DE102016221670B4

DE102016221670B4 - Steuereinheit für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016221670B4
Application number: DE102016221670.8A
Authority: DE
Inventors: Naoya Wakayama; Toshikazu HIOKI
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2022-02-10
Anticipated expiration: 2036-11-05
Also published as: DE102016221670A1; JP6631177B2; JP2017089493A

Abstract

Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine (1), wobei die Steuereinheit aufweist:einen Kurbelwinkelsensor (7), der ausgebildet ist, zwei Kurbelwinkelsignale (Vx, Vy) auszugeben, die sich kontinuierlich als Reaktion auf eine Drehung einer Kurbelwelle (6) der Brennkraftmaschine (1) ändern;mindestens einen Zylinderdrucksensor (5a, 5b, 5c, 5d), der ausgebildet ist, einen Druck in einem Zylinder der Brennkraftmaschine (1) zu erfassen und ein Zylinderdrucksignal (CPS1 - CPS4), das ein Signal ist, das den Druck angibt, auszugeben;einen Tiefpassfilterabschnitt (20); undeine Erfassungsschaltung (20), die ausgebildet ist, die Kurbelwinkelsignale (Vx, Vy) des Kurbelwinkelsensors (7) und das Zylinderdrucksignal (CPS1 - CPS4) des Zylinderdrucksensors (5a, 5b, 5c, 5d) zu empfangen, wobei die Erfassungsschaltung (20) ausgebildet ist, einen Zylinderdruck entsprechend einem Kurbelwinkel auf der Grundlage von Signalen, die durch Ausführen eines Betriebs für die Kurbelwinkelsignale (Vx, Vy) und das Zylinderdrucksignal (CPS1 - CPS4) in dem Tiefpassfilterabschnitt (20) erhalten werden, zu erfassen, wobeidie Erfassungsschaltung (20) einen A/D-Wandlungsabschnitt (22) enthält, der an einem Eingangsabschnitt der Erfassungsschaltung (20) angeordnet ist und ausgebildet ist, aufeinanderfolgend die Kurbelwinkelsignale (Vx, Vy) und das Zylinderdrucksignal (CPS1 - CPS4) in einem vorbestimmten Zeitintervall zu empfangen und dann in digitale Signale umzuwandeln, undder Tiefpassfilterabschnitt (20) ausgebildet ist, einen digitalen Filterbetrieb für die digitalen Signale, die von dem A/D-Wandlungsabschnitt (22) ausgegeben werden, auszuführen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine.
Ein Zylinderdruck in einer Brennkammer wird als Reaktion auf einen Kurbelwinkel des Verbrennungsmotors erfasst, um eine Steuerung eines Verbrennungsmotors, der eine Brennkraftmaschine ist, auszuführen. Insbesondere wird ein Ausgangssignal eines Zylinderdrucksensors (CPS) synchron zu einem Kurbelwinkelsignal A/D-gewandelt, das entsprechend einer Drehung einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in vorbestimmten Winkelintervallen erzeugt wird. Dann wird das Ausgangssignal des CPS, das A/Dgewandelt wurde, verwendet, um eine Wärmefreisetzungsmenge aus einem Volumen eines Zylinders, das aus dem Kurbelwinkel erhalten wird, zu berechnen, so dass diese bei einer Verbrennungssteuerung verwendet wird.
In diesem Fall wird das Kurbelwinkelsignal in vorbestimmten Intervallen erfasst. Das Ausgangssignal wird synchron zu dem Kurbelwinkelsignal A/D-gewandelt. Wenn das Ausgangssignal des CPS in Intervallen, die kürzer als die vorbestimmten Intervalle sind, erzeugt werden soll, ist es notwendig, dass ein Multiplikationssignal durch Schätzen eines Intervalls zwischen einem derzeitigen Kurbelwinkelsignal und einem vorherigen Kurbelwinkelsignal erzeugt wird und das Ausgangssignal des CPS synchron zu dem Multiplikationssignal A/D-gewandelt wird.
