JP2003232254A - 内燃機関のクランクシャフト位置を求める方法、およびクランクシャフト位置に依存する各過程のトリガ方法 - Google Patents

内燃機関のクランクシャフト位置を求める方法、およびクランクシャフト位置に依存する各過程のトリガ方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 クランクシャフトセンサが故障したときにも
精確に各過程をトリガできるような内燃機関のクランク
シャフト位置を求める方法を提供する。 【解決手段】 絶対角度センサを用いてカムシャフト位
置を連続的に検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カムシャフトセン
サで検出されたカムシャフト位置を評価することにより
その時点でのクランクシャフト位置を表す値を得る内燃
機関のクランクシャフト位置を求める方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の方法を用いると機関と機関制御
部とを同期させる非常動作機能を実現することができ
る。
【０００３】独国特許出願公開第４３１３３３１号明細
書には冒頭に言及した形式の方法が記載されている。こ
こではカムシャフト位置がカムシャフトに固定に接合さ
れたセンサホイールとカムシャフトセンサとにより検出
される。センサホイールには基準マークが設けられてお
り、これはセンサホイールひいてはカムシャフトととも
に回転する。カムシャフトセンサは基準マークが１回転
するたびにカムシャフトの所定の角度位置に相応する信
号を出力する。これに応じてカムシャフト位置は信号出
力の時点でのみ、つまり基準マークがカムシャフトセン
サを通過するときにのみ正確に求められる。クランクシ
ャフトセンサの故障時にはクランクシャフト位置はカム
シャフトセンサによって検出された角度位置に基づいて
求められるかまたは推定される。なぜならクランクシャ
フトの回転運動とカムシャフトの回転運動とは結合され
ているからである。カムシャフト位置が正確に求められ
る場合にのみ、クランクシャフト位置も正確に求められ
る。個々にカムシャフトセンサによって検出された角度
位置のあいだでは、クランクシャフト位置は外挿により
予め検出されたカムシャフトの角度位置から推定され
る。クランクシャフトとカムシャフトとのあいだの変速
比を考慮する際にここでは１８０°のクランクシャフト
角度にわたって外挿が行われる。
【０００４】スペース上の理由から、カムシャフトに接
合されるセンサホイールは、このホイールに設けられる
基準マークの個数があまり大きくならないように、なる
べく小さくしなければならない。しかも基準マークの最
大個数はカムシャフトセンサの分解能によっても制限さ
れる。全体として一般にカムシャフトセンサ信号の分解
能はクランクシャフトセンサ信号の分解能よりもきわめ
て小さくなってしまう。このため独国特許出願公開第４
３１３３３１号明細書に記載された内燃機関のクランク
シャフト位置を求める方法をクランクシャフトセンサの
故障時に使用するには問題がある。クランクシャフトの
回転は特に下方の回転数領域におけるものが重要であ
り、カムシャフトセンサでは充分に精確な検出の行えな
い始動時に大きなダイナミクスを有している。つまりク
ランクシャフトセンサの故障時にはクランクシャフト位
置を求めてもきわめて大きな角度誤差が生じることがあ
り、これは車両の始動特性および走行特性に負の作用を
及ぼしかねない。極端なケースでは大きな点火角エラー
が発生して個々の機関コンポーネントがクリティカルな
駆動状態にいたることさえある。
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第４３１３３３１号明
細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】クランクシャフトセン
サが故障したときにも精確に各過程をトリガできるよう
な内燃機関のクランクシャフト位置を求める方法を提供
することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題は角度センサを
用いてカムシャフト位置を連続的に検出することにより
解決される。
【０００８】課題はまた、絶対角度センサをカムシャフ
トセンサとして使用し、カムシャフト位置を連続的に所
定の時間パターンで検出し、非常動作モードで検出され
たそれぞれのカムシャフト位置ごとに相応のクランクシ
ャフト位置の値を求め、非常動作モードでは、検出され
たカムシャフト位置に基づいて求められたクランクシャ
フト位置を外挿することにより、所定の角度マークに相
応する定義されたクランクシャフト位置の発生を求める
ことにより解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明により冒頭に言及した形式
