DE69229131T2 - Gerät und Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit und Stellung eines Motors mit einem einzigen Sensor - Google Patents
Gerät und Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit und Stellung eines Motors mit einem einzigen SensorInfo
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Description
- Diese Erfindung betrifft einen Zustands- bzw. Positionssensor, der zur Verwendung in einem Steuersystem einer Brennkraftmaschine geeignet ist, und insbesondere eine einziges Sensorsystem, das eine Drehzahl sowie einen Zustand bzw. eine Position einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine bestimmen kann.
- Es ist ein wohlbekanntes Konzept, ein Zahnrad oder ein Getriebe mit in regelmäßigen Winkelabständen angeordneten Zähnen an der Kurbelwelle oder der Nockenwelle der Brennkraftmaschine in Verbindung mit einem festen Sensor zu verwenden, um ein Impulszug-Ausgangssignal zu liefern, wenn sich das Zahnrad dreht. Das Impulszug-Signal wird zum Liefern von Information über die Geschwindiglkeit bzw. die Drehzahl der Brennkraftmaschine verwendet. Zusätzlich kann auch der Winkelzustand bzw. die Winkelposition mittels Analysieren des Impulszug-Signals bestimmt werden, um Information in bezug auf einen spezifischen Zustand bzw. eine spezifische Position zu liefern, oder einen Zahn, der gerade am Sensor vorbeigegangen ist.
- Die Zeitsteuerinformation, die daraus abgeleitet wird, ist bei einem Steuern eines Zündzeitpunktes sowie einer Zeitsteuerung und einer Kraftstoffsteuerung von Kraftstoffeinspritzsystemen nützlich.
- Es sind zahlreiche patentierte Verfahren und Vorrichtungen zum Detektieren des Zustandes bzw. der Position und der Geschwindigkeit bzw. der Drehzahl der Brennkraftmaschine bekannt. Cockerham, US-Patent Nr. 4,797,827 offenbart einen Winkelpostions-Detektor, der ein Zahnrad mit einem fehlenden Zahn enthält, und einen einzigen Sensor, der ein Impulszug-Signal entsprechend den Zähnen des nahe vorbeigehenden Rads liefert. Ein fehlender Zahn wird zum Bestimmen der Position bzw. des Zustandes der Brennkraftmaschine verwendet. Andere Patente, die die Technik mit einem fehlenden Zahn zum Bestimmen einer Position bzw. eines Zustandes der Brennkraftmaschine enthalten, sind Karle et al., US-Patent Nr. 4,982,330; Capurka, US-Patent Nr. 4,553,426; und Nakamura et al., US-Patent Nr. 4,825,373. Weiterhin kombiniert Kumagai, US-Patent Nr. 4,870,587 das Schema einer Detektion eines fehlenden Zahns mit der Tatsache, daß die Drehzahl der Kurbelwelle oder der Nockenwelle nach einem obersten Totpunkt eines Zylinders bei einem Verdichtungshub des Zylinders im wesentlichen relativ zur Drehzahl der Brennkraftmaschine vor einem obersten Totpunkt ansteigt, aber bei einem Auspuffhub nicht ansteigt. Somit wird der Hub der Brennkraftmaschine durch Bestimmen der Differenz der Drehzahl der Kurbelwelle vor und nach einem obersten Totpunkt eines Zylinders unterschieden.