In diesem Fall berechnet ein herkömmlicher Kurbelwinkelsensor diskret einen Winkel entsprechend jeder Flanke eines vorbestimmten Intervalls wie beispielsweise 6 CA (CA: Kurbelwinkel), die von einem Kurbelpulsar erzeugt wird. Somit kann (i) ein Winkel zwischen Flanken nicht erfasst werden; (ii) da ein Pulssignal des Kurbelpulsars ein Hochfrequenzsignal ist, ist es notwendig, eine Abtastung mit einer hohen Rate wie beispielsweise alle 1 µs auszuführen, um einen A/D-Wandlungsbetrieb auszuführen, und dann einen Betrieb unter Verwendung eines Tiefpassfilters (LPF) auszuführen; und (iii) da eine Wellenform des Pulssignals nach Passieren des LPF unscharf wird, kann eine Flankenbestimmung fehlschlagen und es passiert nur das Ausgangssignal des CPS tatsächlich das LPF.
Da nur ein CPS-Signal, das das Ausgangssignal des CPS ist, den LPF passiert, wird nur eine Phasenverzögerung einer Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Zylinderdruck in einem bestimmen Ausmaß als Reaktion dessen, dass das CPS-Signal den LPF passiert, erzeugt. Eine Zeitverzögerung bzw. Zeitverschiebung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Zylinderdruck kann sich als ein Fehler der Wärmefreisetzungsrate, der Wärmefreisetzungsmenge und dem Verbrennungsschwerpunktsposition überlagern, die unter Verwendung des Kurbelwinkels und des Zylinderdruckes berechnet werden, und somit eine Genauigkeit der Verbrennungssteuerung beeinflussen.
Die DE 10 2007 061 226 A1 offenbart eine Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine, wobei die Steuereinheit aufweist: einen Kurbelwinkelsensor, der ausgebildet ist, ein Kurbelwinkelsignal auszugeben, das sich als Reaktion auf eine Drehung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ändert; mindestens einen Zylinderdrucksensor, der ausgebildet ist, einen Druck in einem Zylinder der Brennkraftmaschine zu erfassen und ein Zylinderdrucksignal, das ein Signal ist, das den Druck angibt, auszugeben; einen Tiefpassfilterabschnitt; und eine Erfassungsschaltung, die ausgebildet ist, das Kurbelwinkelsignal des Kurbelwinkelsensors und das Zylinderdrucksignal des Zylinderdrucksensors zu empfangen, wobei die Erfassungsschaltung ausgebildet ist, einen Zylinderdruck entsprechend einem Kurbelwinkel auf der Grundlage eines Signals, das durch Ausführen eines Betriebs für das Zylinderdrucksignal in dem Tiefpassfilterabschnitt erhalten wird, zu erfassen.
Die DE 197 22 016 A1 beschreibt eine Anordnung zur berührungslosen Drehwinkelerfassung der Nockenwelle eines Motors. Diese Anordnung umfasst einen Sensor, der zwei getrennte Sensorelemente aufweist, wobei ein Sensorelement nach dem magnetoresistiven Prinzip und eines nach dem Hallprinzip arbeitet. Die beiden Sensorelemente sind um einen Winkel von 90° gegeneinander verdreht. Die beiden Sensorelemente werden einem Magnetfeld ausgesetzt, das mit Hilfe von Magneten erzeugt wird, die sich mit der Welle drehen.