の方法が提案され、クランクシャフトセンサの故障時に
もクランクシャフト位置を全ての時点で正確に求めるこ
とができる。
【００１０】この利点は本発明により、カムシャフト位
置が絶対角度センサにより連続的に検出される構成から
得られる。
【００１１】本発明によれば、カムシャフトに設けられ
た絶対角度センサによりカムシャフト位置が連続的に検
出され、クランクシャフトセンサの故障時にもローバス
トな非常動作モードのトリガが行われる。有利にはカム
シャフト位置は所定の時間パターンで検出される。絶対
角度センサの信号の時間分解能を相応の高さに定めれ
ば、例えばクリティカルな下方の回転数領域でも許容可
能な非常動作モードが保証される。前述のようにクラン
クシャフトの回転の相対ダイナミクスは低い回転数にお
いて最も高くなる。クランクシャフトおよびこれに相応
するカムシャフトの回転速度はこの場合比較的小さいの
で、絶対角度センサにより１回転ごとにカムシャフトの
比較的多数の角度位置が検出され、これにより回転運動
のダイナミクスは相応に精確に再現される。情報の回転
数では相対ダイナミクスは小さくなるので、この領域で
は回転運動のダイナミクスは僅かな数の検出角度位置に
より充分に再現可能である。したがってクランクシャフ
ト位置はクランクシャフトセンサの故障時にも本発明の
方法によりきわめて良好に求められる。つまり本発明の
方法によれば検出されたカムシャフトの角度位置からク
ランクシャフト位置を外挿することにより小さな角度誤
差でこれが求められる。本発明の方法によればさらに機
関と機関制御装置との同期がカムシャフトの任意の角度
位置で可能となり、クランクシャフトセンサの故障時に
も始動に大きな遅延は発生しない。
【００１２】本発明の方法の可能な実施形態の範囲で
は、検出された各カムシャフトの角度位置ごとに相応の
クランクシャフト位置の値が求められる。このようにし
て求められたクランクシャフト位置を外挿することによ
り、その時点でのクランクシャフト位置の値が簡単に求
められる。
【００１３】絶対角度センサによる測定値検出は一般に
温度および圧力に依存しており、絶対角度センサの測定
信号はしばしば内燃機関の駆動に起因する誤差を有す
る。角度誤差Δφは内燃機関の通常動作時には例えばカ
ムシャフトの各角度位置を表すクランクシャフトセンサ
信号に基づいて求められる。本発明の方法の範囲では、
有利に、絶対角度センサの角度誤差Δφはその時点での
クランクシャフト位置の値を求める際の補正値として考
慮される。
【００１４】基本的には本発明の方法の範囲における外
挿は種々の手段で行うことができる。最も簡単なケース
では、予め絶対角度センサを用いて検出されたカムシャ
フトの角度位置から求められたクランクシャフト位置の
みが考慮される。外挿の結果は付加的にクランクシャフ
トのその時点での角速度ωを考慮して改善することがで
きる。これは例えば求められた時間インターバル内で進
んだ角度に基づいて簡単に推定できる。外挿の結果はさ
らに、その時点でのクランクシャフト位置の値を求める
際にクランクシャフト位置の回転運動のダイナミクスΔ
ωを考慮することによっても改善される。
【００１５】
【実施例】前述したように、本発明の着想を有利に実施
する手段にはさまざまなものがある。このため一方では
これを特許請求の範囲として示し、他方では図に則した
以下の実施例の説明として示した。
【００１６】クランクシャフトの回転数を検出するため
に、実際には歯状の６０‐２角度マークまたは３６‐２
角度マークを備えたセンサホイールがしばしば用いられ
る。このセンサホイールはクランクシャフトに固定に接
続されており、クランクシャフトとともに回転する。角
度マークはクランクシャフトセンサにより走査され、ク
ランクシャフトセンサは例えば誘導性、磁気抵抗性、ま
たはホール効果にしたがって動作する。センサホイール
の各角度マークは定義されたクランクシャフト位置に相
応する。クランクシャフトセンサの出力信号は矩形信号
へ変換され、各矩形パルスが角度マーク、ひいては定義
されたクランクシャフト位置を再現している。通常動作
モードでは内燃機関の点火過程および噴射過程はクラン
クシャフトの回転にともないクランクシャフト位置およ
び速度に依存してトリガされる。このためにクランクシ
ャフトセンサで検出される角度位置が計数される。点火
過程および噴射過程はカウンタのステータスに依存して
トリガされる。
【００１７】クランクシャフトセンサが故障すると非常
動作モードが開始され、クランクシャフトセンサの出力
信号または相応の矩形信号がカムシャフトセンサで検出
された情報を用いてシミュレートされ、機関制御の全シ
ステムへの必要な介入をできる限り小さく保持すること
ができる。このためにインタラプトが通常動作モードで
クランクシャフトセンサの出力信号を介してトリガさ