- Ein weiterer im Stand der Technik wohlbekannter Ansatz zum Detektieren eines Zustandes bzw. einer Position und/oder einer Geschwindigkeit bzw. einer Drehzahl der Brennkraftmaschine besteht im Vorsehen eines Zahnrads, wobei einer der Zähne bezüglich der Form oder der Phasenbeziehung in bezug zu den übrigen Getriebezähnen etwas abgeändert ist, um ein identifizierbares Positionssignal zu erzeugen, um dadurch eine relative Position der Nockenwelle oder der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine anzuzeigen. Insbesondere offenbart Lotterbach et al., US-Patent Nr. 4,700,305 eine Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeugmotorcomputers unter Verwendung eines segmentalen Scheibenwandlers zum Anzeigen einer spezifischen Markierungs-Winkelposition der Kurbelweile. Die segmentierte Scheibe enthält darauf einheitlich beabstandete Segmente, wobei die Anzahl der Segmente der Anzahl der Zylinder entspricht. Eines der Segmente ist verkürzt, so daß der Vorbeigang seiner führenden Flanke an einem stationären Abnahme-Wandler zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen wird, als derjenige der führenden Kanten oder Flanken der übrigen Segmente. Deutsch, US-Patent Nr. 4,941,445 offenbart eine elektronische Positionssensoranordnung und ein Brennkraftmaschinen-Steuersystem, wobei zwei Erfassungselemente in einem dualen Sensor separate und unabhängige Positionssignale liefern, die sich auf eine Mehrzylindermotorzyklus-Position beziehen. Bezugssignale zum Bestimmen einer Position bzw. eines Zustandes der Brennkraftmaschine werden gemäß mehreren besonders großen Zähnen erzeugt, die an einem sich drehenden Zahnrad angeordnet sind. Akasu, US-Patent Nr. 4,959,996 offenbart einen Steuersignalgenerator für eine Brennkraftmaschine. Das in Akasu offenbarte Zahnrad ist im wesentlichen gleich demjenigen, das in Lotterbach et al. gezeigt ist.
- Andere Konzepte nach dem Stand der Technik zum Bestimmen eines Zustandes bzw. einer Position und einer Geschwindigkeit bzw. einer Drehzahl einer Brennkraftmaschine sind in Nomura et al., US-Patent Nr. 4,972,818 und Bayer et al., US- Patent Nr. 4,889,094 offenbart. Nomura et al. offenbart ein Zahnrad mit mehreren fehlenden Zähnen und phasenverschobenen Zähnen, wohingegen Bayer et al. ein Zahnrad mit einem Zahn offenbart, der nicht gekerbt oder geteilt ist, um ein spezielles Zeitpositionssignal zu liefern.
- Systeme, die den Ansatz eines fehlenden Zahns enthalten, beruhen auf einer Detektion der übrigen Zähne, um die ungefähre Position des fehlenden Zahns für Zeitsteuerzwecke zu bilden. Ein derartiger Ansatz wird manchmal unerwünschte Zeitsteuerergebnisse während einer Beschleunigung oder einem Abbremsen der Brennkraftmaschine hervorrufen, wenn das zeitlich abgestimmte projizierte Auftreten des fehlenden Zahns durch das Brennkraftmaschinen-Steuersystem abgeschätzt werden muß.
- Es wird ein zuverlässigerer und sehr genauer Positions- und Geschwindigkeitssensor zur Verwendung bei einer Brennkraftmaschine benötigt.
- UK-A-2058358 beschriebt eine Vorrichtung zum Detektieren der Drehzahl einer Welle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung eine Scheibe mit gleichbeabstandeten Zähnen und einem zusätzlichen Zeitsteuerzahn aufweist. Der zusätzliche Zeitsteuerzahn ist verbunden mit einer vorbestimmten Bezugsposition der Brennkraftmaschine. Ein Bezugszeitsteuersignal wird auf eine Detektion des zusätzlichen Zeitsteuerzahn hin erzeugt.
- US-A-4742332 beschreibt einen magnetischen Wellen-Winkelcodierer, der eine Getriebe mit gleich beabstandeten Zähnen aufweist, von welchen einer abgeflacht bzw. abgestumpft ist. Der reduzierte magnetisch induktive Effekt des abgestumpften Zahn führt zum einfachen Detektieren von ihm.
- Eine Zustands- und Drehzahlbestimmungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz bei einer Brennkraftmaschine weist die Merkmale des Patentanspruchs 5 auf.
- Ein Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit bzw. der Drehzahl und des Zustands einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Schaffen einer verbesserten Vorrichtung zur Erfassung der Geschwindigkeit bzw. der Drehzahl und des Zustands einer Brennkraftmaschine.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Schaffen einer verbesserten Genauigkeit in bezug auf eine Detektion einer Position bzw. eines Zustandes einer Brennkraftmaschine, um eine Brennkraftmaschine, in die Kraftstoff eingespritzt wird, zu steuern.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Detektieren einer Zeitsteuerung für eine oberste Totzeit während Zuständen einer niedrigen Drehzahl von Brennkraftmaschinen, wenn Schwankungen der Drehzahl von Brennkraftmaschinen ausgeprägter sind, und zwar in Antwort auf das Auftreten von Verdichtungshub und Arbeitshub während Kaltstartzuständen.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Schaffen eines Geschwindigkeits- und Positionswandlers, der schnell mit einem Computer verbunden werden kann, um Ausgangssignale basierend auf vom Sensor abgeleiteten Signalen zu erzeugen und um kritische Zeitsteuerinformation in bezug zu Brennkraftmaschinen-Steuersystemen, insbesondere Kraftstoffeinspritzsystemen, zu liefern.
