閉成の際に点火錠の端子Ｋｌ．１５から供給されかつ制御装置１５に内燃機 関の始動を指示するものである。 制御装置１５それ自体は、少なくとも１つの中央計算機ユニット１９並びにメ モリ２０を有している。制御装置１５において、内燃機関の詳しく説明しない相 応の構成要素に対する噴射および点火に対する制御信号が形成される。これらの 信号は制御装置１５の出力側２１および２２を介して送出される。制御装置の電 圧供給は通例はバッテリー２３から、内燃機関の作動 の期間並びに場合によってはその後のフェーズにおいて閉成されているスイッチ ２４を介して行われる。以下に説明する信号処理および評価は制御装置１５にお いて行われる。 第１図に図示の制御系によって、クランク軸１１の角度位置を内燃機関の作動 期間中いつでも検出することができる。始動の際、遅くともクランク軸１１の１ 回転の後に、信号Ｓ１において、クランク軸の基準マークに対応するが特異性生 じる。クランク軸１１とカム軸２５との間の対応は普通、カム軸の位置と内燃機 関の個別シリンダの位置との間の対応と同様に既知であるので、基準の検出後同 期をとることができるが、それは、位相位置にとって特徴的である信号が存在し ているときにだけである。 位相センサないしカム軸センサなしに、即ちカム軸２５の位置を求めるセンサ なしに済ませようとする本発明の系では、クランク軸センサから送出される基準 マーク信号が多義的であるという問題がある。というのは、クランク軸は１回の 作業サイクル内に２回回転し、一方カム軸２５は１回しか回転しないからである 。それ故に、制御装置１５において、信号Ｓ１に対して付加的に、信号Ｓ２，例 えば、シリンダの位置に対して特徴的な特性を有している回転数信号または吸気 管圧力センサの出力信号が評価される。この信号Ｓ２ないしこの信号の特徴的な 特性が信号Ｓ１と関連付け られ、かつ殊に、信号Ｓ１の基準マークないし特異性の発生の期間の信号Ｓ１の 経過が評価される。 この種の評価は可能である。というのは、奇数個のシリンダを有する内燃機関 では、各々のクランク軸回転の都度同じ状態が生じないからである。内燃機関な いし機関では、以下にＭ１と略称する一方の機関位置において、所定の行程にお いて、第２の可能な機関位置Ｍ２の場合とは別の数のシリンダが存在する。この ことは３シリンダ機関に基づいて、次のように説明される： 機関位置Ｍ１では例えば： 圧縮行程にあるシリンダ１ 吸気行程にあるシリンダ２ 排気行程にあるシリンダ３ 機関位置Ｍ２では例えば： 排気行程にあるシリンダ１ 働き行程にあるシリンダ２ 吸気行程にあるシリンダ３ この関係から、２つの機関位置Ｍ１およびＭ２においてその都度、１つのシリ ンダが吸気および排気行程にあるが、第３のシリンダは機関位置に応じて、働き 行程かまたは圧縮行程にあることが明らかである。従って、クランク軸の第１の 回転における回転数経過および吸気管圧力の経過は第２のクランク軸回転におけ る経過とは特徴的な手法で異なっている。これにより 、基準マークの範囲におけるないし信号Ｓ１の特異性の範囲おける回転数経過お よび吸気管圧力の経過は、機関位置に対する判断基準となりかつカム軸信号の代 替えとして用いることができ、その際機関位置Ｍ１またはＭ２を指示する識別信 号が発生される。 シリンダの数および機関の弁制御時間に依存して、回転数経過の評価の際も、 圧力信号の評価の際も、基準マークないし信号Ｓ１の特異性の範囲における第２ の信号の勾配の極性反転かまたは第２の信号の最小値／最大値評価が、位相位置 を検出するための最良の方法であるかが決定される。極性反転または最小値／最 大値評価を求めるために、第２の信号は時間に関して微分されかつこのようにし て勾配および／または最小値／最大値が得られる。回転数または吸気管圧力を検 出するための正確な測定点は、機関固有に決定される。 測定が明らかにするように、内燃機関ないし機関のスタートの際その後直ぐに 、制御装置によって、始動機が操作されたことを検出することができる。回転数 経過も、吸気管圧力経過も、同期のための信号Ｓ２として使用される。その際評 価は、最初の噴射ないし点火がトリガされるまだ前に、燃焼されていない作動に おける機関の回転の開始後直ちに行うことができる。燃焼なしの最初の回転にお いて、回転数経過も吸気管圧力経過も、第１または第２のクランク軸回転に対し て特徴的である。通常の機関作動開始の後、高い機関回転数または回転数変動の 場合殊に、機関位置を求めるために場合によっては回転数経過をもはや用いるこ とができないことがある。作動期間中同期を実施すべきである場合、それは吸気 管圧力信号の評価を用いて行わなければならない。 本発明の方法がカム軸センサを備えた系において使用されるとき、カム軸セン サの欠陥が検出されたとき、この方法を非常時走行としていつでも使用すること ができる。 スタート後直ちに本発明の方法が実行されかつ通常の作動期間に、位相位置を 求めるためにカム軸センサの出力信号を用いる組み合わせも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 タスキン エゲ ドイツ連邦共和国 Ｄ−71691 フライベ ルク アウグスト−ミュラー−シュトラー セ 14

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．奇数個のシリンダを有する４サイクル内燃機関における位相位置を求めるた めの方法であって、第１の信号を形成し、該第１の信号は、前以て決められたク ランク軸角度に対応させることができる特異性を有しているものでありかつ該第 １の信号を回転数センサの出力信号および／または吸気管圧力センサの出力信号 から形成される第２の信号と関連付けかつ前記第１の信号の特異性の領域にある 前記第２の信号の評価によって識別信号を形成する形式の方法において、 前記特性の領域における、クランク軸の第１の回転およびクランク軸の第２の 回転に対してその都度典型的である、前記第２の信号の経過を評価する ことを特徴とする位相位置を求める方法。 ２．該方法をスタート時に、内燃機関のシリンダの１つにおける最初の燃焼の前 に実施する 請求項１記載の位相位置を求める方法。 ３．前記第２の信号（Ｓ２）の評価は、前記第１の信号（Ｓ１）の特異性の範囲 内の、該第２の信号の勾配の極性反転の検出または最小値／最大値評価を含んで いる 請求項１または２記載の方法。 ４．制御装置はシリンダの数および／または内燃機関 の弁制御時間に依存して、前記第２の信号の勾配に基づいた評価または前記最小 値／最大値評価が行われるかを決定する 請求項３記載の方法。 ５．回転数および／または吸気管圧力を検出するための測定点を機関固有に決定 する 請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。 ６．前以て決められた時間における作動期間または前以て決められた条件の際に 、位相位置を更に求めるかまたは検査し、この場合前記作動期間に求める際には 専ら、吸気管圧力センサの出力信号を評価する 請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。 ７．位相センサを備えた内燃機関において、前記制御装置によって該位相センサ または所属の信号調製回路の欠陥が検出された場合、非常作動を実施するための 該方法を実施する 請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。