れ、ソフトウェアを介して非常動作機能をトリガする。
その場合、歯車時間（Zahnzeit）すなわち計数された矩
形パルス間の時間間隔が進行し、これが直前の状態から
外挿される。このようにして外挿される歯車時間はカム
シャフトセンサで検出された情報に則して更新される。
【００１８】本発明の方法の範囲では、絶対角度センサ
がカムシャフトセンサとして用いられ、これによりカム
シャフトセンサが連続的に、ここでは所定の時間パター
ンで検出される。非常動作モードではシミュレートされ
た矩形パルス間の歯車時間が絶対角度センサで得られた
情報によりきわめて正確に求められ、特に絶対角度セン
サの時間パターンも更新される。クランクシャフト位置
を求める際にはいずれの場合でも小さな角度誤差が発生
する。このために絶対角度センサで検出された各カムシ
ャフト位置に対して相応のクランクシャフト位置が求め
られる。所定の角度マークに相応する定義されたクラン
クシャフト位置の発生は求められたクランクシャフト位
置を外挿することにより得られる。有利には非常動作モ
ードで絶対角度センサの角度誤差として求められた補正
値Δφが考慮される。
【００１９】この手段は図１に示されたダイアグラムに
より示されている。ｔ軸としてカムシャフト位置を絶対
角度センサにより検出または走査する時間パターンが示
されている。φ軸では機関角度位置がクランクシャフト
位置の角度で再現されている。測定点としてクランクシ
ャフト位置が書き込まれており、これは絶対角度センサ
を用いて検出されたカムシャフト位置に相応する。この
ダイアグラムには定義された時間パターンに基づいて下
方の回転数領域のほうで上方の回転数領域よりも多くの
測定点が検出される。このため回転運動の相対ダイナミ
クスは良好に検出される。測定点は定義されたクランク
シャフト位置から取り出される外挿曲線によって結ばれ
ている。走査時点ｔ２、ｔ２１でそれぞれ１つずつ不連
続個所が現れているが、これは機関が新たな動作サイク
ルへ移行したことを表している。
【００２０】前述のように、非常動作モードとしてシミ
ュレートされたクランクシャフトセンサの出力信号の品
質は主としてシミュレーションの基礎となる歯車時間に
依存しているが、これは常に推定値であるか、または先
行の測定値から外挿されたものである。したがって検出
されたカムシャフト位置に相応するクランクシャフト位
置のほか、外挿時のクランクシャフトの実際の角速度ω
も考慮すると有利であることが判明している。その時点
での相対角速度ωは例えば所定の時間インターバル内、
例えば２つのカムシャフト位置が検出される間の最後の
時間インターバル内で進んだ角度に基づいて求めること
ができる。さらに定義されたクランクシャフト位置また
はその時点での歯車時間の値を求めるための外挿を行う
とき、クランクシャフト位置の回転運動のダイナミクス
Δωを考慮すると有利であることも判明している。これ
らのパラメータを求めるために、絶対角度センサの情報
のほか、他のセンサの情報も利用することができる。本
発明の方法では歯車時間の更新はそのつどの補正値Δ
φ、その時点での角速度ω、および／またはその時点で
のダイナミクスの重みΔωに依存して行われる。つまり 歯車時間＝ｆ（Δφ，ω，Δω） である。
【００２１】さらにクランクシャフトセンサが故障した
とき、機関制御部は本発明の方法を用いて直ちに、つま
りその時点でのクランクシャフト位置およびカムシャフ
ト位置に依存せずに、同期を行うことができる。このた
め相応のカウンタを絶対角度センサの送出するその時点
での角度位置へ簡単にセットすることができる。
【００２２】これに代えて電圧として得られる絶対角度
センサの信号をクランクシャフトで検出された角度位置
に比例するものとして用いる場合、歯車のインタラプト
を直接にキャプチャコンペアユニットによってトリガし
てもよい。このときキャプチャコンペアユニットはそれ
ぞれ次の電圧値、すなわち次の角度位置に相応する電圧
値によって充電される。
【図面の簡単な説明】
【図１】カムシャフト位置を検出する時間パターンにお
いて本発明の方法により求められたクランクシャフトの
角度位置を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミヒャエル レーナー ドイツ連邦共和国 ミュールアッカー フ ァイヒンガー シュトラーセ 16 (72)発明者 エルマー ピーチュ ドイツ連邦共和国 コルンヴェストハイム カールシュトラーセ 38 Ｆターム(参考） 3G084 DA30 EA09 FA38 FA39

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 カムシャフトセンサで検出されたカムシ
    ャフト位置を評価することによりその時点でのクランク
    シャフト位置を表す値を得る内燃機関のクランクシャフ
    ト位置を求める方法において、 絶対角度センサを用いてカムシャフト位置を連続的に検
