JPH05125989A - 動作行程識別方法および識別装置 - Google Patents

動作行程識別方法および識別装置

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JPH05125989A
JPH05125989A JP4114626A JP11462692A JPH05125989A JP H05125989 A JPH05125989 A JP H05125989A JP 4114626 A JP4114626 A JP 4114626A JP 11462692 A JP11462692 A JP 11462692A JP H05125989 A JPH05125989 A JP H05125989A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ４ストローク機関の始動時でも、４ストロー
ク機関の気筒のそれぞれ瞬時の動作行程を迅速に識別で
きるようにする。 【構成】 機関の始動時に動作行程を識別するために、
−クランクシャフト角度センサからクランクシャフト角
度信号が送出されると直ちに、前記センサからの信号を
検出し記憶し、−所属するセンサ信号が圧力最大値の圧
力経過を示す気筒を検出し、同時にセンサ信号に対する
閾値条件が満たされると、これは当該気筒に圧縮ガスが
存在することを示し、−前記の条件が満たされる気筒を
膨張行程にあると判定し、機関の構造に相応してそれぞ
れの動作行程を他の気筒に対応付けする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、４ストローク機関の気
筒のそれぞれ瞬時の動作行程の識別方法であって、該４
ストローク機関はクランクシャフト角度センサと、気筒
の燃焼室圧力等価量に対する尺度である信号を出力する
ためのセンサを各気筒に有している識別方法およびこの
方法を実施するための装置に関する。
【０００２】このような機関の４つのストローク（行
程）は以下、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気
行程と称する。電子制御過程では例えば点火時期または
噴射期間を設定するために、各気筒の動作行程を正確に
識別することが重要である。
【０００３】
【従来の技術】動作行程を識別するために実際に例え
ば、カムシャフトセンサからの信号を利用する方法が用
いられる。カムシャフトはクランクシャフトの２回転で
１回転だけする。従いクランクシャフトの各々７２０゜
回転でそれぞれ１つのカムシャフトセンサ信号が出力さ
れる。機関構造に基づき、このセンサ信号の発生に個々
の気筒の動作行程が対応付けられる。
【０００４】他の公知の方法によれば、誘導型センサが
設けられ、このセンサがクランク角の７２０゜毎に１つ
の信号を出力する。というのは、この角度間隔をおいて
それぞれ１つの点火信号がこの気筒に印加されるからで
ある。
【０００５】７２０゜より小さな角度間隔での動作行程
識別は、気筒識別のために圧力センサの信号を使用した
ときに可能になる。この場合、圧力センサのそれぞれ１
つがそれぞれ１つの気筒に配属されている。この種のセ
ンサを用いた方法はＤＥ−Ａ−４００２２２８に記載さ
れている。この刊行物には７２０゜／ｎクランクシャフ
ト角度毎の識別が可能であることが示されている。ここ
でｎは４ストローク機関の気筒数である。このような高
速な気筒識別は、少なくとも１つの圧力センサの信号経
過が所定のクランク角度領域で監視されて初めて可能で
ある。
【０００６】従来の技術では注意されなかった問題が機
関の始動時に発生する。これに関連して次のことに注意
すべきである。すなわち、クランクシャフト角度信号は
スタータの操作後迅速に、すなわち比較的低い最小回転
数に達すると検出することができるが、しかしこの信号
の絶対値は角度の明白な信号が検出されて初めて求める
ことができる、ということである。つまり例えばカムシ
ャフトセンサの信号または点火コードに設けられたセン
サ、例えば誘導型センサの信号が検出されて初めて可能