- Fig. 1 ist eine diagrammäßige Darstellung der Geschwindigkeits- und Positionserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
- Fig. 2 ist ein idealisierter Ausdruck einer Kurve von Umdrehungen pro Minute bzw. 1/min einer Brennkraftmaschine über der Sensor-Ausgangssignal- Kurve und ein Zeigen der Zeitsteuerbeziehung der zwei Kurven.
- Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm für den Software-Algorithmus, der zum Bestimmen der Position bzw. des Zustandes der Brennkraftmaschine verwendet wird.
- Zum Zwecke des Förderns eines Verstehens der Prinzipien der Erfindung wird nun auf das Ausführungsbeispiel Bezug genommen, das in den Zeichnungen dargestellt ist, und eine spezifische Ausdrucksweise wird zum Beschreiben desselben verwendet werden. Es wird nichtsdestoweniger verstanden werden, daß dadurch kein Beschränkung des Schutzumfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Abänderungen und weitere Modifikationen bei der dargestellten Vorrichtung, und solche weiteren Anwendungen der Prinzipien der Erfindung, wie sie dabei dargestellt sind, in Erwägung gezogen sind, wie es normalerweise für einen Fachmann auf dem Gebiet auftritt, zu dem die Erfindung gehört.
- Nimmt man nun Bezug auf Fig. 1, ist eine diagrammäßige Darstellung der Vorrichtung 10 zur Erfassung der Drehzahl und des Zustands der Brennkraftmaschine gezeigt. Ein Brennkraftmaschinen-Steuermodul oder ECM 12 ist ein auf einem Mikrocomputer basierendes Steuersystem mit einem RAM, einem ROM, einem EEPROM, einer analogen I/O-Schnittstelle und einer digitalen I/O-Schnittstelle. Ein Getriebe 14 enthält eine Mehrzahl von Zähnen 16 (insgesamt 24), die regelmäßig in Winkelabständen um die Umgebungslinie des Getriebes 14 angeordnet sind. Weiterhin ist ein zusätzlicher Zahn 18 genau zwischen zweien der regelmäßig in Winkelabständen angeordneten Zähne 16 angeordnet. Wenn sich das Getriebe 14 in der Richtung des Pfeils dreht, führt ein Sensor mit variabler Reluktanz (oder Halleffekt-Sensor) 20 ein Signal zu einer Verstärker- und Signalformungsschaltung 22 entsprechend dem Vorbeigang der Getriebezähne 16 und 18 zu. Der Zahn 18 ist so angeordnet, daß sein Vorbeigang anzeigt, daß ein bestimmter nachfolgender Zahn, der sich dem Sensor 20 nähert, der Zahn sein wird, der dem obersten Totpunkt eines bestimmten Bezugszylinders einer Brennkraftmaschine 24 entspricht. Ein möglicher Ansatz besteht im Verwenden des ersten Zahns, dem der Bezugszahn 18 folgt, als den Positionsbezugszahn. Zusätzlich zeigt dann, wenn die Anzahl von Zähnen 16 (hier vierundzwanzig) ein festes Vielfaches der Anzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine 24 ist, beispielsweise jeder vierte Zahn das Auftreten des obersten Totpunktes eines vorbestimmten Zylinders in einem Sechszylindermotor an oder signalisiert es. Da das Getriebe 14 an der Nockenwelle der Brennkraftmaschine 24 angeordnet ist und sich synchron zu der Kurbelwelle 25 der Brennkraftmaschine 24 dreht, signalisiert jeder Vorbeigang des Zahns 18 am Sensor 20, daß die Position des obersten Totpunktes eines Bezugszylinders im Verdichtungshub (normalerweise Zylinder Nr. 1) im Begriff ist, aufzutreten. Diese Bezugsinformation ist in einem Kraftstoffeinspritzsystem entscheidend, da Einspritzventile bzw. -düsen 25-30 präzise zeitlich abgestimmte Signale benötigen, die ihnen (vom ECM 12) zugeführt werden, um beim Betrieb eines Dieselmotors Kraftstoffeinspritzmengen sowie eine Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung genau zu steuern.
