KR100348330B1

KR100348330B1 - 내연기관의비상제어방법

Info

Publication number: KR100348330B1
Application number: KR1019950012188A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 크렙스; 볼프강 뤼프케
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1995-05-17
Publication date: 2002-12-11
Anticipated expiration: 2015-05-17
Also published as: EP0683309B1; EP0683309A1; US5671145A; JPH07310582A; JP3872828B2; KR950033024A; DE59405391D1

Abstract

크랭크축 변환기가 작동하지 않을때, 크랭크축 변환기의 신호(펄스 또는 투스가 기준신호이다)는 다음과 같이 기억된 변수, 투스(C)의 전체수(Z), 크랭크축 변환기 디스크상에 배치된 세그먼트 (투스, 갭)의 각도 길이, 크랭크축 변환기 디스크의 세그먼트 주행시간 및 이들 세그먼트의 플랭크에 상응하는 기억된 크랭크축 위치, 로 시뮬레이트된다.

Description

내연기관의 비상제어방법

본 발명은 마이크로프로세서로 제어되는 엔진 제어장치(ST)의한 내연기관의 비상제어 방법에 관한 것이다.

독일 특허공개공보 41 25 677는 비상작동할 수있는 내연기관용 제어장치를 기술한다. 이 장치는 모두 세개의 센서와 함께, 기준신호 변환기, 크랭크축 변환기 및 캠축 변환기를 필요로 한다. 캠축 변환기의 변환기 디스크는 엔진의 각 실린더에 대한 하나의 투스 세그먼트(tooth segment)를 가지며, 어느 하나의 실린더에 대한 투스 세그먼트가 짧은 반면에 다른 실린더에 대한 투스 세그먼트는 길다. 만일 크랭크축 변환기가 작동하지 않는다면, 불규칙 캠축 신호는 동일 길이의 투스 세그먼트를 가지는 "단조 캠축신호"로 전환되며, 이와같은 신호를 가지고 제어기는 비상시 낮은 각도 해상력으로 계속해서 동작한다. 이와같이 공지된 제어기는 대량생산하기에 너무 복잡하며 비싸다. 세개의 비싼 센서외에, 그것은 또한 비상작동시에 크랭크축의 만족스러운 각도 해상력없이, 상호 변환기 디스크의 정밀성 및 비싼 조절을 요구한다.

본 발명의 목적은 종래에 대량 생산된 변환기 디스크(예를들어, 하나 또는 두개의 미싱 투스들(missing tooth)을 가진 크랭크축 투스 변환기 디스크, 180°NW = 360° KW이상에서 하나의 세그먼트를 가지는 캡축 변환기 디스크)를 사용하는 캠축 변환기 및 크랭크축 변환기를 가진, 엔진이 시뮬레이트된 크랭크축 신호의 도움으로, 크랭크축 변환기의 고장에서도 거의 동일한 각도 해상력을 가지고 연속적으로 동작되도록 내연기관의 비상제어 방법을 구현하는 것이다.

이와같은 목적은 청구범위 제 1항의 본문에 인용된 특징에 의해 달성된다.

용어 "투스"는 좁은 투스 및 넓은 투스(후자는 세그먼트로 불림) 양쪽모두를 의미하는 반면에, 용어 "세그먼트"는 투스 및 각각 두개의 투스사이에 위치한 갭을 의미한다.

본 발명에 대한 특징으로써 고려되는 다른 다른 형태는 추가된 청구범위에서 설명한다.

비록 본 발명이 내연기관의 비상제어 방법에 대한 실시예로써 기술될지라도, 당업자는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않고 본발명을 변형할 수 있다. 따라서, 본 발명은 청구범위의 사상 및 범위에 의해서만 제한된다

그러나, 그외에 목적 및 장점과 함께 본 발명의 동작 방법 및 구조는 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명될 것이다.

제 1도는 캠축 변환기(GNW) 및 크랭크축 변환기(GKW)의 신호가 공급되는 마이크로프로세서로 제어되는 엔진제어장치(ST)를 가진, 내연기관용 엔진 제어기를 개략적으로 도시한다.