Die JP 2010 - 190 872 A beschreibt einen AD-Wandler zur Winkeldetektion, der mindestens zwei Magnetsensoren verwendet, um die Richtung eines zu messenden Magnetfeldes als Winkel von einer Referenzposition zu erfassen, und der enthält: einen Koordinatensystem-Umwandlungsabschnitt zum Durchführen einer orthogonalen Transformation eines Ausgangssignalwerts, dessen X- und Y-Komponenten jeweilige Ausgangssignale der beiden Magnetsensoren sind, die entlang zweier Achsen, nämlich der X- und der Y-Achse, auf einer zweidimensionalen Ebene eines orthogonalen Systems angeordnet sind und die das zu messende Magnetfeld erfassen; und einen Winkelberechnungsabschnitt zum Berechnen des Winkels des zu messenden Magnetfelds aus dem aus dem Ausgangssignalwert berechneten Winkel und dem aus dem durch den Koordinatensystem-Umwandlungsabschnitt orthogonal transformierten Signalwert berechneten Winkel.
Die JP 2001-263 153 A beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung des Zylinderinnendrucks für einen Verbrennungsmotor, wobei eine Verzögerungscharakteristik eines Tiefpassfilters so eingestellt wird, dass sie der Erfassungsverzögerung entspricht, die durch die Induktivitätskomponente und die Widerstandskomponente eines Timing-Sensors verursacht wird. Die Erfassungsverzögerungszeit bei einer Kurbelwinkelposition, die durch den Timing-Sensor erfasst wird, und die Verzögerungszeit, bis ein erfasster Wert eines Zylinder-Innendrucksensors in eine CPU 7 eingegeben wird, werden im Wesentlichen gleich gemacht. Da sich die Erfassungsverzögerungszeit für den Timing-Sensor 5 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl ändert, wird eine Verzögerungscharakteristik in Abhängigkeit von der Motordrehzahl erstellt, indem der Tiefpassfilter dreistufig aufgebaut wird und eines der drei Ausgangssignale ausgewählt wird.
Die EP 1 626 263 B1 beschreibt ein Verfahren zum Berechnen eines mittleren Wirkdrucks in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors, der einen Betrag der vom Verbrennungsmotor durchgeführten Arbeit angibt, welches die Schritte umfasst: Erfassen des Drucks in der Brennkammer zum Erhalt von Zylinderinnendruckdaten, die den erfassten Druck angeben; Unterziehen der erhaltenen Zylinderinnendruckdaten einem ersten vorbestimmten Filterungsprozess, wobei der Filterungsprozess eine Phasenverzögerung der Zylinderinnendruckdaten erzeugt; Erhalten eines Referenzsinuswellensignals basierend auf einem Kurbelwinkelsignal; Unterziehen des erhaltenen Referenzsinuswellensignals einem vorbestimmten Filterungsprozess unter Verwendung eines Filters, der die gleiche Charakteristik wie der Filter für den ersten vorbestimmten Filterungsprozess zum Filtern der Zylinderinnendruckdaten aufweist; und Berechnen des mittleren Wirkdrucks basierend auf den Zylinderinnendruckdaten und dem Referenzsinuswellensignal, die den jeweiligen Filterungsprozessen unterzogen wurden, derart dass eine relative Phasenabweichung zwischen den vom ersten Filterungsprozess erzeugten Zylinderinnendruckdaten und dem Referenzsinuswellensignal beseitigt wird, indem die gleiche Phasenverzögerung wie die Phasenverzögerung der Zylinderinnendruckdaten am Referenzsinuswellensignal durch den Filterungsprozess erzeugt wird.
Die DE 10 2010 062 444 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bereitstellen eines kurbelwellenwinkelbasierten Brennraumdrucksignals, wobei ein analoges Sensorsignal eines Brennraumdrucksensors abgetastet wird, um ein digitalisiertes Brennraumdrucksignal bereitzustellen, eine Tiefpassfilterung mit einer drehzahlabhängigen Grenzfrequenz durchgeführt wird, um ein gefiltertes Brennraumdrucksignal zu erhalten; und ein Umtasten des gefilterten Brennraumdrucksignals durchgeführt wird, um das kurbelwellenwinkelbasierte Brennraumdrucksignal zu erhalten.
