(57)【特許請求の範囲】
【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、
カムシャフトセンサとして絶対角度センサを用い、該絶対角度センサを用いてカムシャフト位置を所定の時間パターンで連続的に検出し、
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
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。
【請求項２】
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記載の方法。
【請求項３】
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１または２記載の方法。
【請求項４】
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３記載の方法。
【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回転運動のダイナミクスΔωを求める、請求項３記載の方法。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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６記載の方法。
【請求項８】
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６または７記載の方法。
【請求項９】
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８記載の方法。
【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回転運動のダイナミクスΔωを考慮する、請求項６から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
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１０記載の方法。
【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４３１３３３１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、カムシャフトセンサとして絶対角度センサを用い、該絶対角度センサを用いてカムシャフト位置を所定の時間パターンで連続的に検出し、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。上方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Δω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。
【図１】
0004393078.tif 000002