이와같은 바람직한 실시예에 있어서, 캠축 변환기(GNW)는 고정센서(SNW) 및 상대적인 회전에 대하여 안정된 방법으로 캠축에 접속되며 대략 동일 폭의 투스(A)및 갭(B)을 가지는 변환기 디스크(GSNW)를 포함하며, 투스 및 갭은 화살표로써 표시되는 회전방향을 따라 상행플랭크(a) 및 하행플랭크(b)에 의해 서로 분리된다.

이와같이 바람직한 실시예에 있어서, 크랭크축 변환기(GKW)는 고정센서(GKW) 및 상대적인 회전에 대하여 안정된 방법으로 크랭크축에 접속되며 동일 폭의 갭(D)을 가진 원주위에 균일하게 배치된 동일 폭의 대략 60개의 투스(C)를 가지는 변환기 디스크(GSKW)를 포함하며, 투스 및 갭은 화살표에 의해 표시된 회전 방향을 따라 상향 플랭크(c) 및 하행 플랭크(d)에 의해 서로 분리된다. 이들 두개의 투스, 부재(59) 및 부재(60)가 제거되어, 두개의 미싱 투스 및 유용하게 만들어진 갭에 의하여, 5배의 폭을 가진 갭(E)이 만들어진다.

변환기 디스크가 회전함에 따라, 센서들이 구현되는 방법에 따라 다른 센서(전도 또는 홀 센서 등)는 제어장치내의 준비회로(AW)에 상응하는 신호를 공급하며(신호의 기준 수는 그들에 상응하는 투스, 갭 및 플랭크의 수와 일치한다), 준비회로의 출력신호는 엔진을 제어할 수있는 공지된 방법으로 사용된다. 준비회로(AW)의 출력신호는 크랭크축 투스 또는 갭 당 예를들어 5 또는 10 펄스를 포함하며(또한 미싱 투스에 공급되는 것), 이것은 크랭크축 세그먼트를 카운트함으로써 형성되나, 준비회로의 출력신호는 또한 크랭크축 변환기 디스크(GSKW)상에 배치된 세그먼트에 대한 정확한 재생일 수있다. 크랭크축 세그먼트 폭(C),(D)및(E)을 비교함으로써, 준비회로는 또한 클랭크 기준신호 e = 0° KW 를 발생시키며, 이것은 넓은 갭(E) 다음의 제 1투스의 상행 플랭크(C)의 단계에서 할당되며, 제 1투스의 상행 플랭크에서 부터 크랭크축의 원주각 카운터가 시작된다.

캠축 센서(SNW)에서 캠축 세그먼트(A) 및 (B)의 주행시간은 엔진의 회전속도, 가속도 등을 결정하기 위해서, 일정 주파수의 클럭 신호(t)를 가지고 카운트 된다.

제 2도는 제 2a도에서 캠축 세그먼트 a, A, b, B 의 다이어그램을 도시하며, 제 2b도는 크랭크축 세그먼트 c, C , d, D, E를 도시하며 제 2c도는 제 2b도로 부터 유도된 기준신호(크랭크)(e)를 도시한다.

제 2d도는 크랭크축 세그먼트로 부터 유도되며 미싱 투스를 포함하는, 투스 또는 갭 당 5개의 펄스를 가지는 신호(f)를 예로써 도시한다. 그러나, 크랭크축 세그먼트로 부터 유도된 신호 역시 제 2b도에서 크랭크 세그먼트들(c , C, d, D, E)에 대한 정확한 재생일 수있다.

예를들어, 기준신호(e)는 실린더I (그리고 또한 실린더IV)가 정상 사점(dead center)전에 120° KW에 위치될때 크랭크축 위치에서 항상 나타날 것이다. 크랭크축 변환기 디스크(GSKW)는 그점에서 가능한 한 명확하게 조종된다.캠축 변환기 디스크(GSNW)의 각각의 세그먼트 (A),(B)는 180° NW = 360° KW이상에서 명령값에 따라 확장된다. 그러나, 허용할 수있는 공차 때문에, 투스(A)(상행 플랭크(a))는 정상 사점전 100° KW에서 시작하며, 갭(B)(하강 플랭크(b))은 사점전 110° KW에서 시작한다.