- Funktionsmäßig ausgedrückt, tritt mit dem Vorbeigang der Zähne 18 des Getriebes 14 in enger Nähe zu dem Sensor 20 eine verstärkte magnetische Kopplung zwischen den Getriebezähnen 16 und 18 und dem Sensor 20 auf. Das durch den Sensor 20 entsprechend den Getriebezähnen 16 und 18, die nahe am Sensor 20 vorbeigehen, erzeugte periodische Signal wird einem Eingang der Verstärker- und Signalformungsschaltung 22 zugeführt. Die Schaltung 22 verstärkt das vom Sensor 20 empfangene Signal und transformiert das Signal in ein passendes Impulszug-Signal, das einem Eingang des ECM 12 zugeführt wird. Das ECM 12 analysiert das Signal von der Schaltung 22, um die Geschwindigkeit bzw. die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die Position bzw. den Zustand der Brennkraftmaschine, sei es die Kurbelwellen- oder die Nockenwellenposition, zu bestimmen. Es sollte beachtet werden, daß es insgesamt 25 Zähne am Getriebe 14 gibt und das ECM somit den Vorbeigang der 25 Zähne durch Erfassen von 25 Impulsen von der Schaltung 22 zählen kann, um die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Brennkraftmaschine zu bestimmen. Alternativ dazu kann das ECM 12 den Vorbeigang des zusätzlichen Zahns 18 erfassen und dann durch Analysieren des Signals von der Schaltung 22 die Zeit messen, die für 4 der Zähne 16 zum Vorbeigehen am Sensor 20 erforderlich ist. Die Zeit für 4 Zähne zum Vorbeigehen wird einer vorbestimmten Winkeldrehung der Brennkraftmaschine entsprechen und kann somit beim Berechnen bzw. Ermitteln oder Bestimmen der Geschwindigkeit bzw. der Drehzahl der Brennkraftmaschine verwendet werden. Genauer gesagt entspricht deshalb, weil es 24 in regelmäßigen Winkelabständen angeordnete Zähne 16 am Getriebe 14 gibt und weil sich das Getriebe 14 synchron zur Nockenwelle der Brennkraftmaschine 24 dreht, der Vorbeigang von 12 Zähnen einer Drehung der Kurbelweile, und der Vorbeigang von 4 Zähnen entspricht einer Dritteldrehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 24. Solche Berechnungen sind auf dem Gebiet der Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlerfassung wohlbekannt und müssen hierin nicht weiter erörtert werden.
- Nimmt man nun Bezug auf Fig. 2, ist das dem ECM 12 zugeführte Ausgangssignal der Schaltung 22 als Kurve 32 gezeigt, und die 1/min-Abweichung der Brennkraftmaschine 24 ist durch eine idealisierte Kurve 34 gezeigt. Zusätzlich ist eine Anzahl von Zeitperioden T&sub1;-Tn gezeigt, die die relative Zeitabweichung zwischen führenden Flanken der Impulse in der Kurve 32 zeigen. Über der horizontalen Achse der Kurve sind die Stellen in bezug auf die Zeit bezeichnet, wo der oberste Totpunkt der verschiedenen Zylinder der Brennkraftmaschine 24 auftreten werden. Insbesondere tritt der oberste Totpunkt des Zylinders Nr. 1, der mit TDC1 bezeichnet ist, zu Beginn der Zeit T&sub1;&sub0; auf. Der Beginn der Zeit T&sub1;&sub0; wird durch Detektion des Getriebezahns 16 signalisiert, der dem Zahn 18 unmittelbar folgt, wenn sich das Getriebe 14 dreht. Angesichts der Tatsache, daß sich die Geschwindigkeit der Brennkraftmaschine ein wenig ändert, und die Geschwindigkeitsänderungen bzw. -schwankungen bei den niedrigeren Geschwindigkeiten der Brennkraftmaschine ausgeprägter sind, werden die Zeitabweichungen, die zwischen dem Vorbeigehen benachbarter Getriebezähne meßbar sind, dazu verwendet, zu bestimmen, wann der Zahn 18 am Sensor 20 vorbeigegangen ist.
