DE4221891A1 - Verfahren zur Ermittlung von Winkelfehlern an Geberrädern zur Bestimmung der Momentandrehzahl einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Winkelfehlern an Geberrädern zur Bestimmung der Momentandrehzahl einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Optimierung des Betriebs moderner Kraftfahrzeuge werden Motorsteuerungen verwendet, die als Eingangsparameter die je­ weils aktuellen, zylinderselektiven Motordrehzahlen benöti­ gen.

Es ist allgemein bekannt, zur zylinderselektiven Bestimmung der aktuellen Motordrehzahl die Zeitdauer des Vorbeigangs eines einem Zylinder am Geberrad zugeordneten Kreissegments an einem Sensor zu messen. Dies geschieht dadurch, daß zu Beginn eines solchen Kreissegments jeweils ein zugeordneter Zahn des Geberrads bzw. einer Zahnscheibe zum Start eines Tors verwendet wird, das nach dem Vorbeigang der im Kreisseg­ ment angeordneten Zähne bzw. dem ersten Zahn des nächsten Kreissegments geschlossen wird. Die ermittelte Zeitdauer der Toransteuerung ist ein direktes, reziprokes Maß für die aktu­ elle, zylinderselektive Motordrehzahl.

Derartige Messungen von zylinderselektiven, aktuellen Motor­ drehzahlen an einem Zahn-Geberrad bzw. einer Zahnscheibe kön­ nen sowohl durch unzulässige Fertigungstoleranzen als auch durch Beschädigungen der Zahnflanken, die allmählich beim Be­ trieb eines Fahrzeugs auftreten können, falsche Ergebnisse liefern, da dadurch die Startpunkte bzw. Endpunkte zur Ermitt­ lung der Segmentzeitdauern geometrisch gegenüber der theore­ tisch richtigen Winkellage verschoben werden.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein gattungsge­ mäßes Verfahren so weiterzubilden, daß Winkelfehler zu ermit­ teln und ggfs. korrigierbar sind.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 wird, beginnend bei einem bestimmten Kreis­ segment, die Gesamtzeitdauer für einen vollen Umlauf des Geberrads (360°) bzw. die Zeit zwischen zwei Vorbeigängen eines bestimmten Zahnes am Sensor gemessen.

Zugleich mit der Messung für die Gesamtzeit wird jeweils die Segmentzeitdauer für jedes der Reihe nach einem Kolbenzyklus zugeordneten Kreissegments gemessen. Bei einer Sechszylinder- Brennkraftmaschine wäre beispielsweise ein solches Kreisseg­ ment 120° groß, auf einem Geberrad, das auf der Kurbelwelle montiert ist.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird die gemessene Gesamt­ zeitdauer durch die Anzahl der Kreissegmente (bei einer Sechs­ zylinder-Brennkraftmaschine durch die Zahl 3) geteilt. Da­ durch wird eine theoretische, jeweils für alle Kreissegmente gleiche Segmentzeitdauer ermittelt. Diese theoretische Seg­ mentzeitdauer wird nun ins Verhältnis zur jeweils aktuellen, gemessenen Segmentzeitdauer eines Kreissegments gesetzt. Be­ vorzugt wird die theoretische Segmentzeitdauer durch die je­ weils gemessene Segmentzeitdauer geteilt. Dadurch wird ein zylinderselektiv zugeordneter Zeitkorrekturfaktor für jedes Kreissegment erhalten.

Die so ermittelten, zylinderselektiv zugeordneten Zeitkorrek­ turfaktoren stellen ein direktes Maß für den Winkelfehler be­ zogen auf den theoretisch geometrischen, richtigen Wert des jeweiligen Kreissegments dar.

Die Winkelfehler pro Kreissegment werden vorteilhaft anhand einer Referenzzeit (Gesamtzeitdauer für einen vollen Umlauf des Geberrads) ermittelt, die nicht von Winkelfehlern beein­ flußt wird, da Beginn und Ende der dafür durchgeführten Zeit­ messung durch dieselbe Zahnflanke ausgelöst werden und somit Winkelfehler nicht auftreten können.

Durch das vorbeschriebene Verfahren kann mit einfachen Mit­ teln und geringem Aufwand eine Genauigkeitssteigerung bei der zylinderselektiven Drehzahlmessung erzielt werden.

