(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現実に即したエンジン回転数の算出方法であって、
エンジンのクランク軸に接続された歯車を走査するセンサを用い、
該歯車は表面に規則的な間隔をおいて離れている複数の歯を有し、
該歯はセンサを通過する際に信号を形成し、
該信号は前記歯車の表面に対応し、該信号をエンジンの制御装置によって回転数を算出するために評価し、
設定された信号の側縁の時間間隔から回転数を算出する、現実に即した回転数の算出方法において、
設定された閾値よりも大きな回転数に対しては、第１の方法によって回転数を算出し、
該閾値または第２の閾値を下回る回転数に対して、第２の方法によって回転数を算出し、
回転数が設定された閾値を下回る場合の評価を、回転数が設定された閾値を上回る場合の評価よりも短い時間間隔で行うことを特徴とする、現実に即した回転数の算出方法。
【請求項２】
エンジン回転数が閾値よりも小さければ、各信号の側縁から、または設定された信号の側縁から回転数を算出する、請求項１記載の現実に即したエンジン回転数の算出方法。
【請求項３】
回転数が閾値よりも大きければ、同期信号パルスを評価し、
該同期信号パルスは、設定されたクランク軸角度だけ互いに離れており、
該クランク軸角度はエンジンのシリンダの数に依存する、請求項１または２記載の現実に即したエンジン回転数の算出方法。
【請求項４】
前記制御装置は、設定された個数の記憶スペースを備えたドラムメモリを有し、
各信号側縁の時間値を前記ドラムメモリに書き込み、
小さい回転数での現実に即した回転数を算出するのに、ドラムメモリからの設定された信号側縁間の時間値の差を評価する、請求項１から３のいずれか１項記載の現実に即したエンジン回転数の算出方法。
【請求項５】
メモリ内の最後の２つのエントリーそれぞれを、回転数の算出用に評価する、請求項１から４のいずれか１項記載の現実に即したエンジン回転数の算出方法。
【請求項６】
メモリ内の最後のエントリーとｎ個前のエントリーとの間の時間を、回転数の算出用に評価する、請求項１から５のいずれか１項記載の現実に即したエンジン回転数の算出方法。
【請求項７】
回転数の計算時点を、設定された判定基準によって定める、請求項１から６のいずれか１項記載の現実に即したエンジン回転数の算出方法。
【請求項８】
回転数の計算時に補正及び／又は補償を行い、
回転数経過におけるシステムに起因する不同性を考慮する、請求項１から７のいずれか１項記載の現実に即したエンジン回転数の算出方法。
【請求項９】
小さいエンジン回転数では、回転数を設定された時間パターンにおいて計算する、請求項１から８のいずれか１項記載の現実に即したエンジン回転数の算出方法。
【請求項１０】
現実に即したエンジン回転数（ｎｍｏｔ）のために形成された値を、付加的に平均化し及び／又はフィルタリングし及び／又は最大変化において制限する、請求項１から９のいずれか１項記載の現実に即したエンジン回転数の算出方法。
【請求項１１】
異なる方法によって計算された回転数を互いに関連づけ、可変の許容幅を用いて妥当化を行う、請求項１から１０のいずれか１項記載の現実に即したエンジン回転数の算出方法。
【請求項１２】
計算装置を備えた、現実に即したエンジン回転数を算出する装置において、
請求項１から１１のいずれか１項記載の方法のうちの少なくとも１つの方法を該装置において実行することを特徴とする、現実に即したエンジン回転数を算出する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのクランク軸に接続された歯車を走査するセンサを用い、この歯車は表面に規則的な間隔をおいて離れている複数の歯を有し、この歯はセンサを通過する際に信号を発生し、この信号は歯車の表面に対応し、信号をエンジンの制御装置によって回転数を算出するために評価し、設定された信号の側縁の時間間隔から回転数を算出する、現実に即した回転数の算出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの回転数は、エンジン制御にとって非常に重要な量となる。