    出することを特徴とする内燃機関のクランクシャフト位
    置を求める方法。
  2. 【請求項２】 カムシャフト位置を所定の時間パターン
    で検出する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 検出されたそれぞれのカムシャフト位置
    ごとに相応のクランクシャフト位置の値を求め、その時
    点のクランクシャフト位置を表す値を外挿により求め
    る、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 その時点でのクランクシャフト位置を表
    す値を外挿により求める際に、通常動作モードで絶対角
    度センサの角度誤差として求められた補正値Δφを考慮
    する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 その時点でのクランクシャフト位置を表
    す値を外挿により求める際に、クランクシャフトのその
    時点での角速度ωを考慮する、請求項３または４記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 所定の時間インターバル内で進んだ角度
    に基づいてクランクシャフトのその時点での角速度ωを
    求める、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 その時点でのクランクシャフト位置を表
    す値を外挿により求める際に、クランクシャフトの回転
    運動のダイナミクスΔωを求める、請求項５記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 クランクシャフト位置を通常動作モード
    ではクランクシャフトセンサを用いて検出し、ここでク
    ランクシャフトセンサはクランクシャフトに固定に接合
    されこれとともに回転するセンサホイールを有してお
    り、該センサホイールの各角度マークがそれぞれ所定の
    クランクシャフト位置に相応しており、 通常動作モードでクランクシャフトセンサにより検出さ
    れた角度マークの数に依存して、すなわちクランクシャ
    フトの回転にともなう位置または回転速度に依存して各
    過程のトリガを行い、 クランクシャフトセンサが故障したときには非常動作を
    開始し、クランクシャフトセンサの出力信号をカムシャ
    フトセンサによって検出された情報を用いてシミュレー
    トするクランクシャフト位置に依存する各過程のトリガ
    方法、例えば点火過程および噴射過程のトリガ方法にお
    いて、 絶対角度センサをカムシャフトセンサとして使用し、カ
    ムシャフト位置を連続的に所定の時間パターンで検出
    し、 非常動作モードで検出されたそれぞれのカムシャフト位
    置ごとに相応のクランクシャフト位置の値を求め、 非常動作モードでは、検出されたカムシャフト位置に基
    づいて求められたクランクシャフト位置を外挿すること
    により、所定の角度マークに相応する定義されたクラン
    クシャフト位置の発生を求めることを特徴とするクラン
    クシャフト位置に依存する過程のトリガ方法。
  9. 【請求項９】 所定の角度マークに相応する定義された
    クランクシャフト位置の発生が検出された場合、通常動
    作モードで絶対角度センサの角度誤差として求められた
    補正値Δφを考慮する、請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 定義されたクランクシャフト位置を外
    挿により求める際にクランクシャフトのその時点での角
    速度ωを考慮する、請求項８記載の方法。
  11. 【請求項１１】 所定の時間インターバル内で進んだ角
    度に基づいてクランクシャフトのその時点での角速度の
    値ωを求める、請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 定義されたクランクシャフト位置を外
    挿により求める際にクランクシャフトの回転運動のダイ
    ナミクスΔωを考慮する、請求項８から１１までのいず
    れか１項記載の方法。
  13. 【請求項１３】 非常動作モードで連続する２つの角度
    マークにより定義される２つのクランクシャフト位置が
    発生するあいだの時間インターバルをそれぞれの補正値
    Δφ、その時点での角速度ω、および／またはその時点
    でのダイナミクスの重みΔωに依存して更新する、請求
    項１２記載の方法。
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