Nach Anspruch 2 werden die Zeitkorrekturfaktoren als Maß für auftretende Winkelfehler einer Überprüfungseinheit als Schwellwerteinheit zur Überprüfung auf unzulässige Winkelfeh­ lertoleranzen zugeführt. Eine solche Überprüfung kann bei­ spielsweise im Rahmen einer Endprüfung nach der Fahrzeugmon­ tage oder an einem Motorprüfstand in einer Werkstatt im Rah­ men eines Kundendienstes ausgeführt werden. Wenn unzulässige Winkelfehlertoleranzen festgestellt werden, sind dann ent­ weder Teile auszutauschen oder die Einheit zur Berechnung und Verarbeitung der zylinderselektiven Drehzahlen ist zum Aus­ gleich der Winkelfehler anders zu kalibrieren.

Gemäß Anspruch 3 werden die Zeitkorrekturfaktoren einer Adap­ tionseinheit zugeführt, die die zylinderselektiven, aus den zugeordneten Kreissegmenten ermittelten Drehzahlwerte mit den zugeordneten Zeitkorrekturfaktoren berichtigen. Es handelt sich hier somit um eine lernende Anordnung, die Drehzahlab­ weichungen durch Winkelfehler selbsttätig berichtigt. Hierbei handelt es sich um eine besonders bevorzugte Ausführung, da dadurch auch Langzeitfehler, beispielsweise durch einen all­ mählichen, ungleichmäßigen Verschleiß von Zahnflanken, selbst­ tätig berücksichtigt und korrigiert werden.

Für die bisher beschriebene Ermittlung von Zeitkorrekturfakto­ ren ist es erforderlich, daß die notwendigen Messungen bei einem möglichst gleichmäßigen Drehzahlverlauf durchgeführt werden, da sonst Dynamikfehler auftreten. Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 wird eine Weiterbildung des Verfahrens vorge­ schlagen, bei der Dynamikfehler bei einer Sechszylinder-Brenn­ kraftmaschine weitestgehend eliminiert werden.

Dazu werden jeweils drei aufeinanderfolgende Messungen zur Be­ stimmung der Zeitkorrekturfaktoren durchgeführt. Bei einer Sechszylinder-Brennkraftmaschine sind drei Kreissegmente mit je 120° vorgesehen. Der Start für die Messung von drei Gesamt­ zeitdauern bzw. für je einen vollen Umlauf des Geberrads be­ ginnt nacheinander jeweils am Anfang eines der drei aufeinan­ derfolgenden Kreissegmente. Dadurch werden aufgrund der drei Messungen jeweils drei, einem bestimmten Kreissegment zugeord­ nete Einzelkorrekturfaktoren ermittelt. Diese drei Einzelkor­ rekturfaktoren werden zu je einem zylinderselektiven Korrek­ turfaktormittelwert gemittelt. Diese Mittelung kann je nach Gegebenheiten arithmetisch oder geometrisch bzw. durch ein Medianverfahren durchgeführt werden. Die so erhaltenen Korrek­ turfaktormittelwerte werden der Überprüfungseinheit und/oder der Adaptionseinheit für eine automatische Korrektur zuge­ führt.

Damit wird vorteilhaft erreicht, daß durch das gleichmäßig über den Umfang verteilte Wechseln des Start/Endpunktes für die Messung der Gesamtzeitdauern mit einer anschließenden Mit­ telung der erhaltenen Einzelkorrekturfaktoren das Verfahren weitgehend unempfindlich gegen dynamische Drehzahländerungen ist und dynamikbedingte Meßfehler weitgehend eliminiert wer­ den.

Die vor stehend beschriebenen Messungen sind bei einem mög­ lichst gleichmäßigen Drehzahlverlauf durchzuführen. Besonders geeignet sind nach Anspruch 5 für die Messungen zur Ermitt­ lung von Korrekturfaktoren Schubphasen.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung mit weiteren Einzelheiten, Merkmalen und Vorteilen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektronischen Steuerungsanlage für eine Sechszylinder-Brennkraftma­ schine und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Geberrads (Zahn­ scheibe) für eine zylinderselektive Bestimmung der aktuellen Motordrehzahl.

In Fig. 1 ist auf einer Kurbelwelle 1 ein Geberrad 2 als Zahn­ scheibe angebracht, dessen Zähne 3 bzw. Zahnflanken als Sig­ nalgeber mit einem ersten Sensor 4 zusammenwirken. Bei einer Brennkraftmaschine, die im Viertaktbetrieb arbeitet, besteht jedes Arbeitsspiel aus zwei Umdrehungen der Kurbelwelle. Für eine Sechszylinder-Brennkraftmaschine ergeben sich daraus drei Verbrennungen pro Umdrehung. Jedem Zylinder ist somit 1/3 eines Kreises (120°) zugeordnet. Bei einer Zähnezahl von beispielsweise 135 Zähnen am Geberrad 2 entspricht dann ein Kurbelwellenwinkel von 120° einer Zähnezahl von 45. In Fig. 2 ist das Geberrad 2 vergrößert dargestellt, wobei die drei gleichgroßen Kreissegmente a, b und c, die jeweils einem Zy­ linder in Verbindung mit dem nachfolgend beschriebenen Nocken­ wellensignal zugeordnet sind, eingezeichnet sind.