- Das ECM 12 enthält Hardware und Software zum Detektieren der führenden Flanke bzw. der Anstiegsflanke jedes der Impulse der Kurve oder der Wellenform 32 und unterhält kontinuierlich ein Feld von Werten in einem Speicher entsprechend einer festen Menge der jüngsten der Zeitperioden T&sub1;-T&sub1;&sub0; bis zu Tn, die eine aktuelle Zeitsteuerinformation darstellt. Somit detektiert das ECM 12, wenn ein jeweiliger Zahn des Getriebes 14 am Sensor 20 vorbeigeht, die führende Flanke des in Antwort darauf erzeugten Impulses und bestimmt eine zwischen dem von der Schaltung 22 empfangenen aktuellen Impuls und den empfangenen vorherigen Impulsen gemessene Zeitperiode. Es sollte beachtet werden, daß das ECM 12 zum Zwecke einer Detektion von Umdrehungen pro Minute bzw. 1/min und der Positionsdetektion nur die vier jüngsten Zeitperioden (T&sub1;-Tn) im Speicher speichern muß, die durch die jüngsten Impulse der Kurve 32 definiert sind.
- Nimmt man nun Bezug auf Fig. 3, ist ein Ablaufdiagramm für den Software- Algorithmus gezeigt, der zum Detektieren der Position bzw. des Zustandes der Brennkraftmaschine verwendet wird. Dieses Ablaufdiagramm stellt den funktionellen Algorithmus eines Software-Unterprogramms dar, das jedesmal ausgeführt wird, wenn ein Zeitsteuerimpuls der Kurve 32 durch das ECM 12 detektiert wird. Bei einem Schritt 100 testet das durch das ECM 12 ausgeführte Programm, um zu bestimmen, ob das 0,75-fache der Zeitperiode Tn-1 größer als die Zeitperiode Tn ist. Wenn es so ist, wird die Programmausführung bei einem Schritt 102 weitermachen. Wenn die Antwort auf den Test im Schritt 100 nein ist, bestimmt das Programm in einem Schritt 110, daß der nächste Zahn nicht der oberste Totpunkt des Zylinders Nr. 1 ist, und die Programmausführung wird zum aufrufenden Programm zurückspringen. Beim Schritt 102 bestimmt der Mikrocomputer des ECM 12, ob die für die Brennkraftmaschine 24 bestimmten Umdrehungen pro Minute bzw. UpM bzw. 1/min kleiner als oder gleich 300 1/min sind oder nicht. Wenn dieser Test wahr ist, dann wird die Programmausführung bei einem Schritt 104 weitermachen. Wenn der Test nicht wahr ist, was anzeigt, daß die Umdrehungen pro Minute der Brennkraftmaschine größer als 300 Umdrehungen pro Minute sind, dann macht die Programmausführung bei einem Schritt 108 weiter, wobei der Mikrocomputer beim Schritt 108 bestimmt, daß der oberste Totpunkt des Zylinders Nr. 1 dem Auftreten oder der Detektion des nächsten Zahns des Getriebes 14 entsprechen wird. Jedoch dann, wenn die Antwort auf den Test des Schritts 102 ja ist, wird die Programmausführung bei einem Schritt 104 weitermachen, wobei die Zeitperiode für Tn-3 mit der Differenz zwischen Tn-2 und 3,1 Millisekunden verglichen wird. Wenn Tn-3 größer als (Tn-2 minus 3,1 Millisekunden) ist, dann wird die Programmausführung bei einem Schritt 106 weitermachen. Gegensätzlich dazu wird die Programmausführung dann, wenn das Ergebnis des Tests beim Schritt 104 eine Antwort von "nein" ist, bei einem Schritt 110 weitermachen. Zuletzt wird beim Schritt 106 eine Endprüfung durchgeführt, um das Produkt von 0,875 und Tn-3 mit Tn zu vergleichen. Wenn das Produkt von 0,875 und Tn-3 größer als Tn ist, dann wird beim Schritt 108 der detektierte nächste Zahn der oberste Totpunkt des Zylinders Nr. 1 sein. Jedoch wird die Programmausführung dann, wenn der Test beim Schritt 106 in einer Antwort von "nein" resultiert, beim Schritt 110 weitermachen.
