JP3998719B2 - ４サイクル内燃機関における位相位置を求めるための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の奇数個のシリンダを有する４サイクル内燃機関における位相位置を求めるための方法から出発している。
従来の技術
１つのクランク軸および少なくとも１つのカム軸を有するマルチシリンダ内燃機関において、同期後には内燃機関の制御装置によって、クランク軸ないしカム軸の検出された位置に依存して、どの時点でどのシリンダに対して燃料を噴射すべきであるかおよび何時どのシリンダにいて点火がトリガされるべきであるかが計算される。従来の内燃機関では、クランク軸の角度位置をセンサを用いて求めることが通例である。この場合センサは、特徴的な表面、例えば同形式の多数の角度マークと１つの基準マークとを有する、クランク軸に連結されているディスクをスキャンしかつ相応の信号を制御装置に送出する。
クランク軸は４サイクル内燃機関の１作業サイクル内に２回回転し、一方カム軸は１回しか回転しないので、内燃機関の位相位置はクランク軸センサ信号からだけでは一義的に求められず、それ故に通例は、カム軸位置を独自のセンサ、所謂位相センサを用いて求めており、その際この位相センサはカム軸に連結されている、唯一のマーキングを有するディスクをスキャンする。カム軸回転毎に１つのパルスを有している生じる信号は同様に制御装置において評価される。
国際出願ＷＯ８７／０５９７１号から、カム軸センサなしですむ、奇数のシリンダ数を有する内燃機関のシリンダを識別するないし働き行程を識別するための装置が公知である。このために、内燃機関の制御装置において、クランク軸センサによって送出される信号であって、クランク軸回転毎に１つのパルス、従ってカム軸回転ごとに２つのパルスを有している信号が、例えば内燃機関の働き行程において周期的に変動する信号である第２の信号と関連付けられる。この周期的に変動する信号は回転数センサの出力信号かまたは吸気管圧力センサの出力信号である。奇数のシリンダ数を有する内燃機関において生じる条件およびクランク軸とカム軸との間の固定の位相関係によって、クランク軸信号と第２の信号との簡単な論理結合に基づいて、働き行程の識別が実施される。その理由は、１つのクランク軸回転において、周期的に変動する第２の信号は「ハイ」であるはずであり、一方クランク軸の次の別の回転においてそれは「ロー」であるはずだからである。従って公知の装置では、働き行程の識別は２つの信号の簡単な論理結合に基づいて実施される。しかし特徴的な信号経過の評価は提案されていない。
発明の利点
請求項１の特徴部分に記載の構成を有する本発明の、４サイクル内燃機関における位相位置を求めるための方法は、カム軸位置を捕捉検出することなく機関の同期が可能であるという利点を有している。このことは、クランク軸とカム軸との間の位相関係が変わる可能性がある系においても当てはまる。この利点は、位相位置を求めるために、クランク軸角度センサから送出され、特異性を有している信号を、燃焼行程において変動しかつシリンダ固有の特性を有している第２の信号と関連付けることによって得られ、その際位相位置を突き止めるために、第１の信号の特異性の発生の期間における第２の信号の経過が検査される。この方法は専ら、奇数個のシリンダを有する内燃機関にのみ係っているので、第１のクランク軸回転における第１の信号の特異性の発生の際に、第２の信号に、第２のクランク軸回転における際の経過とは別の経過が生じる。それは、シリンダは第１のクランク軸回転において第２のクランク軸回転の場合とは別の行程にあり、その結果内燃機関の出力されるモーメントは異なっているという理由からである。このことは第２の信号の経過、例えば回転数経過および吸気管圧力経過に対して作用し、その際これらの作用は測定可能でありかつシリンダ識別のために用いることができる。それ故に有利には第２の信号は回転数センサまたは吸気管圧力センサの出力信号ということになる。
本発明の別の利点は、従属請求項に記載の構成によって得られる。その際、位相位置を求める際の第１の回転数信号と第２の回転数信号との間の位相ずれは問題ないということが特別有利にも認められている。その理由は、第２の信号の最小値または最大値の発生ではなくて、第２の信号の経過が第１の信号の特異性と関連付けられるからである。
位相位置を求めるためのこの方法はスタート過程の期間に既に、即ちまだシリンダの最初の燃焼が行われる前に実施することができることは特別有利である。位相位置のこの早期の検出は、燃焼なくとも種々異なった行程は回転数ないし吸気管圧力に異なって作用するという理由で可能である。