고정변수들, 즉, 투스(C)의 전체 수 Z = 60 ( 58 + 두개의 미싱 )는 크랭크축 변환기 디스크(GSKW)상에 존재하며 크랭크축 변환기 디스크(GSKW)상에 배치된세그먼트( 60 투스 + 60 갭 = 120세그먼트 )의 각 길이 Lc 및 L_D= 360° /120 = 3° KW는 엔진이 첫번째 작동을하기 전에 엔진제어 장치의 불휘발성 메모리에 저장된다.

엔진의 소정 동작조건하에서, 예를들어 각각의 시동진행후 또는 소정 간격에서, 예를들어 매 10분동안, 캠축 세그먼트 플랭크(a) 및 (b)가 캠축 센서(SNW)를 통과하는 크랭크축 위치( a') 및 ( b')는 엔진 제어장치(ST)에서 불휘발성 메모리에 또한 저장된다. 바람직한 실시예에 있어서, 이것들은 a'= 20" KW (정상 사점전 e = 0° KW로 계신됨) 및 b'= 10° KW( 정상 사점전 ≡ 110° KW )의 값을 가진다.

저장된 값(a') 및 (b')으로 부터, 각의 길이 LA = 350° KW 및 LB=370° KW가 결정되며 그들로 부터 비 A / B = 350 = 0.9459 ... 및 B / A = 1.05571 ...가 계산되어 불휘발성 메모리에 저장된다. 저장된 값 (a'),(b') 및 그들로 부터 유도된비 A / B 및 B / A는 그들이 사용되는 시간이상에서 전환될 수있기 때문에, 작동을 방해하지 않는동안 연속적으로 갱신되어 재기록된다.

만일 크랭크축 변환기가 결함이 생긴다면, 신호( c, C, d, D, E )(제2b도) 또는 f(제 2d도) 및 (제 2b도)에서 유도되는 기준신호(e)(제 2c도)는 발생하지 않으며, 엔진 제어기는 신호( a, A, b ,B )로만 제어된다. 이들 신호 및 저장된 값으로 부터, 미싱 신호 및 기준신호는 두개의 바람직한 실시예에 의하여 이하에서 기술되는 방법으로써 시뮬레이트 된다. 만일 크랭크축 변환기가 작동하지 않는다면, 오류표시(F)(청각 또는 시각)가 또한 활성화된다.

캠축 변환기 디스크(GSNW)의 이전 세그먼트 N-1 (만일 N = A 라면 N-1 =B ,반대로도 성립함)에 대한 주행시간을 조사하기 위해서 카운터되는, 클럭신호t 의 펄스 I_N-1는 이하의 공식으로 부터, 다음 세그먼트 N을 위하여 요구되는 펄스 I_N의 수를 미리계산(삽입)하기 위해서 활용된다.

I_N= I_N-1* (L_N/ L_N-1)

이와같은 값 I_N및 저장 각길이 L_N으로 부터의 비 I_N/L_N( I_N-1/ L_N-1)은 1° KW에 대한 펄스의 값 I /° KW을 제공한다. 예를들어, 순간적인 엔진속도에서 이와같은 값은 "50"이 된다. 이전 신호 e = 0° KW를 적용하면, 플랭크 신호(3)는 제{ a' * ( I /° KW ) } 번째 펄스 ( a'= 20° KW,I /° KW = 50 )에서 나타나며, 즉 이전 기준신호후 천번째 펄스, 또는 플랭크 신호(b)는 제{b' * ( I /°KW ) }번째 펄스( b' = 10° KW, I/°KW = 50 ), 즉 이전 기준신호(e)후 제500번째 펄스에서 나타난다.

다시말해서, 카운터는 캠축 플랭크신호(a)가 나타날때 값 a' * ( I ° KW ) = 1000, 또는 캠축 플랭그 신호(b)가 나타날때 값 b' * ( I /° KW ) = 500으로 세트되고 클럭 신호 t에서 상향으로 카운터를 계속한다.

