JP3882026B2 - 周期的に変化するパラメータをクランクシャフトに同期して検出するための装置 - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に記載された、内燃機関における周期的に変化するパラメータ、例えば負荷をクランクシャフトに同期して検出ための装置に関する。
内燃機関の吸気管内の負圧は内燃機関の動作クロックで脈動することは公知である。しかし内燃機関を正確に制御するためには実際の空気流量が必要である。多くの場合、吸気管圧の平均値のような代替パラメータが使用される。したがって例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３８０３２７６号公報で提案されているように、吸気管圧を角度同期して１周期期間あたり２回サンプリングし、得られた信号または吸気管圧自体を適切なフィルタにより減衰し、疑似正弦波信号経過を得る。この信号を１点火間隔あたりに２回サンプリングすれば、２つの順次連続する値から平均値を直接算出することができる。
現代の内燃機関に対しては、この平均値形成は相変らず不正確すぎる。さらにこの手段によっては平均値だけが検出され、正確な圧力経過ないし正確な空気流量を検出することはできない。しかし後者の検出こそが適切な制御手段に対して所望されるのである。
発明の利点
これに対し請求の範囲第１項の構成を有する本発明の装置は、非常に正確な平均値形成が可能であり、かつ正確な吸気管圧経過ないし吸気された空気量の正確な経過を検出することができる、という利点を有する。さらに、１動作クロックあたりに吸気された空気量を正確に検出することができる。全体として、とくに正確で信頼性の高い負荷検出が可能である。
さらに有利には、得られた測定値をセグメントごとに、ひいては動作クロックごとに相互に比較することができる。その際に個々のセグメントに所属する平均値が形成され、この平均値を内燃機関の制御のために使用することもできる。
これらの利点は、信号経過を高いサンプリングレートでサンプリングし、サンプリングの開始をクランクシャフトに関連して同期することにより得られる。すなわち、各セグメントに対して同じ箇所でサンプリングを開始するのである。このことにより周期的に振動する負荷信号への同期が行われる。１動作クロックにわたって積分することにより所属の吸気された空気量が算出される。
周期的に振動する信号を適切にろ波することはサンプリングの前に実施することができる。しかしドイツ特許出願公開第３８０３２７６号の記載とは異なり、公知の手段が必ずしも必要なわけではない。
従属請求項に記載された手段により、請求の範囲第１項に記載された装置の有利な実施例が可能である。
図面
本発明が図面に示されており、以下詳細に説明する。図１は本発明の装置の概略図、図２は所属の信号経過を示す線図である。
これら図面に基づき、本発明を詳細に説明する。
実施例の説明
図１には、内燃機関の本発明の重要な部材が概略的に示されている。ここで１０により制御装置が示され、１１によりクランクシャフトが、１２によりディスクが示されている。ディスクはクランクシャフト１１と結合されており、これと共に回転する。
ディスク１２の上面は複数のマーキング１３ａ、１３ｂ、１３ｃを有する。これらマーキングの数は内燃機関の気筒数と整合する。図１に示された実施例では３つのマーキングがあり、このディスクは６気筒内燃機関に使用されるものである。αＫＷにより示された領域はいわゆるセグメントを形成する。この領域は図１では、マーク１３ａの後縁とマーク１３ｂの後縁との間の角度として定義されている。
ディスク１２は固定のセンサ１４により走査される。このセンサの出力信号は制御装置１０に入力信号Ｅ１として供給され、さらに処理される。
１５により内燃機関の吸気管が示されており、１６は吸気管に配置されたスロットバルブを概略的に示す。１７は吸気管の空気フィルタとして作用する領域を示す。１８はホットワイヤ式空気質量計ＨＬＭである。この空気質量計は流過する空気に応答し、その出力信号を制御装置１０に信号ＵＬＨとして供給する。
ＨＬＭの代りにＨＦＭを使用することもできる。１９は圧力センサを表す。この圧力センサは吸気管に、例えば図示の箇所のいずれかに配置され、吸気管圧を測定する。このセンサも同じように制御装置１０と接続されており、制御装置では圧力センサの出力信号ＵＬＰも処理される。制御装置１０は出力信号Ａを内燃機関の制御、例えば点火および噴射の制御のために送出する。