- Nimmt man nun Bezug auf die Fig. 2 und 3, ist der Algorithmus der Fig. 3 spezifisch zum Detektieren des Auftretens und der Ablauffolge von Zeitperioden entworfen, die mit T&sub5;-T&sub8; bezeichnet sind. Gelegentlich werden die Zeitperioden T&sub5; und T&sub6; den Test im Schritt 100 erfüllen. Jedoch liefern die in den Schritten 104 und 106 aufgezeigten Tests eine weitere Unterscheidung, wenn es nötig ist, um die Position bzw. den Zustand der Brennkraftmaschine zu bestimmen. Beispielsweise ist T&sub6; während Zuständen einer kalten Temperatur und von niedrigen Umdrehungen pro Minute bzw. 1/min sehr häufig kleiner als 75 Prozent von T&sub5;. Jedoch liefern die Tests in den Schritten 104 und 106 eine weitere Unterscheidung und verhindern eine falsche Identifizierung des Bezugspositionszahns 18. Über einer Drehzahl der Brennkraftmaschine von etwa 300 Umdrehungen pro Minute bzw. 1/min ist der Test im Schritt 100 nur ein Test, der dazu nötig ist, zu bestimmen, wann ein oberster Totpunkt des Zylinders Nr. 1 auftreten wird. Die Tests der Schritte 104 und 106 bestätigen die Anstiegsflanke der Wellenform von der Schaltung 22 für die Zeitperiode Tn-3 und die Zeitperiode Tn-2 über der Zeitperiode Tn, die kürzer als die Zeitperiode Tn-3 sein muß. Die Tests in den Schritten 100, 104 und 106 werden in allen anderen Fällen, die andere als derjenige sind, der durch die Zeitperioden T&sub5;-T&sub8; in Fig. 2 bezeichnet ist, nicht erfüllt.
- Infolge des verstärkten magnetischen Kopplungseffekts zwischen dem Zahn 18 und den unmittelbar benachbarten Zähnen 16 tritt die Anstiegsflanke des Impulses, der den Beginn der Periode T&sub1;&sub0; definiert, eher als erwartet auf. Ein derartiges Ergebnis tritt dann auf, wenn der Sensor 20 ein V/R-Sensor ist, kann aber nicht auftreten, wenn der Sensor 20 ein Halleffekt-Sensor ist. Software-Kompensierungstechniken korrigieren dieses Phänomen beim Bestimmen der Einspritzzeitsteuerung, der Kraftstoffeinspritzsteuerung und der Berechnungen von Umdrehungen pro Minute bzw. 1/min.
- Während die Erfindung in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung detailliert dargestellt und beschrieben worden ist, ist dieselbe vom Charakter her als illustrativ und nicht als beschränkend anzusehen, wobei zu verstehen ist, daß nur das bevorzugte Ausführungsbeispiel gezeigt und beschrieben worden ist und daß gewünscht ist, daß alle Änderungen und Modifikationen geschützt sind, die in den Schutzumfang der Erfindung gelangen.
Claims (7)
1. Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit bzw.
Drehzahl und des Zustands einer Brennkraftmaschine
(24), welches folgende Schritte aufweist:
(a) Vorsehen eines drehbaren Teils (14),
welches sich synchron mit der Nockenwelle der
Brennkraftmaschine (24) dreht, wobei das drehbare Teil
(14) eine Mehrzahl von regelmäßig in Winkelabständen
angeordneten Vorsprüngen (16) und einen zusätzlichen
Vorsprung (18) hat, welcher zwischen benachbarten, in
regelmäßigen Winkelabständen angeordneten Vorsprüngen
(16) angeordnet ist;
(b1) Vorsehen eines Sensors mit variabler
Reluktanz zum Detektieren der in regelmäßigen
Winkelabständen angeordneten Vorsprünge (16) und des
zusätzlichen Vorsprunges (18), wenn diese an einer
vorbestimmten Bezugsstelle (20) vorbeigehen und zum
Erzeugen eines Impulssignals (32) in Abhängigkeit von
dem Vorbeigang der jeweiligen in regelmäßigen
Winkelabständen angeordneten Vorsprünge (16) und der
zusätzlichen Vorsprünge (18) an dieser Stelle (20);
(b2) Vorsehen einer Softwarekompensation zur
Korrektur der Früherkennung der Anstiegsflanke des
Impulssignales (32) infolge eines verstärkten
magnetischen Kopplungseffekts zwischen dem zusätzlichen
Vorsprung (18) und den unmittelbar benachbarten, in
regelmäßigen Winkelabständen angeordneten Vorsprüngen
(16);
(c) Erzeugen eines Geschwindigkeits- bzw.