何故ならば、回転数から種々異なるエンジン動作量が計算されるからである。今日のエンジンではエンジン動作量、及びエンジン制御装置によって回転数情報に依存して計算されるエンジン制御装置から送出された量は、種々異なる時間パターン、例えば１０ｍｓ、２０ｍｓ、５０ｍｓ毎において、並びに所定の角度と同期するパターンにおいて、現実に即したエンジン回転数から計算される。この所定の角度と同期するパターンは、各燃焼につき一度、すなわち４シリンダエンジンに対してはクランク軸の角度が７２０°となる動作サイクル内に４回求められる。このように所定の角度との同期が生じてから、次にこの所定の角度との同期が生じるまでの間隔を本明細書においてはＳＹＮＣＨＲＯと称する。つまり１つのＳＹＮＣＨＲＯが終了すると、４シリンダエンジンの場合では、クランク軸が１８０°回転する。このように同期が取られる間隔は通常セグメント間隔とも称される。
【０００３】
エンジン回転数ｎｍｏｔは角度情報から得られる。エンジン回転数ｎｍｏｔは例えばＳＹＮＣＨＲＯの開始時に計算される。ここで、エンジン回転数は前のＳＹＮＣＨＲＯ開始時までの時間間隔から算出される。このようにエンジン回転数を決定することは、それぞれのＳＹＮＣＨＲＯ開始時に対しては現実に即したものであるが、しかしながら（４シリンダエンジンでは）１８０°のクランク軸角度にわたって平均化されている。
【０００４】
エンジン回転数に対してそのようにして決定されたこの値は、エンジン回転数を必要とする全ての計算のために、次のＳＹＮＣＨＲＯの開始時に再び新たなエンジン回転数が計算されるまで使用される。回転数が低い場合、例えばエンジンの始動段階においては、実際のエンジン回転数の経過は激しく変動する。したがってＳＹＮＣＨＲＯの開始時に計算された量ｎｍｏｔは、非常に正確にエンジンを制御するためには、十分に現実に即したものではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、以下のような現実に即したエンジン回転数を算出するための方法を提供することである。すなわち、回転数が少ないエンジンの始動段階において、エンジンを制御するために考慮される現実に即したエンジン回転数を形成する。この際にプロセッサないしは計算機のリソースを大事にするために、付加的に歯の時間を算出するべきではない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は、設定された閾値よりも大きな回転数に対しては、第１の方法によって回転数を算出し、この閾値または第２の閾値を下回る回転数に対して、第２の方法によって回転数を算出することによって解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
今日のエンジンではエンジン回転数はクランク軸に接続された歯車を用いて算出され、この歯車は通常センサによって走査される。歯車は表面に６０マイナス２個の歯を有する。ここで２つの欠けた歯は互いに並んで配置されており、いわゆる基準マークを形成し、これは歯車またしたがってクランク軸の絶対位置を決定するために必要とされる。歯車が回転すると歯は固定されたセンサを通過する。したがってセンサ、例えば誘導センサは出力信号を形成し、その経過は歯車の表面に依存する。この出力信号は適当に処理された後には方形信号として存在する。この方形信号はエンジン制御装置によって、クランク軸の角度位置を決定するために、またエンジン回転数を算出するために評価される。このようなシステムは例えばEP-OS 44 34 833に記載されている。
【０００８】
そのような回転数に依存した方形信号を評価する際には、制御装置のマイクロコントローラのメカニズムによって、方形信号の各側縁または設定可能な側縁の時点がドラムメモリ内に記憶される。制御装置のマイクロコントローラに過度に負担をかけないために、また回転数の変動の影響を制限するために、現在のシステムではセンサの方形信号の各側縁からは回転数を計算しない。現行のやり方を以下説明する。
【０００９】