負荷センサ、すなわち圧力センサまたは空気質量計の出力信号は適切に処理され、例えばこれらの信号を周期的信号経過が得られるようにろ波することができる。この周期的信号経過はさらに処理される。
図２ａには、クランクシャフトセンサから得られた信号が示してある。ここでは、マーク１３ａ，１３ｂ，１３ｃの後縁がクランクシャフトセンサ１４を通過する際に形成された信号部分だけがプロットされている。信号エッジ間の間隔は図１の実施例に対しては１２０°／ＫＷであり、したがってこればちょうど１セグメントに相当する。
図２ｃには、負荷信号ＵＬの経過が示されている。この信号は、ホットワイヤ式ないしホットフィルム式空気質量計から発生した信号ＵＬＨまたは吸気管に配置された圧力センサＵＬＰの信号である。この信号は周期長を以て周期的に変動する。この周期長はセグメント長ないしαＫＷの角度に相応する。
図２ｃの負荷経過はその他の点では非常に概略的に示されている。しかしこれは本発明の理解のためには重要でない。厳密に考えればホットワイヤ式空気質量計は、実質的に空気質量流に依存し、正弦波状の脈動を伴う直流電圧信号を送出する。この脈動の振幅は回転数が高くなると小さくなる。約８００から１４００ｒ．ｐ．ｍの逆流領域では、機関形式によって、脈動の際の出力信号は正弦振動の絶対値に相当する。
圧力センサの出力信号は実質的に圧力に線形に依存する直流電圧信号であり、全回転数領域で正弦波状の脈動が重畳されている。しかし実際の信号経過は本発明の理解には不必要であり、したがって周期的な成分だけが図示されている。
圧力センサが直接吸気管に配置されていれば付加的なフィルタを使用することができるが、しかしこれは信頼性のある評価可能な信号を得るために必ずしも必要ではない。
図２ｃの信号は制御装置で、例えば１ｍｓの所定の時間インターバルでサンプリングされる。ここで重要なことは、各セグメントに対するサンプリングは同じ箇所で開始することである。サンプリングの同期は、図２ａの信号エッジに依存して行われる。この同期が実行されなければ、サンプリング間隔が一定であるため機関動作状態が定常なものであっても、負荷信号に変動が発生することとなる。
第１のサンプリングは図示の実施例では、図２ａの信号の最初のエッジ発生の１ｍｓ後に行われる。第１のサンプリングは、図２ｂと図２ｃに１により示されている。第２のサンプリングが１ｍｓ後に行われ、これは２により示されている。第４のサンプリングが第１のセグメントでの最後のサンプリングである。
第５のサンプリングは、第４のサンプリングの１ｍｓ後に行われるのではなく、図２ａの信号の第２のエッジの発生の１ｍｓ後に行われる。したがって５により示された箇所ではなく、５’により示された箇所でサンプリングされる。第６から第８のサンプリングに対しても同様のことがあてはまる。これらも６’から８’でサンプリングされ、非同期の場合のように６から８ではサンプリングされない。これによって各セグメントに対するサンプリングが同期され、同じ箇所で行われることが確実になる。
第３のセグメントへ移行する際には、サンプリングは９”で行われ、９または９’では行われない。ここで箇所９”は、図２ａの信号の第３のエッジの１ｍｓ後に続く。
平均値形成は各１セグメントにわたって行われる。したがって第１のセグメントの平均負荷信号は最初の４つのサンプリング負荷信号値から形成される。この平均値は第２のセグメントの平均値に相応する。第２のセグメントは５’から８’のサンプリング値から形成される。第３のセグメントでは９”から１２”のサンプリング値が平均値形成に使用される。
サンプリングクロックあたりに吸気される空気量を検出するために、（ＨＬＭまたはＨＦＭからの）負荷信号が１動作クロックにわたって、すなわち１周期長にわたって積分される。次式があてはまる。

ここでｎとｎ＋１はセグメントを表し、ｔ_nとｔ_n+1との間にクランクシャフトは角度αＫＷだけ回転する。
選択的に圧力センサまたは空気質量計を有する内燃機関では、フィルタ時定数が同じオーダーにあるように２つの信号を処理すれば、両方の検出装置を組合わせることも考えられる。１ｍｓラスタでクランクシャフトないし回転数に同期してサンプリングすることにより、統一的な負荷検出が可能となる。
前記の方法は、圧力に対してもＨＦＭ／ＨＬＭ装置に対しても使用することができる。センサインタフェースがコンパチブルな場合、信号を処理する制御装置をハードウェア的には同じにし、２つのデータ検出装置に対して選択的にデータセットを切替えることができる。