になる。このような信号が検出されたならば、クランク
角度領域を設定することができ、少なくとも１つの圧力
センサの信号の経過をこの所定の領域で、正確な動作行
程識別のために監視することができる。
【０００７】４ストローク機関の始動時には前記した従
来の方法および装置を適用した場合、それぞれ実際の気
筒の動作行程を識別するまでにクランクシャフトの比較
的大きな角度領域を掃引することが生じ得る。燃料吸気
を行う機関では、全領域で動作行程を識別する前に燃料
が吸気されるが、しかしこの燃料は燃焼されずに機関か
ら排気される。というのは、どの気筒をいつ点火すべき
かまったく不明瞭だからである。機関が噴射装置を使用
する場合、燃焼されない燃料の問題は、次のようにして
解決される。すなわち燃料噴射を点火時期が設定され得
るようになってから初めて開始するのである。しかしこ
のような機関でも燃料の調量が各気筒毎に開始されるな
らば、最初の点火時期が確定する時、既に点火可能な混
合気が存在することになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、４ス
トローク機関の始動時でも、４ストローク機関の気筒の
それぞれ瞬時の動作行程を迅速に識別する方法および装
置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によ
り、機関の始動時に動作行程を識別するために、 −クランクシャフト角度センサからクランクシャフト角
度信号が送出されると直ちに、前記センサからの信号を
検出し、記憶し、 −所属するセンサ信号が圧力最大値の圧力経過を示す気
筒を検出し、同時にセンサ信号に対する閾値条件が満た
されると、これは当該気筒に圧縮ガスが存在することを
示し、 −前記の条件が満たされる気筒を膨張行程にあると判定
し、機関の構造に相応してそれぞれの動作行程を他の気
筒に対応付けするように構成して解決される。
【００１０】オットー型機関の気筒のそれぞれ瞬時の動
作行程を識別するための本発明の装置は、クランクシャ
フト角度センサおよび各気筒にセンサを有し、このセン
サは当該気筒の燃焼室圧力等価量に対する尺度である信
号を送出し、その他に動作行程識別装置を有する。この
装置は動作行程識別方法を実施するように構成されてい
る。
【００１１】本発明の方法および装置は、どのセンサ信
号がどの気筒から発生したものであるか正確に既知であ
ることを利用する。従ってどの気筒が高圧力下で最大圧
力値を有するか調べる。この場合最大圧力値は排気行程
とそれに続く吸気行程との間でも、圧縮行程とそれに続
く膨張行程との間でも発生する。しかし後者の最大圧力
値は前者よりも格段に大きい。従って２つの最大圧力値
は明確に区別できる。２つの最大値のうちの大きい方は
明確に検出される。１つの気筒に対するこのような最大
値が検出されると直ちに、この気筒が膨張行程にあるこ
とが確定する。機関構造に基づき、他の気筒の動作行程
も定まる。この検出は既に絶対角度を表す信号が識別さ
れたか否かにまったく依存しない。
【００１２】本発明の方法および発展形態では、気筒の
それぞれ瞬時の動作行程を識別できるだけでなく、点火
時期を設定するのに十分な精度でクランクシャフト角度
を推定することができる。そのための装置はクランクシ
ャフト角度計算装置を有しており、この計算装置は瞬時
のクランクシャフト角度を、前記の最大圧力値の存在す
る際のインクリメントと瞬時のインクリメントとの間の
インクリメントの数、インクリメント毎の角度間隔、こ
の最大圧力値を有する気筒の番号から計算する。
【００１３】機関が例えば６気筒機関である場合、各１
２０゜のクランクシャフト角度毎に相互に１つの気筒が
前記の高い最大圧力値に達し、従い膨張行程に入ること
が公知である。クランクシャフト角０゜（＝７２０゜）
が点火順序で第１番目の気筒の膨張行程の開始前６０゜
にあるよう設定されていれば、点火順序で６番目の気筒
は６６０゜のクランクシャフト角度の場合に膨張行程に
突入する。機関の始動時に、例えば前記６番目の気筒に
対する最大圧力値がクランクシャフト角度センサの信号