Die Kurbelwelle 1 treibt mit halber Kurbelwellendrehzahl eine Nockenwelle 5, die eine Phasenmarke 6 trägt, welche mit einem zweiten Sensor 7 zusammenwirkt. Über diese Phasenmarke 6 ist eine eindeutige Zuordnung eines bestimmten Zylinders zu einem Kurbelwellenwinkel möglich.

Die Signale aus den beiden Sensoren 4 und 7 sind einem digita­ len Steuergerät 8 zusammen mit weiteren Parametersignalen (schematisch dargestellt durch den Pfeil 9) zugeführt. Das Steuergerät 8 ermittelt aus den zugeführten Signalen für jeden Zylinder den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge sowie den Zündzeitpunkt und überträgt entsprechende Signale an eine elektronische Einspritzvorrichtung 10 und eine elek­ tronische Zündvorrichtung 11.

Die zylinderselektive Bestimmung der aktuellen Motordrehzahl unter Berücksichtigung einer Dynamikbewertung wird folgender­ maßen durchgeführt:
Während die Zeit für eine Geberradumdrehung als gemessene Ge­ samtzeitdauer TGge ab einem Meßstartpunkt (I, II oder III) ge­ messen wird, werden gleichzeitig die Zeiten TSge für den Vor­ beigang jedes einzelnen Kreissegments a, b, c am Sensor 4 ge­ messen.

Aus der Gesamtzeitdauer für eine ganze Umdrehung TGge wird die theoretische Zeit des Vorbeigangs für ein Kreissegment wie folgt berechnet:

Aus der theoretisch ermittelten Segmentdauer TSth entspre­ chend einer völlig gleichmäßigen und idealen Zahnflankenanord­ nung am Geberrad 2 und der tatsächlich für jedes Segment a, b, c gemessenen Segmentdauer TSge lassen sich für jedes Seg­ ment a, b, c Zeitkorrekturfaktoren TK für die ermittelten Seg­ mentzeitdauern nach folgender Beziehung berechnen:

Zur Eliminierung von Dynamikfehlern werden jeweils drei auf­ einanderfolgende Messungen zur Bestimmung der Zeitkorrektur­ faktoren TK durchgeführt: Der Start für diese drei Messungen beginnt jedesmal am Geberrad versetzt am Anfang der drei auf­ einanderfolgenden Kreissegmente a, b und c. Diese Startpunkte (auch Zielpunkte für die Gesamtzeitdauermessung) sind in Fig. 2 mit I, II und III bezeichnet.

Die Einzelzeitkorrekturfaktoren werden je nach dem Startbe­ ginn für die zugeordnete Messung am Startpunkt I, II oder III für die zugeordneten Kreissegmente a, b, c mit Ia, Ib und Ic; IIa, IIb und IIc; IIIa, IIIb und IIIc bezeichnet.

Beim Start am Startpunkt I und einer Drehrichtung im Uhrzei­ gersinn erfolgt nacheinander ein Vorbeigang der Kreissegmente a, b, c mit einer entsprechenden, zeitlichen Reihenfolge für die Korrekturfaktorermittlung. Die zeitliche Reihenfolge der Korrekturfaktorermittlungen bei den drei aufeinanderfolgenden Meßpunkten, ausgehend von den Startpunkten I, II und III, ist in der nachfolgenden Aufstellung wiedergegeben.

Die drei aufeinanderfolgenden Messungen werden in einer Schub­ phase durchgeführt, während der die Drehzahl innerhalb einer Umdrehung gleichmäßig sinkt. Damit ergibt sich bei einer Ge­ samtbetrachtung über eine Umdrehung, daß bei einem Meßbeginn am Startpunkt I die ermittelte Zeit für das erste Kreisseg­ ment a im Vergleich zu den beiden Kreissegmenten b und c zu klein ermittelt wurde. Die Zeitdauer für das dritte Segment c wurde dagegen im Vergleich zu den Kreissegmenten a und b zu groß ermittelt, wobei die Zeit für das mittlere Kreissegment b zwischen den Zeiten für die Kreissegmente a und c liegt und damit einem mittleren, neutralen Wert entspricht.

Wenn die zweite Messung vom Startpunkt II beginnt, ergeben sich ähnliche Verhältnisse in der Reihenfolge der Kreissegmen­ te b, c, a und für die dritte Messung in der Reihenfolge c, a, b.

