JP2006105146A - クランクシャフトの回転数を測定する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、内燃機関のクランクシャフトの回転数検出の精度を向上させることである。
【解決手段】制御装置によって、両マーク間を通過した時間によって２つのマーク間の角度を除算することにより、該クランクシャフトの回転数を求め、両マーク間に別のマークが設けられており、両マーク間に設けられるマークの数は回転数に依存することを特徴とする方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフトの回転数を検出する次の形式の方法に関する。すなわち、該内燃機関のクランクシャフトに結合されたセンサディスクを使用し、該センサディスクは、歯および歯みぞが交互に配置されて形成されたマークを有しており、該センサディスクに所属する信号発生部が電気的信号を生成し、該電気的信号は少なくとも２つの信号レベルをとり、該信号レベルのうち１つは歯に割り当てられ、別の信号レベルは歯みぞに割り当てられている形式の方法に関する。本発明はまた、該方法を実施するための制御装置にも関する。

タイマプロセッサユニット（ＴＰＵ）‐レベルで使用される回転数検出は、従来技術では２つの異なる方式で行われる。一方の方式では、ＴＰＵは最後の歯時点に基づいて回転数を計算し、他方の方式では、ＴＰＵは制御装置の関数レベルによって、いわゆる歯時点を求める。歯時点はセグメント時点に基づいて計算される。１つのセグメントには、たとえば６個のシリンダを有する内燃機関の場合、７２０／６°のクランク角度すなわち１２０°のクランクシャフト角度が含まれる。

クランクシャフトの回転数ひいては内燃機関の回転数は、従来技術では２つの連続する歯面の間で検出されていた。すなわち、２つの連続する歯面の間を通り過ぎる時間が測定されていた。ここでは、２つの連続する歯面間のクランクシャフト角度は公知である。これから、内燃機関の回転数が直接的に求められる。

従来技術によるこの手法の欠点は、歯時点をセグメント時点から形成すると、比較的低い回転数領域における変動で誤差が発生することと、直接的な歯時点評価の際に定常運転時の回転数が高いと、歯面の位置および形状の公差が回転数検出の精度に影響を与えることである。

本発明の課題は、回転数検出の精度を向上させることである。

前記課題は、独立請求項に記載された方法および制御装置によって解決される。有利な実施形態はそれぞれ、従属請求項に記載されている。

上記の課題はとりわけ、内燃機関のクランクシャフトの回転数を検出する次のような方法によって解決される。すなわち、該内燃機関のクランクシャフトに結合されたセンサディスクを使用し、該センサディスクは、歯および歯みぞが交互に配置されて形成されたマークを有し、該センサディスクに所属する信号発生部が電気的信号を生成し、該電気的信号は少なくとも２つの信号レベルをとり、該信号レベルのうち１つは歯に割り当てられ、別の信号レベルは歯みぞに割り当てられている形式の方法において、該クランクシャフトの回転数を制御装置によって、２つのマーク（ｎ，ｎ＋ｍ）間の角度を両マーク間で経過した時間（ＴＺｎ‐ＴＺｎ＋ｍ）によって除算することによって求め、両マーク（ｎ，ｎ＋ｍ）間に別のマーク（ｍ）が設けられており、両マーク（ｎ，ｎ＋ｍ）間に設けられるマークの数は回転数に依存することを特徴とする方法によって解決される。クランクシャフトの回転数は、所定の時間格子中に読みとられる歯時点に基づいて求められる。計算の時間格子は、回転数に依存して適合される。回転数の平均を求めるために使用される歯時点の数は可変になっている。これによって計算は、２つの最適化の目的に最適に適合される。回転数が低い場合には、歯面の角度誤差の影響は小さいので、少数の歯面にわたって平均が求められ、このような回転数における大きな回転数変動の分解能が良好になる。回転数が高い場合、可能性のある回転数変動は格段に小さい。より多数の歯時点にわたって平均を求めることができ、これによって歯面の角度誤差の影響が解消される。噴射の出力歯の前の最後の歯時点の平均化は、早くても時間格子の間隔で行う。出力歯とは、噴射が開始される時点の歯を意味する。歯時点とは、歯の下降エッジが信号発生部によって測定される各時点のことである。このような平均化は、角度格子（シンクロまたは第２のシンクロ）での平均化よりも実際に近い。これは、ＴＰＵにおける終了角で行われる噴射出力において特に有利である（ここでは開始角は、噴射時間と出力歯における回転数とに基づいて更新される）。