の３インクリメントだけ遅延されたと識別されると、識
別時点でのクランクシャフト位置は６６０゜の３角度イ
ンクリメント後ろにあることになる。１つの角度セグメ
ントが３゜であれば（これは典型的な例である）、識別
時点でのクランクシャフト角度は６６９゜である。この
クランクシャフト角度は前記の最大圧力値が識別し得る
精度でのみ既知である。この精度は±１〜２インクリメ
ントであり、最大値の識別の際にかけられるコストに依
存する。これは角度では±３゜から±６゜に相応し、点
火の粗調整に対しては十分である。引き続きクランクシ
ャフト角度を明確に表す信号例ではカムシャフトセン
サ、点火信号センサあるいはクランクシャフトマークセ
ンサからの信号が測定されると、前記の不確実な状態は
なくなり、クランクシャフト角度は、エラーの発生しな
いことを前提にすれば以降正確に既知である。しかしエ
ラーは不可避であるから、機関のスタート期間の経過後
も動作行程識別をさらに実行し、クランクシャフトの角
度位置を正確に表す信号がさらにサンプリングされる。
これは従来の方法により行われる。
【００１４】各気筒で検出される燃焼室圧力等価量は直
接燃焼室圧力とすることができる。しかしより有利に
は、燃焼室圧力を圧力軽減を利用して間接的に測定す
る。圧力軽減は点火プラグまたはシリンダヘッドネジ下
方の圧電リングに発生する。この種の座金は種々の製造
者から提供されている。
【００１５】既に述べたように本発明の方法および装置
では高い最大圧力値を識別することが重要である。識別
精度に対して十分に高い圧力の存在は次のようにして検
出される。すなわち、測定された信号の絶対値が閾値を
上回るか、または２つの信号の差が別の閾値を上回るこ
とによって検出される。第２の条件は第１の条件よりも
正確であり、場合により高い信頼度で検出される。しか
し動作行程識別と角度識別に遅延が生じるようにもな
る。一般的に識別の信頼度は、評価の複雑性が増す程上
昇し得るといえるが、しかし最終的識別もさらに遅延さ
れる。十分に確実な方法が作動するのにどの程度のコス
トがかかるかは、例えば測定される信号の時間経過に依
存する。気筒の圧力が圧縮の際に比較的迅速に上死点ま
で上昇し、上死点を越えると再び急速に下降するような
機関が存在すれば、最大値の正確な識別に問題はない。
しかしこれに対し機関が、比較的広い最大値領域が上死
点付近に発生するように構成されていれば、本当の最大
値点を可及的正確に識別するための評価にはよりコスト
がかかる。動作行程の識別だけが問題で、同時にクラン
クシャフト角度を可及的正確に設定しなくても良いなら
ば、最大値識別の際のコストは比較的低くすることがで
きる。
【００１６】
【実施例】図１の装置は、６気筒Ｚ１〜Ｚ６の４サイク
ル機関１０、動作行程識別装置１１、クランクシャフト
角度計算装置１２および制御装置１３を有する。機関の
クランクシャフト位置はクランクシャフト角度センサ１
４によって検出される。このセンサは、クランクシャフ
ト角度信号ＫＷＷをクランクシャフト角度の３゜毎に動
作行程識別装置１１およびクランクシャフト角度計算装
置１２に出力する。同様にクランクシャフトマーク信号
ＫＷＭもクランクシャフト角度の３６０゜毎に制御装置
１３に出力される。気筒Ｚ１〜Ｚ６の燃焼室圧力は圧力
センサＳ１〜Ｓ６により検出される。実験機関では気筒
のそれぞれの点火プラグ下方にある圧力に鋭敏な座金が
取り扱われる。従いこれらのセンサは実施例では圧力軽
減を測定し、所属の電気信号を出力する。しかし以下常
に所属の圧力のことを示す。センサの信号Ｐ１〜Ｐ６は
動作行程識別装置１１に供給される。
【００１７】図２は、図１の機関１０の６つの気筒に対
して測定された点火しない際の圧力経過を示す。最大値
は約３．８ｂａｒに達している。圧力閾値は３ｂａｒの
ところに示されている。クランクシャフト角度信号ＫＷ
Ｗは機関始動後、垂直に示された直線以降に検出可能で
ある。検出可能になって初めて、動作行程識別装置１１
はセンサＳ１〜Ｓ６からの信号Ｐ１〜Ｐ６を評価するこ
とができる。図２に示された角度領域では、前記の垂直