請求項１記載の特徴を有する現実に即したエンジン回転数を計算する本発明による方法は以下のような特徴を有する。すなわち、回転数が低い場合でもエンジン回転数の現実に即した値ｎｍｏｔが得られ、回転数に依存した量の別の計算のためにこの現実に即した値を使用することができる。このことは殊に有利であり、何故ならば回転数の変動が、特に始動段階においては、エンジン回転数に直接的または間接的に基づく別のエンジン動作量を計算するにあたり悪影響を持たないからである。したがってエンジン回転数を計算量として必要とする全ての時間パターンは、現行のシステムよりも明確によりいっそう現実に即したエンジン回転数ｎｍｏｔの値を使用することができる。
【００１０】
この利点は、回転数を計算するために現実に即した角度情報が使用されることによって達成される。殊に有利なことは、現行のエンジンでは通常制御装置のドラムメモリまたはリングメモリ内にいずれにせよ存在する回転数情報が回転数を計算するために使用され、また回転数を計算する際に必要とされる補正が一緒に考慮される。すなわち適当な評価アルゴリズムを使用することにより、有利なやり方で、いずれにせよ既にドラムメモリ内に存在する回転数情報だけがより良く評価される。
【００１１】
殊に有利には、比較的高い回転数であればそのままでよい従前既に使用された計算アルゴリズムと、低い回転数のために使用される新たなアルゴリズムとを容易に交互に切りかえることができる。
【００１２】
本発明の別の利点は、従属請求項記載の特徴によって達成される。
【００１３】
本発明の実施例を図面に基づき以下詳細に説明する。
【００１４】
【実施例】
図１には、エンジン回転数を検出する実施例が示されており、これを用いて本発明による方法も実施することができる。クランク軸６に接続されている歯車１、例えば６０マイナス２の歯を有する歯車は、固定されたセンサ５、例えば誘導センサによって走査される。優先位置を決定するために、クランク軸６に接続され固定された歯車１は基準マーク２、例えば歯が２つ欠けている個所、を有する。歯車１の歯は３で表されており、歯の側縁には参照記号４が与えられている。歯車１が回転すると歯はセンサを通過し、そしてセンサ５ａにおいて電圧が誘導される。適当な信号成形回路５ｂを用いて、パルス列Ｓ１がセンサ５ａの出力信号として形成され、このパルス列は歯車１の表面を反映する。
【００１５】
信号成形回路５ｂの出力信号Ｓ１は、評価を行うプロセッサ１７に供給される。ここで信号Ｓ１から割込み装置８を用いて同期信号を導き出し、そのパルス間隔は角度に対して等間隔であり、またエンジンのシリンダの個数に依存している。さらに、信号Ｓ１から回転数に依存した時間値が、例えば時間回路９において形成され、この時間値はスイッチ１０を介して、例えばプロセッサ１７の構成部分であるリングメモリ１１に供給される。ここでリングメモリ１１は、設定可能な個数のメモリ素子を有する。再記憶はそれぞれスイッチ１４を制御することによって行われる。
【００１６】
プロセッサ１７における計算ユニット１８のスイッチ１５及び１６を介して供給される、設定可能なリングメモリ素子の内容から、計算ユニット１８は設定可能な方法によって現実に即したエンジン回転数を計算する。所定の設定可能な条件下では、計算ユニット１８は同期信号パルスの時間間隔からでも回転数を計算することができる。
【００１７】
図１に図示された装置を用いて、以下記述する本発明による評価方法を実現することができる。この方法を理解するために、まず図２に図示された信号経過Ｓ（ｔ）を説明する。図２には、毎分２００回転する４シリンダエンジンを例とした、計算パターンが第１の時間軸上に示されている。同期信号はそのようなエンジンでは、クランク軸が１８０°回転する毎に生じる。相前後する同期信号は、図２においてはＡ、Ｂ、Ｃ及びＤで表されている。２つの同期信号間ないしは２つのシンクロパルス間の時間間隔、例えばＡＢ間はこの例では１５０ｍｓである。同期信号間には、センサ信号の側縁によって発生されるパルスが示されている。２つの同期信号の間隔は３０の歯に相当し、歯が欠けている領域（基準マーク）は表されていない。例えばこの領域においては、パルスをいわゆる歯をシミュレーションすることによって発生させることができる。
【００１８】