可変の数の歯で平均化する機能は、関数レベルで制御装置のアプリケータ層によって、時間格子で行われる。これは、ＴＰＵレベルで実施される面倒な解決手段と異なる省資源の手段である。これによって、本発明による方法を比較的小さな手間で行うことができる。それに対して、本発明による方法をＴＰＵ（制御装置のＨＷカプセル）のレベルに変換して同様に行うと、比較的大きな手間が必要とされる。

本発明による方法の１つの発展形態では、回転数が高くなるにつれて両マーク間に設けられるマークの数を増加する。回転数が低速になると、変動に起因する誤差が優勢になるので、このような領域では小程度の平均化が必要になる。回転数が高い場合、変動の影響が小さくなり、センサホイールの公差が重みを増す。したがって、より多数の歯数での平均化がこの領域では有利である。

本発明による方法の１つの発展形態は、ｎ＋ｍ番目のマークが、内燃機関のシリンダの噴射を標示するマークの前の少なくとも１つのマークになっていることを特徴とする。内燃機関のシリンダの噴射を標示するマークは、出力歯とも称される。したがって回転数は、噴射の開始の直前に初めて実際に検出され、内燃機関の回転数に最適に適合されたパラメータで噴射が行われる。

本発明による方法の１つの発展形態では、ｎ番目のマークの時点およびマーク番号が制御装置の第１のメモリセルに格納されるように構成されている。ｎ＋ｍ番目のマークの時点およびマーク番号は１つの発展形態では、制御装置の第２のメモリセルに格納される。本方法の別の構成では、第１のメモリセルの内容は回転数の計算後に、第２のメモリセルの内容によって上書きされる。この構成によって、本方法を実施するための消費資源が最適化される。

本発明による方法の１つの発展形態では、マークはセンサディスクの歯面であり、信号発生部はこの歯面を誘導的に測定するか、またはホール効果によって測定するか、または容量的に測定する。

歯面は有利には、実質的にセンサホイール全体にわたって均等に分布されており、センサホイールには付加的にゼロマークが、たとえば２倍の幅の歯または２倍の幅の歯みぞの形態で配置される（すなわち、１つの歯を省略するか、または１つの歯みぞを省略する）。

冒頭に述べられた問題は、本発明による方法を実施することができる実行可能制御プログラムを有する制御装置によっても解決される。

本発明の実施例を以下の説明で、添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、センサディスク１を示す概略図である。このセンサディスク１は、たとえばクランクシャフトまたはカムシャフトに直接配置されているか、または連結リンクを介して間接的に、クランクシャフトないしはカムシャフトに相対回動不能に結合されている。センサディスク１は軸２を中心として回転する。センサディスク１の外周部にはマーク３が配置されている。これらのマークはたとえば、それぞれ等間隔にセンサディスク１の外周部にわたって配置された歯４から成る。歯４の相互間には、それぞれ歯みぞ８が配置されている。別のマーク５が、クランクシャフトないしはカムシャフトの既知のゼロ位置を標示する。このマーク５は、ここでは２倍の幅の歯または２つの歯４の間の比較的大きな歯間隔等の形態で示されている。該センサディスク１には、センサ６も配置されている。

カムシャフトひいてはセンサディスク１の回転時にはその都度、歯４およびマーキング５がセンサ６に接近する。これによってたとえば、電気的信号をセンサ６で引き起こす。センサ６は、誘導型センサ、ホール効果ベースのセンサまたは容量性センサとすることができる。択一的に、このセンサを光学的に動作するセンサとすることもできる。その際にはたとえば、センサは歯４ないしはマーク５によって引き起こされた光学的な変化を測定する。

図２は、時間ｔ上のセンサ６の出力信号Ｓの信号特性を示している。歯４および歯みぞ８を交互に近接させることにより、信号発生部６の信号経過の場合、矩形の信号が生成される。この信号は、値「ハイ」および値「ロー」をとる。両値の間では、信号は上昇エッジないしは下降エッジを伴って急激に変化する。角度の通常の分解能は６°のクランクシャフト角度（ＫＷ）であり、２°の角度単位のギャップの場合、５８個の歯対または極対がセンサホイールに取り付けられる。