検出された負荷は制御装置で、とくに最適の点火と噴射に関連した内燃機関の制御のために使用される。
図１はセグメントディスクを有する実施例を示す。同じようにインクリメントディスクを使用することもできる。このインクリメントディスクには多数の、例えば６０マイナス２個のマーキングが設けられており、２つの欠けたマーキングが基準マークを形成する。この場合インクリメントディスクは、所定数のマーキング、例えば１０個のマーキングが１つのセグメントを形成し、したがって６気筒機関の場合はαＫＷ＝６０°の角度を越えて延在する。
相応の場合によってディスクをカムシャフトに結合することもできる。重要なことは、評価すべき周期信号のサンプリングをセグメント長の周期期間によって各セグメントで同じ箇所で行うことである（図２ｃ）。

Claims (10)

1. 内燃機関の周期的に変化するパラメータ、例えば負荷をクランクシャフトに同期して検出するための装置であって、
   センサを有し、該センサはクラックシャフト角度に依存する信号を出力し、該信号はセグメントごとに少なくとも１つのエッジを有し、
   １つのセグメントは選択可能なクランクシャフト角度領域に相応し、
   さらに別のセンサを有し、該センサは負荷に依存する信号を出力し、
   該負荷に依存する信号は選択可能な時間インターバルでサンプリングされ、
   当該サンプリングは各セグメントにおいて、クランクシャフト角度に依存する信号の相応のエッジから同じ間隔で開始される形式の装置において、
   サンプリングの同期はクランクシャフト角度に依存する信号のエッジに依存して行われ、
   これにより各セグメントにおけるサンプリングはクランクシャフト角度に依存する信号の所属のエッジから同じ間隔で開始されることを特徴とする装置。
2. サンプリングされた値から平均値が形成され、それぞれ１つのセグメントにわたって平均化される請求の範囲第１項記載の装置。
3. セグメント長を形成するクランクシャフト角度領域は内燃機関の気筒数に依存し、
   当該クランクシャフト角度領域は周期的に変化するパラメータの期間長に相応するよう選定される請求の範囲第１項記載の装置。
4. クランクシャフト角度に依存する信号を形成するために、クランクシャフトに結合されたディスクが検出器により走査され、
   該ディスクは気筒数の半分に相応する数のマーキングを有する請求の範囲第３項記載の装置。
5. 周期的に変化するパラメータのサンプリングはミリ秒オーダーの間隔で行われる請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項記載の装置。
6. 周期的に変化するパラメータは内燃機関の吸気管における空気流であり、センサとして空気質量計または空気量計、例えばＨＦＭまたはＨＬＭが使用され、および／または
   周期的に変化するパラメータは内燃機関の吸気管における圧力であり、センサとして圧力センサが使用される請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項記載の装置。
7. 信号のサンプリングおよび評価は内燃機関の制御装置を用いて行う請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項記載の装置。
8. 負荷に依存する信号は、周期的信号経過が発生するようにフィルタリングされる請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項記載の装置。
9. 負荷信号は１セグメントにわたって、１動作クロックあたりに吸気された空気量を検出するため積分される請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項記載の装置。
10. クランクシャフト角度に依存する信号を形成するために、クランクシャフトまたはカムシャフトと結合したインクリメントディスクが走査され、
    該インクリメントディスクが多数のマーキングを有し、
    所定数のマーキングが１セグメント長に相応する角度領域αＫＷにわたって存在する請求の範囲第１から第３項または第５項から第９項までのいずれか１項記載の装置。

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