使用されるマイクロコントローラにおけるメカニズムによって、歯のパルスの１つ１つの時点がドラムメモリ内に記憶される。しかしながら通常の回転数計算のためには、現実に即したＳＹＮＣＨＲの開始時及びその前のＳＹＮＣＨＲの開始時のエントリーだけが評価される。
【００１９】
第２の時間軸上には例えば２つの計算パターン、１０ｍｓパターン及び５０ｍｓパターンが表されている。ここで５０ｍｓパターンは５０／１から５０／９までの通し番号が付けられている。
【００２０】
各同期信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの発生時には、エンジン回転数ｎｍｏｔが新たに計算される。例えば同期信号Ｂでは回転数ｎｍｏｔ，Ｂが、ＡＢ間において経過した時間を評価することによって算出される。この回転数ｎｍｏｔ，Ｂは後続の５０ｍｓでの計算に使用され、そしてまたＢＣ間の１０ｍｓ毎の計算にも使用される。同期信号Ｃにおいては、エンジン回転数ｎｍｏｔ，Ｃが新たに算出され、そしてそれ以後は後続の全ての時間パターンに使用される。図２からは、エンジン回転数が激しく変化する場合にはあまりに長くｎｍｏｔの古い値を用いて計算されている、ということが分かる。何故ならば、既に多数の新たなセンサ信号パルス、またしたがって回転数情報が存在するにも関わらず、依然として新たに計算されていないからである。
【００２１】
同様に図２から分かることは、２つの同期信号間の時間間隔から計算される回転数ｎｍｏｔは、最後の３０の歯ないしはそれに対応する方形信号に関する回転数の平均値を表す。回転数が変動する場合には、回転数が増す場合でもまた減る場合でも、３０の歯にわたって平均された量ｎｍｏｔは、２つの同期信号間の中間における実際の回転数とほぼ同じである。
【００２２】
回転数ｎｍｏｔ，Ｂは上述のように、同期信号Ｂの発生時に計算され、そして回転数が変動する場合には、時点５０（２）に対する現実に即した回転数にほぼ対応する。この回転数は、同期信号Ｃにおいて新たな量ｎｍｏｔ，Ｃが供給されるまで使用される。パターン５０（６）においては、回転数情報は約２００ｍｓ古いものである。相応のことは１０ｍｓ毎のパターンにも当てはまる。同期信号Ｃよりも手前の１０ｍｓパターンにおいては、使用される回転数情報ｎｍｏｔ，Ｂはそれどころか２００ｍｓよりもさらに古いものである。
【００２３】
図３には、毎分１０００回転の４シリンダエンジンを例とした、別の信号経過Ｓ（ｔ）ないしは固有の計算パターンが図示されている。同期信号間隔、例えばＡＢ間の間隔はこの場合では３０ｍｓである。このように回転数が比較的高い場合では、ＳＹＮＣＨＲＯの開始時において計算された量ｎｍｏｔはあまり現実に即したものではないということが分かる。つまり量ｎｍｏｔ，Ｂは計算パターン５０（２）においては約４０ｍｓ古いということが分かる。現実に即した回転数を算出する本発明による方法を用いて、例えば回転数が低い場合には実質的な現実に即した回転数が算出され、この回転数は次に回転数情報に基づき制御装置によって行われた計算のためにそれぞれ使用することができる。
【００２４】
本発明によれば、現実に即した回転数に対する計算時点にも、また計算方法にも種々異なる可能性が使用される。これを以下詳細に説明する。
【００２５】
本発明による方法においては、回転数ｎｍｏｔは所定の設定可能な条件下、例えば回転数が低い場合では、ＳＹＮＣＨＲＯ開始時にはもはや従来のアルゴリズムを用いて計算されるのではなく、後で説明する新たな計算アルゴリズムを用いて計算される。計算のための可能とされる時点は以下の時である。すなわち、
ａ）例えば１０ｍｓ毎の時間パターンにおいてのみ計算するか、または
ｂ）ＳＹＮＣＨＲＯの開始時にのみ計算するか、または
ｃ）例えば１０ｍｓの時間パターンにおいても、またＳＹＮＣＨＲＯの開始時においても計算する。
【００２６】
ａからｃまでに挙げた手段による回転数ｎｍｏｔの計算を、例えば所定の条件と結びつけることができる。ここで条件はエンジン回転数に依存して選択することができ、この際、例えばエンジン回転数が少ない場合には第１の手段によって計算され、またエンジン回転数が閾値、場合によってはヒステリシスを伴う閾値よりも大きい限り、別の手段によって計算される。それは例えば、その後再び通常の手段がとられて、そして連続して生じる同期信号間の時間間隔から回転数が計算される。必要に応じては、さらに別の条件も考慮することができる。