Bei einer Umstellung der obenstehenden Aufstellung, nun bezo­ gen auf die Kreissegmente a, b, c ergibt sich die nachfolgen­ de Aufstellung, aus der ersichtlich ist, daß für jedes Kreis­ segment jeweils ein Meßwert zu klein, zu groß und neutral und entsprechend auch die Korrekturfaktoren ermittelt wurden. Da­ bei bedeutet (-) Zeit zu klein; (0) Zeit neutral; (+) Zeit zu groß.

Aus den Einzelkorrekturfaktoren Ia . . . IIIc werden für jedes Segment a, b, c Korrekturfaktormittelwerte A, B, C gebildet, wobei aus der vorstehenden Aufstellung ersichtlich ist, daß sich durch die versetzten drei Messungen die Differenzen von zu klein und zu groß ermittelten Einzelkorrekturfaktoren auf­ heben und damit Dynamikfehler weitgehend eliminiert werden.

Diese Korrekturfaktormittelwerte A, B, C werden einer (nicht dargestellten) Überprüfungseinheit und/oder Adaptionseinheit zugeführt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Ermittlung von Winkelfehlern an Geberrädern zur Bestimmung der Momentandrehzahl einer Brennkraftmaschi­ ne,
bei dem zur zylinderselektiven Bestimmung der aktuellen Motordrehzahl die Zeitdauer (Segmentzeitdauer) des Vorbei­ gangs eines einem zugeordneten Kolbenzyklus entsprechenden Kreissegments bzw. dessen Zähne (3) des Geberrades (Zahn­ scheibe 2) an ein ein Sensor (4) gemessen wird, wobei diese Zeitdauer ein direktes, reziprokes Maß für die Drehzahl ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß beginnend (Start I, II oder III) bei einem bestimmten Kreissegment (a, b, c) die Gesamtzeitdauer (TGge) für einen vollen Umlauf des Geberrades (2) (360°) bzw. die Zeit zwischen zwei Vorbeigängen eines bestimmten Zahnes (3) am Sensor (4) gemessen wird,
daß zugleich jeweils die Segmentzeitdauer (TSge) für jedes der Reihe nach einem Kolbenzyklus zugeordnete aktuelle Kreissegment (a, b, c) (120° bei einem auf der Kurbelwelle montierten Geberrad (2) einer Sechszylinder-Brennkraftma­ schine) gemessen wird,
daß die gemessene Gesamtzeitdauer (TGge) durch die Anzahl der Kreissegmente (a, b, c) geteilt wird, wodurch eine theoretische, jeweils für alle Kreissegmente (a, b, c) gleiche Segmentzeitdauer (TSth) ermittelt wird und
daß diese theoretische Segmentzeitdauer (TSth) ins Verhält­ nis zur jeweils aktuellen, gemessenen Segmentzeitdauer (TSge) eines Kreissegments (a, b, c) gesetzt wird und da­ durch ein zylinderselektiv zugeordneter Zeitkorrekturfak­ tor (TK) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkorrekturfaktoren (TK; A, B, C) als Maß für auftreten­ de Winkelfehler einer Überprüfungseinheit als Schwellwert­ einheit zur Überprüfung auf unzulässige Winkelfehlertole­ ranzen zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkorrekturfaktoren (TK; A, B, C) einer Adaptionseinheit zugeführt werden, die die zylinderselektiven, aus den zuge­ ordneten Kreissegmenten (a, b, c) ermittelten, Drehzahlwer­ te mit den zugeordneten Zeitkorrekturfaktoren (TK; A, B, C) berichtigt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Elimination von Dynamikfehlern bei einer Sechszylinder-Brennkraftmaschine entsprechend drei Kreis­ segmenten (a, b, c) mit je 120° jeweils drei aufeinander­ folgende Messungen zur Bestimmung der Zeitkorrekturfakto­ ren (A, B, C) dergestalt durchgeführt werden,
daß der Start für die Messung der Gesamtzeitdauer (TGge) bzw. für je einen vollen Umlauf des Geberrads (2) nach­ einander jeweils am Anfang (I, II, III) eines der drei auf­ einanderfolgenden Kreissegmente (a, b, c) beginnt,
daß die bei jeder der drei Messungen ermittelten drei, einem bestimmten Kreissegment (a, b, c) zugeordneten Ein­ zelkorrekturfaktoren (Ia . . . IIIc) zu je einem zylinder­ selektiven Korrekturfaktormittelwert (A, B, C) gemittelt werden und diese Korrekturfaktormittelwerte (A, B, C) der Überprüfungseinheit und/oder der Adaptionseinheit zuge­ führt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen innerhalb einer Schubphase durchgeführt werden.