Drehzahlsignals entsprechend der Geschwindigkeit bzw.
Drehzahl der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von
den korrigierten Impulssignalen (32); und
(d) Erzeugen eines Zeitsteuerbezugssignals nach
Maßgabe der Detektion eines vorbestimmten Vorsprungs
der in regelmäßigen Winkelabständen angeordneten
Vorsprünge (16) im Anschluß an die Detektion des
zusätzlichen Vorsprungs (18), wobei der Schritt zum
Erzeugen eines Zeitsteuerbezugssignals folgende
Schritte umfaßt:
(1) Messen der vier jüngsten Zeitintervalle
zwischen den korrigierten Impulssignalen
(32) als Tn, Tn-1, Tn-2 and Tn-3, wobei Tn das
jüngste gemessene Zeitintervall ist;
(2) Bestimmen, daß der nächste detektierte
Impuls (32) nicht dem in regelmäßigen
Winkelabständen angeordneten Vorsprung (16)
entspricht, welcher unmittelbar dem
zusätzlichen Vorsprung (18) folgt, wenn Tn-1 nicht
beträchtlich größer als Tn ist;
(3) Erzeugen eines Zeitsteuerbezugssignals in
Abhängigkeit von der Detektion eines
darauffolgenden, korrigierten Impulssignals
(32) einerseits, wenn das Drehzahlsignal
größer als eine vorbestimmte Drehzahlgrenze
ist und andererseits in dem Fall, daß das
Drehzahlsignal kleiner als der vorbestimmte
Grenzwert ist, wenn Tn-3 größer als (Tn-2
ein vorbestimmter Zeitwert) ist, und das
Produkt aus Tn-3 um einen vorbestimmten
Faktor größer als Tn ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das
Zeitsteuerbezugssignal nach Maßgabe der Detektion eines der in
regelmäßigen Winkelabständen angeordneten Vorsprünge
unmittelbar im Anschluß an die Detektion des
zusätzlichen Vorsprunges erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem
der vorbestimmte Zeitwert etwa 3,1 ms beträgt, die
vorbestimmte Drehzahlgrenze sich etwa auf 300 1/min
beläuft, und der vorbestimmte Faktor etwa 0,875 ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem
die Anzahl der in regelmäßigen Winkelabständen
angeordneten Vorsprünge durch eine ganze Zahl
bezüglich der Anzahl der Zylinder der
Brennkraftmaschine (24) teilbar ist, um einen vorbestimmten Wert zu
erzeugen, und bei dem der Schritt zum Erzeugen des
Drehzahlsignals die Schritte umfaßt (a) Bestimmen
einer Ablaufzeit zwischen dem ersten einer Reihe von
korrigierten Impulssignalen (32) und dem letzten in
einer Reihe von korrigierten Impulssignalen (32),
wobei die Anzahl der korrigierten Impulssignale (32)
analysiert in dieser Reihe von korrigierten
Impulssignalen (32) wenigstens der vorbestimmte Wert ist,
und (b) Vergleichen der Ablaufzeit mit einer
vorbestimmten Winkelverschiebung der Brennkraftmaschine
(24), welche erforderlich ist, um die Reihe von
korrigierten Impulssignalen (32) zu erzeugen und
Ermitteln der Brennkraftmaschinendrehzahl hieraus.