【００２７】
回転数を計算するための切り替え条件は、回転数計算と同一の時間パターンにおいてまたはそれとは別の時間パターンにおいて算出することができる。
【００２８】
時間パターンにおいてエンジン回転数を計算する場合には、歯の時間を独自に決定する必要はない。むしろ、歯の最後の時間ないしは設定可能な信号間隔の最後の時間に関する、ドラムメモリ内の情報が使用される。歯の時間を有するドラムメモリに加えて、後に続くエントリーが記憶されるべきであるドラムメモリ内の位置を指すポインタが存在する。このポインタは共に評価される。ポインタはドラムメモリ内の最後のエントリーに関する情報を伝える。ドラムメモリ内にある別の以前のエントリーを考慮する際に、ドラムメモリの最初に達すれば、さらにその前にあるエントリーはドラムメモリの最後に生じる。それらのエントリーがまだ上書きされていなければ、それらはまだ存在し、そしてその位置においてそれらを読み出すことができる。
【００２９】
ドラムメモリのエントリーを評価する際に、以下記述する１つまたは複数のアルゴリズムを適用することができる。全てのアルゴリズムは、ドラムメモリ内の２つのエントリーの時間間隔とこれらのエントリーの角度間隔から回転数が計算される、ということで共通している。
【００３０】
本発明による方法では、最後の２つの歯の間の時間が評価される。このために、ドラムメモリ内の最後の２つのエントリーが評価される。別の方法では、最後の歯とｎ個前の歯との間の時間が評価される。このために、最後のエントリー及びｎ（ｎは３０の歯のセグメント長においては２から２９である）位置前のエントリーが評価される。
【００３１】
別の評価方法は最後の歯と１つのセグメント長だけ前の歯との間の時間を使用する。この場合、ドラムメモリ内の最後のエントリー及び１つのセグメント長だけ前のエントリーが評価される。ドラムメモリ内の同じ位置にあるより古いエントリーは、しかしながら最後のエントリーによって上書きされている。第２のドラムメモリを使用する場合には、より古いエントリーへのアクセスが可能である。この第２のドラムメモリは、常に交互にこの２つのドラムメモリのうちの一方に書き込むことによって、回転数を検出する際に書き込むことができるか、または第２のドラムメモリは時間パターンから書き込むことができる。この計算のやり方の利点は、各時点においてエンジン回転数がＳＹＮＣＨＲＯ長にわたって平均化されているので、エンジン経過のむらによる影響は除去されるということである。このアルゴリズムでは、ここでは回転数もセグメント長にわたって平均化されているので、ＳＹＮＣＨＲＯのために現実に即した回転数情報は提供されない。
【００３２】
本発明による別の方法においては、現実に即した回転数を決定するために、設定可能な決められた歯の間の時間が評価される。それは例えば、歯２と歯６との間または歯１７と歯２１との間では、それぞれの場合によって、どの差がより目下であるかが評価される。この手段ではエンジン経過のむらが考慮される。エンジンの圧縮段階においては、回転数はセグメント長ないしは同期信号間隔にわたった平均値よりも小さく、これに対し燃焼段階においては大きい。回転数をクランク軸が１８０°となる時間にわたるダイアグラムにおいて表すと、図４において実線で描かれた曲線とほぼ同じ特性を持つ回転数経過を観察することができる。
【００３３】
図４には、２つの同期信号マークないしは同期信号パルス間における時間の関数としての相対的なエンジン回転数が示されている。回転数経過のむらは、実線から識別することができる。ここで、エンジン回転数ｎｍｏｔが平均の回転数ないしは回転数の平均値よりも大きい領域がある。これらの領域はＢ１及びＢ５で表されている。領域（Ｂ３）においては平均回転数よりも小さいｎｍｏｔを有し、また領域（Ｂ２、Ｂ４）においては平均回転数とほぼ同じｎｍｏｔの経過を有する。この後者の領域だけが評価された場合には、そのように決定された回転数は回転数の平均値とほぼ等しい。図４には破線の矢印が示されており、この矢印は、２つの起こりうる歯の時間情報Ｂ２またはＢ４のいずれかにおけるいずれの１０ｍｓパターンを評価するのかを表している。