Die EP 0 935 549 B1 beschreibt eine Vorrichtung zur Ermittlung des Winkels eines ersten drehbaren Körpers, der mit zwei weiteren drehbaren Körpern zusammenwirkt. Der Winkel der beiden weiteren Körper wird zu einem gleichen Abtastzeitpunkt gemessen und es wird daraus der Winkel des ersten Körpers berechnet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die gleichzeitig ein Kurbelwinkelsignal und ein Ausgangssignal eines CPS erfasst und denselben Signalbetrieb in vorbestimmten Zeitintervallen ausführt, um Zeitverzögerungen bzw. Zeitverschiebungen zwischen einem Kurbelwinkel und einem Zylinderdruck einschließlich einer Phasenverzögerung auszulöschen bzw. aufzuheben, und die Signale ohne Ausführung einer Korrektur genau berechnet. Die Aufgabe wird durch eine Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Der abhängige Anspruch betrifft eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird ein Sensor, der kontinuierlich einen Winkel entsprechend der Drehposition der Kurbelwelle erfassen kann, als Kurbelwinkelsensor verwendet. Somit können das Signal des Zylinderdrucksensors und die Kurbelwinkelsignale des Kurbelwinkels, die einen beliebigen Wert aufweisen können, gleichzeitig erhalten werden. Da sich die Kurbelwinkelsignale entsprechend dem Kurbelwinkel kontinuierlich ändern, wird ein Flankenerfassungsbetrieb nicht benötigt. Da die Kurbelwinkelsignale als Erfassungssignale, aus denen Signale hoher Frequenz ausgeschlossen sind, erhalten werden können, ist es nicht notwendig, eine A/D-Abtastung mit einer hohen Rate auszuführen, und es kann ein Signalbetrieb noch einfacher und genauer ausgeführt werden. Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen deutlich. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm, das einen Umriss einer Konfiguration einer Steuereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Blockdiagramm, das einen Verbrennungsmotor und ein Steuersystem zeigt;
3A eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Sensorspannung, einem Kurbelwinkel und Erfassungssignalen eines Kurbelwinkelsensors zeigt;
3B eine Graphik, die eine Wellenform einer Ausgangsspannung zeigt;
4 ein Flussdiagramm, das einen Signalbetrieb gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
5 ein Flussdiagramm, das einen Verbrennungszustandserfassungs- und Korrekturwertberechnungsbetrieb zeigt;
6 ein Zeitdiagramm, das ein Ausgangssignal eines CPS zeigt;
7 ein Zeitdiagramm, das ein erstes Signal des Kurbelwinkelsensors zeigt;
8 ein Zeitdiagramm, das ein zweites Signal des Kurbelwinkelsensors zeigt;
9 ein Zeitdiagramm, das ein Rechenergebnis des Kurbelwinkels zeigt;
10 eine Graphik, die eine Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Ausgangssignal des CPS zeigt;
11 ein Blockdiagramm, das einen Umriss einer Konfiguration der Steuereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ein Flussdiagramm, das den Signalbetrieb gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt; und
13 ein Zeitdiagramm, das einen A/D-Wandlungsbetrieb eines Kurbelwinkelsignals und des Ausgangssignals des CPS zeigt.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen kann ein Teil, der bereits in einer vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wurde, dasselbe Bezugszeichen aufweisen, und die Beschreibung dieses Teils kann weggelassen werden. Wenn nur ein Teil einer Konfiguration in einer Ausführungsform beschrieben wird, kann eine andere vorausgehende Ausführungsform für die anderen Teile der Konfiguration verwendet werden. Die Teile können sogar dann kombiniert werden, wenn es nicht explizit beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, auch wenn es nicht explizit beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt, dass keine Beeinträchtigung bezüglich der Kombination besteht.
(Erste Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 10 beschrieben.