만일 바람직한 제 1실시예에서, 신호(f)( 3° KW의 세그먼트당 5펄스 )가 시뮬레이트된다면, 각각의 0.6° KW 시간후, 즉 클럭 신호(t)의 각각 30번째 펄스후 순간엔진 속도에서, 또는 일반적으로 각각의 제 { R * ( I /° KW ) }번째 펄스에서, 기준신호 e = 0° KW로 부터 1020번째 펄스 = 20.4° KW 초기까지, 한 펄스신호(f)가 형성되며, 여기서 R은 ° KW 에서 두개의 펄스사이의 간격과 동일하다.

더우기, 제 2c도에 도시된 것처럼, 클럭 신호 t 의 제 { 360 * ( I /°KW) = 18.000}번째 펄스 I 에서, 크랭크축 기준 신호가 출력된다.

만일 바람직한 제 2실시예에서, 크랭크축 세그먼트의 동일 재생이 시뮬레이트된다면(제 2b도), 이전 기준신호 (e) 후, 다시말해서 e = 0 ° KW이후의 각각의 6° KW 시간후 각각 제 { P * ( Lc + L_D) * ( I /° KW )번째 펄스 I 에서, 세그먼트(C)(투스)의 시작 또는 신호 (D)(갭)의 끝에 대한 신호(c)(상행 플랭크)가 출력되며, 클럭 신호 t, 다시말해서 e = 0° KW으로 부터 각각의 상행 플랭크후 3° KW = 150펄스 각각의 경우의 제{[P * ( Lc + L_D) + Lc ] * ( I /° KW ) }번째 펄스 I 에서, 세그먼트(D)(갭)의 시작 또는 세그먼트(C)(투스)의 끝에서 신호(d)(상행 플랭크)가 출력된다( 비록 넓은 갭(E)이 형성될지라도, P = 0, 1, 2, ... , Z-2, Z-1이고, 비록 크랭크축 변환기 디스크(GSKW)로 부터 두개의 투스 미싱이 시뮬레이트될지라도, P = 0, 1, 2, ... , Z-2, Z-1). 더우기, 크랭크축 기준신호(e)는 클럭신호 t 의 제{ 360 * ( I /° KW ) }번째 펄스 I(=18.000)에서 다시 출력된다(제 2c도).

특정 캠축 위치( ° KW가 e = 0°로 언급됨 )의 비에 대한 소숫점전에 적분값에 대응하는 (P)는 수 6에 의해 나누어진다( Lc + L_D= 6° KW ). 예를들어, 기준신호후에 크랭크축 변환기 디스크(GSKW)의 제 1투스 및 제 2갭(0° KW 에서 < 6° KW 까지)에 대해, P=0 이며, 제 2투스 및 제 1갭( 6° KW 에서 < 12° KW 까지) 대해, P = 1 이며, 마지막 투스 (부호(58), 342° KW로 부터 < 348° KW 까지)에 대해, P = ( Z - 3 ) = 57이다.

기준신호 e 가 발생된 후에, 카운팅 처리는 다음 캠축 플랭크신호(b)(또는 a)가 10° KW( 또는 20° KW) 에 나타날때 까지, P = 0 인 초기값에서 다시 시작된다. 그때 기술된 처리는 처음부터 다시 시작한다.

가속하에서, 다음 캠축 플랭크신호 (a) 또는 (b)는 초기에 나타나며, 감속하에서는 기억된 캠축 플랭크 신호 (a')(20°KW) 또는 (b')(10° KW) 보다 조금 늦게 나타난다.

감속하에서, 제어기는 펄스 번호 I 에서 대기하며, 펄스 번호 I가 다음 캠축 플랭크 신호( 만일 초기값이 a'= 1000 이라면, b'= 500 이며, 반대로도 성립함)와 일치하는 반면에 엔진속도는 이 신호가 나타날때 까지 일정하며, 그다음에 정확하게 끝에 놓인 이전의 캠축 세그먼트(A)(또는 B)동안 측정된 주행시간을 기초로 하여 다시 시작한다.