カム軸センサのない系では、電子装置を含めてセンサ、カム軸ホイールおよび相応の撚り合わせを省略することができる。機関制御装置においては、３つの差込ピン並びにセンサに対する調製回路および１つの計算機ポートピンを省略することができる。プリント配線板面積は同様に低減される。カム軸センサのない場合、その診断およびこのセンサに対するエラー処理手段を省略することができ、これにより系全体の利用性が高められる。これらの省略は、内燃機関の排気ガス特性またはスタート特性に不都合に作用することなしに実現されるものである。本発明の方法では制御装置ソフトウェアの実行時間が付加的に負荷されることがないということも有利であると認められている。というのは、同期は本来の期間機関作動の前に成立しており、従って計算機リソースに対して実行時間制限とならないからである。
図面
本発明の実施例は図面に示されておりかつ以下の説明において詳述する。
説明
第１図には、内燃機関の制御系の、本発明を説明するために必要な構成要素が略示されている。その際１０は発生器ホイールである。これは、内燃機関のクランク軸１１に固定連結されておりかつその周囲に複数の同形式の角度マーク１２を有している。これらの同形式の角度マーク１２の他に、１つの基準マーク１３が存在している。これは、例えば２つの欠けている角度マークによって実現されている。
発生器ディスク１０は検出器１４、例えば誘導検出器またはホールセンサによってスキャンされる。角度マークを通過した際に検出器において発生される、信号Ｓ１の電圧パルスが制御装置１５において調製されかつ更に処理される。
クランク軸１１の他に、内燃機関は通例、更に少なくとも１つのカム軸をも有している。カム軸は第１図では２５で示されている。カム軸は通例、クランク軸１１と固定の関係にある。この関係は鎖線１６によって象徴的に示されている。カム軸１５の角度位置は第１図に図示の、内燃機関の制御系では検出されない。クランク軸１１とカム軸２５との間の関係の同期のために、燃焼行程において周期的に変動する第２の信号が制御装置において処理される。この第２の信号Ｓ２はセンサ１７を用いて得られる。センサ１７は例えば、内燃機関の吸気管における圧力を測定するセンサである。基本的に、燃焼サイクルにおいて変動する別の量を評価することもできる。
制御装置１５には、内燃機関の開ループ制御または閉ループ制御ないし調整のために必要である別の入力量を供給することができるが、第１図には単に、入力量「点火オン」が信号として図示されているにすぎない。それは点火スイッチ１８の閉成の際に点火錠の端子Ｋｌ．１５から供給されかつ制御装置１５に内燃機関の始動を指示するものである。
制御装置１５それ自体は、少なくとも１つの中央計算機ユニット１９並びにメモり２０を有している。制御装置１５において、内燃機関の詳しく説明しない相応の構成要素に対する噴射および点火に対する制御信号が形成される。これらの信号は制御装置１５の出力側２１および２２を介して送出される。制御装置の電圧供給は通例はバッテリー２３から、内燃機関の作動の期間並びに場合によってはその後のフェーズにおいて閉成されているスイッチ２４を介して行われる。以下に説明する信号処理および評価は制御装置１５において行われる。
第１図に図示の制御系によって、クランク軸１１の角度位置を内燃機関の作動期間中いつでも検出することができる。始動の際、遅くともクランク軸１１の１回転の後に、信号Ｓ１において、クランク軸の基準マークに対応するが特異性生じる。クランク軸１１とカム軸２５との間の対応は普通、カム軸の位置と内燃機関の個別シリンダの位置との間の対応と同様に既知であるので、基準の検出後同期をとることができるが、それは、位相位置にとって特徴的である信号が存在しているときにだけである。
位相センサないしカム軸センサなしに、即ちカム軸２５の位置を求めるセンサなしに済ませようとする本発明の系では、クランク軸センサから送出される基準マーク信号が多義的であるという問題がある。というのは、クランク軸は１回の作業サイクル内に２回回転し、一方カム軸２５は１回しか回転しないからである。それ故に、制御装置１５において、信号Ｓ１に対して付加的に、信号Ｓ２，例えば、シリンダの位置に対して特徴的な特性を有している回転数信号または吸気管圧力センサの出力信号が評価される。この信号Ｓ２ないしこの信号の特徴的な特性が信号Ｓ１と関連付けられ、かつ殊に、信号Ｓ１の基準マークないし特異性の発生の期間の信号Ｓ１の経過が評価される。
この種の評価は可能である。というのは、奇数個のシリンダを有する内燃機関では、各々のクランク軸回転の都度同じ状態が生じないからである。内燃機関ないし機関では、以下にＭ１と略称する一方の機関位置において、所定の行程において、第２の可能な機関位置Ｍ２の場合とは別の数のシリンダが存在する。このことは３シリンダ機関に基づいて、次のように説明される：
機関位置Ｍ１では例えば：
圧縮行程にあるシリンダ１