Wie es in 2 gezeigt ist, die eine Gesamtkonfiguration zeigt, wird ein Verbrennungsmotor 1, der eine Brennkraftmaschine ist, von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 2 angetrieben und gesteuert. Der Verbrennungsmotor 1 enthält vier Brennkammern 3a, 3b, 3c und 3d, vier Einspritzer 4a, 4b, 4c und 4d und vier Zylinderdrucksensoren (CPS) 5a, 5b, 5c und 5d, die Zylinderdrücke erfassen, der jeweilige Drücke in den jeweiligen Zylindern des Verbrennungsmotors 1 sind.
Die CPS 5a bis 5d geben Zylinderdruckerfassungssignale CPS1, CPS2, CPS3 und CPS4 an die ECU 2 aus. Der Verbrennungsmotor 1 enthält außerdem eine Kurbelwelle 6. Ein Kurbelwinkelsensor 7, der einen Kurbelwinkel θ, der mit einer Drehposition der Kurbelwelle 6 korreliert, erfasst, ist an einer Position, die der Kurbelwelle 6 gegenüberliegt, angeordnet.
Der Kurbelwinkelsensor 7 enthält zwei Brückenschaltungen, die jeweils eine IC-Packung enthalten. Jede der Brückenschaltungen erfasst eine Magnetstärke eines Feldes, das durch einen Magneten ausgebildet wird, der an der Kurbelwelle 6 angeordnet ist, unter Verwendung eines Magnetwiderstandselementes. Die Brückenschaltungen sind ausgebildet, Magnetstärken in einer X-Richtung und einer Y-Richtung, die sich in rechten Winkeln kreuzen, zu erfassen. Somit gibt der Kurbelwinkelsensor 7 Erfassungssignale Vx, Vy entsprechend der Drehposition der Kurbelwelle 6 aus, die analoge Signale sind und sich voneinander unterscheiden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Erfassungssignale Vx, Vy Spannungen. Der Kurbelwinkelsensor 7 kann ein Winkelsensor TLE5009 sein, der ein riesiges magnetoresistives Element (GMR-Element) ist, das von Infineon hergestellt wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten die Erfassungssignale ein erstes Signal Vx und ein zweites Signal Vy.
Wie es in 1 gezeigt ist, enthält die ECU 2 einen Mikrocomputer 8, eine Eingangsschaltung 9 und eine Ansteuerschaltung 10. Die Eingangsschaltung 9 empfängt die Erfassungssignale Vx, Vy von dem Kurbelwinkelsensor 7 und empfängt CPS1 bis CPS4 von den CPS 5a bis 5d als CPS-Signale. Die Eingangsschaltung 9 enthält Filter 9a, die dieselbe Konfiguration aufweisen und in Entsprechung zu den obigen Signalen angeordnet sind, so dass ein Anti-Aliasing-Betrieb für jedes der obigen Signale ausgeführt wird.
Der Mikrocomputer 8 dient als Erfassungsschaltung und Tiefpassfilterabschnitt. Der Mikrocomputer 8 enthält eine CPU 11, einen ROM 12, einen RAM 13, einen Zeitgeber 14, A/D-Wandlungsschaltungen 15, 16 und 17, die eine erste A/D-Wandlungsschaltung 15, eine zweite A/D-Wandlungsschaltung 16 und eine dritte A/D-Wandlungsschaltung 17 sind, die als erster A/D-Wandlungsabschnitt 15, zweiter A/D-Wandlungsabschnitt 16 und dritter A/D-Wandlungsabschnitt 17 verwendet werden, und eine Auswahlschaltung 18. Die CPU 11 führt einen Arithmetikbetrieb unter Verwendung eines Programms, das in dem ROM 12 gespeichert ist, aus. Der RAM 13 speichert zeitweilig ein Programm des Arithmetikbetriebs, der von der CPU 11 ausgeführt wird, oder speichert zeitweilig ein Rechenergebnis, das von der CPU 11 zu einem geeigneten Zeitpunkt erhalten wird. Der Zeitgeber 14 führt einen Taktungsbetrieb aus, um einen Ausführungszeitpunkt des Arithmetikbetriebs einzustellen bzw. festzulegen.