直線以降に３つの気筒が最大値に達する。すなわち、気
筒Ｚ５、Ｚ３とＺ６である。気筒Ｚ５およびＺ６の圧力
最大値はその際、３ｂａｒの閾値ＰＳＷを越える圧力を
有する大きい最大値である。従い圧縮行程と膨張行程と
の間に発生する圧力最大値である。これに対し気筒Ｚ３
に対する最大値は僅かに１ｂａｒを越えるだけである。
すなわちこれは排気行程と吸気行程との間に発生する最
大値である。この後者の最大値は良好に識別されない。
従って気筒識別およびクランクシャフト角度検出には、
閾値ＰＳＷを越える大きな最大値のみを使用する。閾値
ＰＳＷを越える最初の圧力最大値は気筒Ｚ５の最大値で
ある。図２では、この圧力最大値が、クランクシャフト
角度信号ＫＷＷの最大値後の次のインクリメントで識別
されることを前提にしている。機関構造に基づき、気筒
Ｚ５に対する圧縮行程と膨張行程との交番は５４０゜の
クランクシャフト角度にあることが既知である。次のイ
ンクリメントまでのクランクシャフト角度インクリメン
トの角度差は３゜とする。この場合その発生が識別され
たクランクシャフト角度信号に、その前のインクリメン
トに圧力最大値があった場合、絶対クランクシャフト角
度５４３゜が対応付けされる。図２にはこの角度が“ｃ
ａ．５４３゜”と示されている。これはこの角度が誤差
を含んでいることを表す。すなわちその精度は、ここで
は気筒Ｚ５に対する圧力最大値が検出され得る精度に依
存する。正確な絶対角度対応はクランクシャフト角度マ
ークＫＷＭが発生して初めて可能である。所属のクラン
クシャフト角度信号には値０゜が対応付けられる。
【００１８】従って、気筒Ｚ５に対しての圧力最大値が
検出される前、すなわち角度５４３゜より前では、クラ
ンクシャフト角度信号ＫＷＷに絶対角度は対応付けられ
ない。前記の角度およびクランクシャフト角度マークＫ
ＷＭの発生の間は絶対角度はほぼ既知であり、その後正
確に既知となる。当該領域において既に、ほぼ既知の絶
対角度を用いて制御装置１３により点火時期を設定する
ことができる。それにより気筒Ｚ６の場合では、正確な
角度対応付けを可能にするマークが得られていないにも
かかわらず既に点火することができる。
【００１９】図３から図６のフローチャートに基づき、
動作行程識別およびクランクシャフト角度検出に対する
有利な実施例を説明する。図３による方法は全般的な構
成を示し、図４から図６は詳細を示す。これら図面にお
いて“Ｚ”は点火順序の気筒番号を表す。“ＤＥＣＦＬ
ＡＧ”は、番号Ｚの気筒において圧力が減少しているか
（その場合“１”）または増加しているか（この場合
“０”）を示すフラッグである。“ＳＷＦＬＡＧＺ”
は、例えば図２の圧力閾値ＰＳＷが気筒Ｚに対する圧力
によって越えられたが（“１”）または越えられていな
いか（“０”）を表すフラッグである。
【００２０】ステップｓ３．１からｓ３．４では、フラ
ッグＤＥＣＦＬＡＧＺは１に、フラッグＳＷＦＬＡＧＺ
はすべての気筒に対して０にセットされる。その後第１
のインクリメント信号ＫＷＷがクランクシャフト角度セ
ンサ１４により生成されると（ステップｓ３．５）直ち
に信号ＰＺがすべての気筒ＺＮに対して検出され記憶さ
れる（ステップｓ３．６）。これにより信号比較のため
の基礎が形成される。引き続きクランクシャフト角度セ
ンサ１４からの新たなインクリメント信号により繰返し
すべての気筒ＺＮに対してステップが実行される。この
ステップにより閾値条件を同時に満たす圧力最大値が存
在するか否かが検査される。
【００２１】繰返し実行されるステップはステップｓ
３．７により開始される。このステップｓ３．７では、
次のインクリメント信号がクランクシャフト角度センサ
から発生するか否かが検査される。発生すると直ちにセ
ンサ信号ＰＺがすべての気筒ＺＮに対して測定し記憶す
る（ステップｓ３．８）。次に気筒数が初期化され、増
分され、既にすべての気筒圧力が瞬時のインクリメント
に対して評価されたか否か検査される。評価をまだ行う
べきであるならば、マークＡの経過後ステップｓ３．１
２で、閾値条件が満たされたか否か検査される。満たさ