回転数を検出するためには、その都度同じエッジを検出する。ここではたとえば、下降エッジをその都度検出する。各エッジには、ゼロマークからのカウントによって一義的に、センサホイール１の歯面が所属している。歯Ｚｎに所属するエッジＴｚｎから開始して、以下のエッジはＴｚｎ＋１、Ｔｚｎ＋２と称され、以下も同様に称される。２つの連続する下降エッジ間では、センサホイールは６°回転している。センサホイールひいてはクランクシャフトの回転数ｎｍｏｔは、以下の値になる。
nmot[1/mn] = (Zn−Zn+m) x 歯角度[°] / (TZn[ms]−TZn+m[ms]) x (1/0.006[°xmn/ms])
係数１／０．００６［°ｘｍｎ／ｍｓ］は、ミリ秒で測定された値を１／分の回転数表示に換算するのに使用される。ここでは、
Ｎｍｏｔは、クランクシャフトないしはセンサホイールの回転数に等しい機関回転数を表す。
Ｚｎは、ｎ番目の信号下降エッジ（ｎは正数である）を表す。
Ｚｎ＋ｍは、ｎ＋ｍ番目の信号下降エッジ（ｍは正数である）を表す。すなわち、Ｚｎ番目の信号エッジからｍ個の信号エッジがカウントされる。
ＴＺｎは、Ｚｎ番目の信号エッジが測定される時点を表す。
ＴＺｎ＋ｍは、Ｚｎ＋ｍ番目の信号エッジが測定される時点を表す。
[ ] はそれぞれ、物理量が測定される単位を表す。［°］＝角度、［ｍｓ］＝ミリ秒、［ｍｎ］＝分等である。

負のエッジの時点はタイマプロセッサユニット（ＴＰＵ）レベルで、回転数センサによって出力された信号から求められ、ＲＡＭセルに一時記憶される。この信号は、図２では垂直方向の矢印として表されている。付加的に、歯番号も記録される。このＲＡＭセルは、アプリケータ層によって各時間格子ＺＲで読み出される。これらの時間格子ＺＲは、図２では破線によって示されている。こうすることにより、最後に読みとられた歯の時点および識別子が得られる。アプリケータ層では、平均的な回転数が計算される。最後の時間格子の前のエッジの時点ＴＺ＿ａｌｔおよび歯番号ＺＮ＿ａｌｔが記憶される。その時点の値ＴＺ＿ｎｅｕおよびＺＮ＿ｎｅｕが読み込まれる。これらから、次の回転数が得られる：
NMOT = (ZN_neu−ZN_alt) x 歯角度 / (TZ_neu−TZ_alt) x (1/0.006[°xmn/ms])
回転数はＴＰＵへフィードバックされる。この回転数は次の時間格子まで有効である。最後に、古い値ＴＺ＿ａｌｔおよびＺＮ＿ａｌｔは新規の値によって上書きされる。

センサおよびセンサディスクの配置の概略図である。 時間的に経過するセンサの特性の概略図である。

符号の説明

１ センサディスク、センサホイール
２ 軸
３ マーク
４ 歯
５ ゼロ位置
６ 信号発生部
８ 歯みぞ

Claims (9)

1. 内燃機関のクランクシャフトの回転数を検出する方法であって、
   該内燃機関のクランクシャフトに結合されているセンサディスク（１）を使用し、
   該センサディスク（１）は、歯（４）および歯みぞ（８）が交互に配置されて形成されたマーク（３）を有し、
   該センサディスク（１）に所属する第１の信号発生部（６）によって電気的信号を発生し、
   該電気的信号は、少なくとも２つの信号レベル（Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗ）をとり、
   前記信号レベル（Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗ）のうち１つは歯（４）に割り当てられており、
   別の信号レベル（Ｈｉｇｈ，Ｌｏｗ）は歯みぞ（８）に割り当てられている形式のものにおいて、
   制御装置によって、両マーク間を通過した時間（ＴＺｎ−ＴＺｎ＋ｍ）によって２つのマーク（ｎ，ｎ＋ｍ）間の角度を除算することにより、該クランクシャフトの回転数を求め、
   両マーク（ｎ，ｎ＋ｍ）間に別のマーク（ｍ）が設けられており、
   両マーク（ｎ，ｎ＋ｍ）間に設けられるマークの数は回転数に依存することを特徴とする方法。
2. 両マーク（ｎ，ｎ＋ｍ）間に設けられるマーク（３）の数を、回転数が上昇するにつれて増加する、請求項１記載の方法。
3. ｎ＋ｍ番目のマークは、該内燃機関のシリンダの噴射を標示するマークの前の少なくとも１つのマークである、請求項１または２記載の方法。
4. ｎ番目のマークの時点およびマーク番号を、該制御装置の第１のメモリセルに格納する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. ｎ＋ｍ番目のマークの時点およびマーク番号を、該制御装置の第２のメモリセルに格納する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 回転数の計算後、第１のメモリセルの内容を第２のメモリセルの内容によって上書きする、請求項４または５記載の方法。
7. マークは該センサホイールの歯面であり、
   該信号発生器は歯面を、誘導的に測定するか、またはホール効果によって測定するか、または容量的に測定する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 歯面は実質的に均等に、該センサホイールに分布されており、
   該センサホイールには付加的に、ゼロマークが配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 制御装置において、
   請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を実施できる実行可能制御プログラムを有することを特徴とする制御装置。

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