吸気行程にあるシリンダ２
排気行程にあるシリンダ３
機関位置Ｍ２では例えば：
排気行程にあるシリンダ１
働き行程にあるシリンダ２
吸気行程にあるシリンダ３
この関係から、２つの機関位置Ｍ１およびＭ２においてその都度、１つのシリンダが吸気および排気行程にあるが、第３のシリンダは機関位置に応じて、働き行程かまたは圧縮行程にあることが明らかである。従って、クランク軸の第１の回転における回転数経過および吸気管圧力の経過は第２のクランク軸回転における経過とは特徴的な手法で異なっている。これにより、基準マークの範囲におけるないし信号Ｓ１の特異性の範囲おける回転数経過および吸気管圧力の経過は、機関位置に対する判断基準となりかつカム軸信号の代替えとして用いることができ、その際機関位置Ｍ１またはＭ２を指示する識別信号が発生される。
シリンダの数および機関の弁制御時間に依存して、回転数経過の評価の際も、圧力信号の評価の際も、基準マークないし信号Ｓ１の特異性の範囲における第２の信号の勾配の極性反転かまたは第２の信号の最小値／最大値評価が、位相位置を検出するための最良の方法であるかが決定される。極性反転または最小値／最大値評価を求めるために、第２の信号は時間に関して微分されかつこのようにして勾配および／または最小値／最大値が得られる。回転数または吸気管圧力を検出するための正確な測定点は、機関固有に決定される。
測定が明らかにするように、内燃機関ないし機関のスタートの際その後直ぐに、制御装置によって、始動機が操作されたことを検出することができる。回転数経過も、吸気管圧力経過も、同期のための信号Ｓ２として使用される。その際評価は、最初の噴射ないし点火がトリガされるまだ前に、燃焼されていない作動における機関の回転の開始後直ちに行うことができる。燃焼なしの最初の回転において、回転数経過も吸気管圧力経過も、第１または第２のクランク軸回転に対して特徴的である。通常の機関作動開始の後、高い機関回転数または回転数変動の場合殊に、機関位置を求めるために場合によっては回転数経過をもはや用いることができないことがある。作動期間中同期を実施すべきである場合、それは吸気管圧力信号の評価を用いて行わなければならない。
本発明の方法がカム軸センサを備えた系において使用されるとき、カム軸センサの欠陥が検出されたとき、この方法を非常時走行としていつでも使用することができる。
スタート後直ちに本発明の方法が実行されかつ通常の作動期間に、位相位置を求めるためにカム軸センサの出力信号を用いる組み合わせも可能である。

Claims (6)

1. 第１の信号が形成され、該第１の信号は予め定めたクランク軸角度に対応付け可能な特異性を有しておりかつ該第１の信号は、回転数センサの出力信号および／または吸気管圧力センサの出力信号から形成される第２の信号と関連付けられかつ前記第１の信号の特異性の領域にある前記第２の信号の評価により識別信号が形成される
   という形式の、奇数個のシリンダを有する４サイクル内燃機関における位相位置を求めるための方法において、
   燃焼サイクルにおいて変動しかつシリンダ個有の特性を有している第２の信号の経過が前記特異性の領域において検査され、その際前記第２の信号（Ｓ２）の評価が前記第１の信号（Ｓ１）の特異性発生の時間的周辺の第２の信号の勾配の極性反転の検出または最小値／最大値評価を含んでいるように行われる
   ことを特徴とする位相位置を求める方法。
2. 該方法をスタート時に、内燃機関のシリンダの１つにおける最初の燃焼の前に実施する
   請求項１記載の位相位置を求める方法。
3. 制御装置はシリンダの数および／または内燃機関の弁制御時間に依存して、前記第２の信号の勾配に基づいた評価または前記最小値／最大値評価が行われるかを決定する
   請求項２記載の方法。
4. 回転数および／または吸気管圧力を検出するための測定点を機関固有に決定する
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 作動期間中予め定めた時点でまたは予め定めた条件の際に、位相位置を更に求めるかまたは検査し、この場合前記作動期間中に位相位置を求める際に、吸気管圧力センサの出力信号を評価する
   請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 位相センサを備えた内燃機関において、前記制御装置によって該位相センサまたは該位相センサに属する信号調製回路の欠陥が検出され場合、非常作動を実施するための該方法を実施する
   請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。

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