5. Zustands- und Drehzahlbestimmungsvorrichtung (10) zum
Einsatz bei einer Brennkraftmaschine (24), welche
eine Nockenwelle hat, wobei die Vorrichtung folgendes
aufweist:
ein Steuerrad (14), welches derart beschaffen
und ausgelegt ist, daß es sich synchron mit einer
Nockenwelle dreht und eine Mehrzahl von in
regelmäßigen Winkelabständen angeordneten Zähnen (16) hat,
wobei das Steuerrad (14) ferner einen zusätzlichen
Zahn (18) hat, welcher zwischen einem Paar von
benachbarten in regelmäßigen Winkelabständen
angeordneten Zähnen (16) angeordnet ist, wobei der
zusätzliche Zahn mechanisch mit einer vorbestimmten
Drehbe
zugsposition der Brenkraftmaschine (24)
synchronisiert ist und wobei die Anzahl der in regelmäßigen
Winkelabständen angeordneten Zähne (16) ein
ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Zylinder der
Brennkraftmaschine ist;
eine Sensoreinrichtung (20, 22), welche einen
Sensor mit variabler Reluktanz aufweist, welcher in
unmittelbarer Nähe zu den Zähnen (16, 18) des
Steuerrads (14) angeordnet ist, wobei die Sensoreinrichtung
(20, 22) eine Mehrzahl von Impulssignalen (32)
erzeugt, und wobei jedes Impulssignal (32) dem
jeweiligen Zahn (16) und dem zusätzlichen Zahn (18)
des Steuerrads (14) zugeordnet ist, welche an der
Sensoreinrichtung (20, 22) vorbeigehen;
eine Schalteinrichtung (12), welche eine
Softwarekompensation der Impulssignale bereitstellt, um
eine Früherkennung der Anstiegsflanke der
Impulssignale infolge des größer werdenden magnetischen
Kupplungseffektes zwischen dem zusätzlichen Vorsprung
(18) und dem unmittelbar benachbarten und in
regelmäßigen Winkelabständen angeordneten Vorsprüngen (16)
zu korrigieren;
die Schalteinrichtung (12) auf die korrigierten
Impulssignale anspricht, um ein
Zeitsteuerimpulssignal zu erzeugen, welches den zusätzlichen Zahn
(18) und einen hierauf folgenden in regelmäßigen
Winkelabständen angeordneten Zahn (16) wiedergibt,
welche in der Nähe der Sensoreinrichtung (20, 22)
vorbeigehen, wobei die Schalteinrichtung (12) derart
beschaffen und ausgelegt ist, daß ein Drehzahlsignal
entsprechend der Größe der korrigierten Impulssignale
(32) detektiert pro Zeiteinheit erzeugt wird, und
wobei die Schalteinrichtung (32) ferner eine
Einrichtung umfaßt, welche die vier jüngsten
Zeitintervalle zwischen den korrigierten Impulssignalen (32)
mit Tn, Tn-1, Tn-2 und Tn-3 ist, wobei Tn das jüngste
gemessene Zeitintervall ist, und wobei Einrichtungen
vorgesehen sind, welche das nächste korrigierte
Impulssignal (32) derart bestimmen, daß es nicht dem
in regelmäßigen Winkelabständen angeordneten Zahn
(16) und dem unmittelbar anschließenden zusätzlichen
Zahn (18) zugeordnet ist, wenn Tn-1 nicht wesentlich
größer als Tn ist; und eine Einrichtung zum Erzeugen
eines Zeitsteuerbezugssignals in Abhängigkeit von der
Detektion eines der folgenden korrigierten
Impulssignale (32) einerseits erzeugt, wenn das
Drehzahlsignal größer als eine vorbestimmte Drehzahlgrenze ist;
und andererseits in dem Fall erzeugt, wenn das
Drehzahlsignal kleiner als der vorbestimmte Grenzwert
ist, und wenn Tn-3 größer als (Tn-2 - ein vorbestimmter
Zeitwert) ist, und das Produkt von Tn-3 um einen
vorbestimmten Faktor größer als Ta ist; und
wobei die Schalteinrichtung (12) eine Mehrzahl
von Zeitsteuerbezugssignalen in Abhängigkeit von dem
Empfang der korrigierten Impulssignale (32) erzeugt,
wobei jedes der Zeitsteuerbezugssignale eine
spezielle, vorbestimmte Drehbezugsposition der Nockenwelle
entsprechend einer Bezugsposition der Nockenwelle
darstellt, welche einer Zeitsteuerbezugsposition für
jeden Zylinder der Brennkraftmaschine (24)
entspricht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das vorbestimmte
Zeitintervall etwa 3,1 ms beträgt, die vorbestimmte
Grenzdrehzahl etwa 300 1/min beträgt und der
vorbestimmte Faktor etwa 0,875 beträgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der das
Steuerrad (14) 24 in regelmäßigen Winkelabständen
angeordnete Zähne (16) umfaßt.
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