가속하에서, 즉 기대된 펄스 번호 I ( = 500 또는 1000 )가 통과되기 전에 다음 캠축 세그먼트 플랭크(b)(또는 A)가 나타날때,스틸 미싱(still-missing) 제어 명령은 이 플랭크에서 연속으로 발생된다. 이 방법은 정확하게 끝에 놓인 이전 캠축 세그먼트(A)(또는 B)위하여 측정된 주행시간을 기초로하여 다시 시작될 수있다.

두개의 바람직한 실시예에 의해 기술된 방법을 가지고, 미싱 크랭크축 신호는 시뮬레이트되거나 또는 전체적으로 교환되며, 엔진의 제어기는 크랭크축 센서(SKW)의 고장전 것으로 처리될 수있다. 그러나, 운전자는 시각 또는 청각 오류지시기(F)에 의해 발생된 오류를 알 수있다.

제 1도는 엔진 제어기에 대한 개략도,

제 2도는 마이크로로 제어되는 엔진제어 장치의 기능을 설명하는 신호 다이어그램.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

A: 투스 B: 갭

a:상향플랭크 b: 하행플랭크

GNW: 캠축 변환기 GKW: 크램크축 변환기

GWNW,GSKW: 변환기 디스크 SNW,SKW: 고정센서

AW: 준비회로 ST: 엔진제어장치

Claims

엔진의 크랭크축과 연관된 크랭크축 변환기(GKW)의 세그먼트 플랭크 신호( c, d, e ) 및 캠축에 연관된 캠축 변환기(GNW)의 세그먼트 플랭크 신호( a, b )에 의해 제어되어,

크랭크축 및 캠축의 위치를 조사하기 위한 변환기( GKW, GNW )가 고정 센서 (SKW, SNW ), KW 세그먼트 ( C, D, E )가 제공된 크랭크축 변환기 디스크(GSKW) 및 NW 세그먼트( A, B )가 제공된 캠축 변환기 디스크(GSNW)를 포함하여, 마이크로프로세서로 제어되는 엔진 제어장치(ST)에 의해 내연기관을 제어하는 방법에 있어서,

크랭크축상에서 배치된, 투스 (C)의 전체 수 (Z) 및 세그먼트 ( C, D )의 각도 길이( Lc,L_D)가 불휘발성 메모리에 저장되며,

엔진의 소정 동작조건 또는 소정 간격하에서, 소정 기준 크랭크축 위치(e)에관련된, 캠축 세그먼트 플랭크(a, b)에 상응하는 크랭크축 위치 ( a', b' )가 조사되어 불활성 메모리에서 저장되며,

저장된 크랭크축 위치(a', b')로 부터, 캠축상에 배치된 세그먼트(A, B) 또는 그것의 특정 부분의 각도길이 (L_A, L_B)가 조사되며 이로부터 이전 세그먼트(B,A) 또는 세그먼트 부분에 대한 각각의 세그먼트(A,B) 또는 세그먼트 부분의 길이 비(A/B, B/A)가 조사되어 불활성 메모리에서 저장되며,

크랭크축 센서(SKW)가 작동하지 않을때, 캠축센서(SNW)에서 세그먼트(N, N-1)의 주행시간에 대한 카운트된 클럭펄스(I_N, I_N-1)가 소정 주파수의 클럭신호(t)로 카운트되어 조사되며(여기서, N = A 및 N-1 = B, 반대로도 성립함),이전 세그먼트(N-1)에서 카운트된 클럭펄스의 번호(I_N-1)로 부터, 현재 세그먼트(N)에 대한 클럭펄스의 번호는 공식 I_N= I_N-1* ( L_N/ L_N-1) 에 따라 보간되며,

비 I_N-1/ L_N-1또는 I_N/ L_N로 부터, 시뮬레이트된 KW 신호의 단위당 클럭 펄스( I / ° KW)의 번호는 현 세그먼트의 진행에 따라 결정되며,

그 다음에, 이전 기준신호(e)로 관련된, 제 { a' * (I /° KW)} 번째 펄스 또는 제 { b' * ( I /° KW ) }번째 펄스로 시작하여, 캠축 플랭크 신호(a) 또는 (b)가 발생할때, 크랭크축 신호 ( c, C, d, D, E 또는 f ) 및 크랭크 기준신호(e)가 시뮬레이트되어,