れていない場合、マークＣの経過後同時に、別の気筒に
対する評価をさらに行わなければならないか否か検査さ
れる（ステップｓ３．１０とｓ３．１１）。これに対し
最大値が存在していれば、圧力最大値に対するインクリ
メントと瞬時のインクリメントとの間のインクリメント
の数から、圧力最大値を有する気筒の番号および瞬時の
クランクシャフト角度の機関構造データが試算され、各
気筒に動作行程が対応付けられる。そしてプログラム経
過は終了する。
【００２２】図４および図５には閾値条件ステップｓ
３．１２に対する変型実施例を示す。図４の変型実施例
は絶対圧閾値および図５の差圧閾値により動作する。図
４ではステップｓ３．１２．１において、気筒Ｚに対す
る圧力ＰＺが閾値圧力ＰＳＷ（図２参照）の上側にある
か否か検査される。上側にない場合マークＣが続き、そ
の他の場合マークＢが続く。図５によればステップｓ
３．１２．２でまず圧力差ΔＰＺが計算される。ここで
は例えば所定のインクリメント数にわたる圧力差を扱う
ことができる。または圧力変化が持続的に一方向の場
合、最初の測定圧力または極値の圧力に対する瞬時の差
を形成することができる。圧力差ΔＰＺが計算されると
直ちに、圧力差ΔＰＺが閾値ＤＰＳＷを上回っているか
否か検査される（ステップｓ３．１２．３）。上回って
いない場合マークＣに、その他の場合マークＢに達す
る。
【００２３】図６は、図３のステップｓ３．１３に対す
る実施例を示す。ステップｓ３．１３．１では、１つの
気筒に対して測定された瞬時の圧力ＰＺが、前のインク
リメントで記憶された圧力ＰＺＶＯＲよりも小さいか否
か検査される。小さくなければ、圧力は上昇し、ＤＥＣ
ＦＬＡＧＺが０にセットされ（ステップｓ３．１３．
２）、そしてマークＥに達する。その他の場合はステッ
プｓ３．１３．３で、ＤＥＣＦＬＡＧＺが０か否か検査
される。０でなければ前の角度インクリメントの際に圧
力は既に降下しており、再びマークＥに達する。その他
の場合は最大値検査で肯定されたのでマークＤが続く。
というのは、ステップｓ３．１３．１が圧力が実際に降
下しても、前のインクリメントの際にリセットされたＤ
ＥＣＦＬＡＧＺは前に圧力が上昇したことを示すからで
ある。
【００２４】図６による圧力検査は次のように簡単に構
成することができる。すなわち、比較的小さな圧力変化
が比較ステップｓ３．１３．１で８を除いて許容され角
度インクリメントが大きな角度領域を表すようにし、１
つのインクリメント信号から別のインクリメント信号ま
で、比較的平坦な圧力最大値の領域においてでも圧力変
化が明確に識別されることが確実になるよう構成するの
である。このように構成すれば信頼度の高い結果が得ら
れる。例えば圧力をクランクシャフト角度３゜毎の各ク
ランクシャフト角度信号の際に評価するのでなく、例え
ば３番目毎の信号で評価することもできる。その場合圧
力変化方向の反転を検出しても、反転が３゜前か６゜前
かはまったく明らかにならない。この実施例は、測定の
確実性と角度分解能は圧力最大値の検出の際に相反する
要求であることを示す。それぞれの適用例に依存して当
業者が相応に最適構成しなければならない。
【００２５】
【発明の効果】本発明により、４ストローク機関の始動
時でも、４ストローク機関の気筒のそれぞれ瞬時の動作
行程を迅速に識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】動作行程識別装置、クランクシャフト角度計算
装置および制御装置を有する６気筒４ストローク機関の
模式図である。
【図２】図１の機関の６つの気筒に対する圧力経過をク
ランクシャフト角度について示す線図である。
【図３】本発明の方法を説明するためのフローチャート
である。
【図４】図３のフローチャートの変型実施例である。
【図５】図３のフローチャートの変型実施例である。
【図６】図３のフローチャートのマークＢ、Ｄ、Ｅの間
の方法ステップを実現するための方法ステップである。
【符号の説明】