【００３４】
本発明による別の方法においては、最後の２つの歯の間の補正された時間をエンジン回転数を算出するために使用する。ここで、最後の２つの歯の間の補正された時間が評価され、この時間はエンジン回転の不均一性を表す係数によって補正されている。図４には時間の関数としての相対的なエンジン回転数が、実線で描かれた曲線として表されている。相対的なエンジン回転がシステムに起因して平均値の１．１倍である時点において回転数が算出されると、その後は係数１．１で割るか、または係数１／１．１と掛けさえすれば良く、したがって補正された平均のエンジン回転数を計算することができる。すなわち全ての歯の側縁は、ＳＹＮＣＨＲＯが開始したときからの歯の数に依存して特性曲線からの値と乗算される。
【００３５】
ここで特性曲線には、図４に図示された関数の逆数が含まれている。したがって平均の回転数は以下の公式によって計算される。
【００３６】
ｎｍｏｔ，平均値 ＝ ｎｍｏｔ，２つの最後の歯 * 係数
ここで係数は該当する歯の番号の関数である。歯の番号の関数としての係数は、まず定数１．０を定めることによって算出することができる。ここで、セグメント長にわたってないしは２つの同期信号間の間隔にわたってエンジン回転数ｎｍｏｔが時間パターン１０ｍｓにおいて算出されたならば、図４における実線で描かれた曲線に対応する回転数経過が生じる。そこから歯の番号の関数としての係数を計算することができる。本発明による方法によって決定された回転数値は、付加的にさらに平均化することができるか及び／又はフィルタリングすることができる。
【００３７】
さらに変化を制限することも可能である。さらに別の評価方法においては、結果はさらに妥当化される。ここで、時間パターンにおいて計算された回転数ｎｍｏｔ，１０ｍｓは例えば、ＳＹＮＣＨＲＯにおいて計算された量ｎｍｏｔ，ＳＹＮＣＨＲＯに対する最大偏差を有する。回転数ｎｍｏｔ，１０ｍｓが、ｎｍｏｔ，ＳＹＮＣＨＲＯの周りの設定された許容幅を離れれば、設定可能な制限を行う。許容幅は例えば以下のように表すことができる。
【００３８】
０．５ｎｍｏｔ，ＳＹＮＣＨＲＯ＜ｎｍｏｔ，１０ｍｓ≦１．５ｎｍｏｔ，ＳＹＮＣＨＲＯ
ここで必要に応じて、回転数の跳躍的変化を回避するために、許容幅を切り替え回転数に到達する少し手前で常に小さくすることができる。したがって、ここで記述した新たな回転数の計算から、既述のように回転数を決定するために２つの同期信号パルス間の間隔を評価する、本来的な回転数の計算への連続的な移行が生じる。
【００３９】
エンジンの回転数を算出するための前述の各方法は、２つの同期信号間の間隔から回転数を算出する方法よりも、回転数が小さい場合での回転数に対してよりいっそう現実に即した結果を供給する。それぞれ重要であるのは、回転数が低い場合には回転数の算出ないしは計算を速い時間パターンにおいて行い、一方回転数が比較的高い場合には、例えば設定可能な回転数閾値よりも回転数が高い場合には、同期信号間隔における回転数の算出に切り替えられることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を実行することができる回転数検出システムを詳細に示したものである。
【図２】毎分２００回転の信号経過を示したものである。
【図３】毎分１０００回転の信号経過を示したものである。
【図４】時間の関数としての相対的なエンジン回転数を示したものである。
【符号の説明】
１  歯車、  ２  関連マーク、  ３  歯、  ４  歯の側縁、  ５ａ  センサ、５ｂ  信号成形回路、  ６  クランク軸、  ８  割込み回路、  ９  時間回路、  １０  スイッチ、  １１  リングメモリ、  １４、１５、１６  スイッチ、１７  プロセッサ、  １８  計算ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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