클럭신호 (t) 의 각각의 제{ R * (I /° KW )}번째 펄스에서, 신호 (f)가 형성되며 (여기서, R은 ° KW에서 상호 두개의 펄스 간격과 동일함),

클럭 신호 (t)의 각각의 제{ 360 * (I/° KW) } 번째 펄스에서, 크랭크축 기준신호(e)가 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
엔진의 크랭크축과 연관된 크랭크축 변환기(GKW)의 세그먼트 플랭크 신호( c, d, e ) 및 캡축에 연관된 캠축 변환기(GNW)의 세그먼트 플랭크 신호( a, b )에 의해 제어되며,

크랭크축 및 캠축의 위치를 조사하기 위한 변환기( GKW, GNW )각각이 고정 센서 (SKW, SNW ), KW 세그먼트 ( C, D, E )가 제공된 크랭크축 변환기 디스크 (GSKW) 및 NW세그먼트( A, B )가 제공된 캠축 변환기 디스크(GSNW)를 포함하여, 마이크로프로세서로 제어되는 엔진 제어장치(ST)에 의해 내연기관을 제어하는 방법에 있어서,

크랭크축상에 배치된, 투스 (C)의 전체 번호 (Z) 및 세그먼트 ( C, D )의 각도 길이( Lc, L_D)가 불휘발성 메모리에 저장되며,

엔진의 소정 동작조건 또는 소정 간격하에서, 소정 기준 크랭크축 위치(e)에 관련된, 캠축 세그먼트 플랭크(a, b)에 상응하는 크랭크축 위치 ( a', b' )가 조사되어 불활성 메모리에서 저장되며,

저장된 크랭크축 위치(a', b')로 부터, 캠축상에 배치된 세그먼트(A, B) 또는 그것의 특정 부분의 각도길이 (L_A, L_B)가 조사되며 이로부터 이전 세그먼트(B,A) 또는 세그먼트 부분에 대한 각각의 세그먼트(A, B) 또는 세그먼트 부분의 길이 비(A/B, B/A)가 조사되어 불활성 메모리에서 저장되며,

크랭크축 센서(SKW)가 작동하지 않을때, 캠축센서(SNW)에서 세그먼트(N, N-1)의 주행시간에 대한 카운트된 클럭펄스(I_N, I_N-1)가 소정 주파수의 클럭신호(t)로 카운트되어 조사되며(여기서, N = A 및 N-1 = B, 반대로도 성립함),

이전 세그먼트(N-1)에서 카운트된 클럭펄스의 번호(I_N-1)로 부터, 현 세그먼트(N)에 대한 클럭의 수는 공식 I_N= I_N-1* ( L_N/ L_N-1) 에 따라 보간되며,

비 I_N-1/ L_N-1또는 I_N/ L_N로 부터, 시뮬레이트된 KW 신호의 단위당 클럭 펄스( 1 / °KW)의 번호는 현 세그먼트의 진행에 따라 결정되며,

그 다음에, 이전 기준신호(e)로 관련된, 제 { a' * (I /°KW)} 번째 펄스 또는 제{ b' * ( I /° KW ) }번째 펄스로 시작하여, 캠축 플랭크 신호(a) (또는b)가 발생할때 미싱 크랭크축 신호 ( c, d ) 및 크랭크 기준신호 (e)가 현 세그먼트로 시뮬레이트되어,

클럭신호(t)의 각각의 제{ P * ( Lc + L_D) * ( I /° KW) 번째 펄스(1)에서, 신호(c)는 세그먼트(C)가 시작될때 발생되며,

클럭 신호(t)의 각각의 제{[ P * ( Lc + L_D) + Lc ] * ( I / °KW )}번째 펄스(I)에서, 세그먼트 (D,E)의 시작에 대한 신호 (d)가 발생되며,

클럭 신호(t)의 각각의 제{ 360 * (I/°KW)}번째 펄스에서, 크랭크축 기준신호(e)가 발생되는(여기서, P = 0, 1, 2, ... , Z-4, Z-3) 것을 특징으로하는 방법.