１０ ４ストローク機関 １１ 動作行程識別装置 １２ クランクシャフト角度計算装置 １３ 制御装置 Ｚ１〜Ｚ６ 気筒 Ｓ１〜Ｓ６ センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エツカルト ダムソン ドイツ連邦共和国 ゲルリンゲン パノラ マシユトラーセ ９ (72)発明者 マルテイン クレンク ドイツ連邦共和国 バツクナング シユト レーゼマンシユトラーセ 11 (72)発明者 ヴインフリート モーザー ドイツ連邦共和国 ルートヴイヒスブルク グルントヴアインベルゲ 14

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ４ストローク機関の気筒のそれぞれ瞬時
    の動作行程を識別する方法であって、該４ストローク機
    関はクランクシャフト角度センサと、気筒の燃焼室圧力
    等価量に対する尺度である信号を出力するためのセンサ
    を各気筒に有している識別方法において、 機関の始動時に動作行程を識別するために、 −クランクシャフト角度センサからクランクシャフト角
    度信号が送出されると直ちに、前記センサからの信号を
    検出し記憶し、 −所属するセンサ信号が圧力最大値の圧力経過を示す気
    筒を検出し、同時にセンサ信号に対する閾値条件が満た
    されると、このことは当該気筒に圧縮ガスが存在するこ
    とを示しするものであり、 −前記の条件が満たされる気筒を膨張行程にあると判定
    し、機関の構造に相応してそれぞれの動作行程を他の気
    筒に対応付けする、ことを特徴とする動作行程識別方
    法。
  2. 【請求項２】 瞬時のクランク角度を、圧力最大時のイ
    ンクリメントと瞬時のインクリメントとの間のインクリ
    メントの数、１インクリメントあたりの角度間隔、圧力
    最大値を有する気筒番号および機関構造データから算出
    する請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 閾値条件として、前記の気筒に対するセ
    ンサ信号が閾値よりも上側にあるか否か検査する請求項
    １または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 閾値条件として、圧力最大値前および後
    で数インクリメントだけ間隔を置いた２つのセンサ信号
    間の差が差分閾値を上回るか否か検査する請求項１また
    は２記載の方法。
  5. 【請求項５】 クランクシャフト角度センサ（１４）
    と、それぞれの気筒の燃焼室圧力等価量に対する尺度で
    ある信号を出力するための、各気筒に設けられたセンサ
    （Ｓ１〜Ｓ６）とを有する、４ストローク機関（１０）
    の気筒のそれぞれ瞬時の動作行程を識別するための装置
    において、動作行程識別装置（１１）が設けられてお
    り、識別装置は、クランクシャフト角度センサ（１４）
    がクランクシャフト角度信号を送出すると直ちに、セン
    サ（Ｓ１〜Ｓ６）からの信号を検出し、記憶するように
    構成されており、さらに所属するセンサ信号が圧力最大
    値の圧力経過を示す気筒を検出し、その際同時にセンサ
    信号に対する閾値条件が満たされると、これは当該気筒
    に圧縮ガスが存在することを示し、前記の条件が満たさ
    れる気筒を膨張行程にあると判定し、機関の構造に相応
    してそれぞれの動作行程を他の気筒に対応付けすること
    を特徴とする動作行程識別装置。
  6. 【請求項６】 クランクシャフト角度計算装置（１２）
    が設けられており、該計算装置はそれぞれ瞬時のクラン
    クシャフト角度を、圧力最大値の際のインクリメントと
    瞬時のインクリメントとの間のインクリメントの数、イ
    ンクリメントあたりの角度間隔、圧力最大値を有する気
    筒の番号および機関構造データから計算するように構成
    されている請求項５記載の装置。
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