In dem Mikrocomputer 8 werden die Signale, die von der Eingangsschaltung 9 eingegeben werden, von den A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 A/D-gewandelt. In diesem Fall werden die CPS1 bis CPS4 von den CPS 5a bis 5d von der Auswahlschaltung 18 ausgewählt und dann wird ein ausgewähltes Signal in die dritte A/D-Wandlungsschaltung 17 eingegeben. Die A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 wandeln die Signale, die eingegeben werden, in A/D-Wandlungssignale um, die jeweils ADC1, ADC2 und ADC3 sind. ADC1 bis ADC3, die A/D-Wandlungssignale sind, werden zeitweilig in einem Register der CPU 11 gespeichert, werden von der CPU 11 unter Verwendung des Arithmetikbetriebs verarbeitet und werden dann als Verarbeitungsergebnis in dem RAM 13 gespeichert.
Die Ansteuerschaltung 10 empfängt ein Ansteuersignal, das von dem Mikrocomputer 8 durch den Arithmetikbetrieb auf der Grundlage von Ausgangssignalen des Kurbelwinkelsensors 7 und der CPS 5a bis 5d erzeugt wird. Die Ansteuerschaltung 10 steuert eine Einspritzung eines Kraftstoffes durch Ausgeben von Signalen, die geforderte Einspritzmengen angeben, zu geeigneten Zeitpunkten an die Einspritzer 4a bis 4d entsprechend dem Ansteuersignal von dem Mikrocomputer 8.
Im Folgenden werden mit Bezug auf die 3 bis 10 die Wirkungen der obigen Konfiguration beschrieben.
Zunächst wird ein Erfassungsbetrieb des Kurbelwinkelsensors 7 beschrieben. Die 3A und 3B sind Graphiken, die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy des Kurbelwinkelsensors 7 zeigen, die entsprechend einem Drehwinkel θ der Kurbelwelle 6 ausgegeben werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy äquivalent zu Erfassungssignalen Vx, Vy. Wenn die Sensorspannung als Vs ausgedrückt wird, können die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy, die dem Kurbelwinkel θ entsprechen und als Richtung eines Magnetpols N als Reaktion auf eine Drehung der Kurbelwelle 6 verwendet werden, durch die Formeln (1) und (2) erhalten werden. $Vx = Vs \times cos (θ)$
$Vy = Vs \times sin (θ)$
Da sich die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy in Abhängigkeit von der Drehung der Kurbelwelle 6 ändern, wie es in 3B gezeigt ist, werden die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy als analoge Signale ausgegeben, die sich kontinuierlich ändern. Der Kurbelwinkel θ kann anhand der Formel (3) berechnet werden, die unter Verwendung der Formeln (1) und (2) erhalten wird. $θ= arctan (Vy / Vx)$
Da das Rechenergebnis des Kurbelwinkels θ ein Wert ist, der keine Beziehung zu der Größe der Sensorspannung Vs aufweist, wird in diesem Fall ein Teil der Variationen der Kurbelwinkelsignale Vx, Vy, die auf der Grundlage eines Offsets eines Verstärkers oder eines Erfassungsfehlers, der aufgrund der Stärke der Sensorspannung Vs erzeugt wird, ausgelöscht bzw. beseitigt.
Der Mikrocomputer 8 erfasst eine Verbrennungsschwerpunktsposition aus den CPS-Signalen und Zylindervolumina der Brennkammern 3a bis 3d, die aus dem Kurbelwinkel θ berechnet werden, und steuert eine Kraftstoffeinspritzung der Einspritzer 4a bis 4d derart, dass die Verbrennungsschwerpunktsposition mit einer idealen Position übereinstimmt. Um die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy, und die Zylinderdruckerfassungssignale CPS1 bis CPS4 genau zu erfassen, werden in diesem Fall gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Signalbetrieb nach der Erfassung der obigen Signale, ein A/D-Wandlungsbetrieb und ein Tiefpassfilterbetrieb ausgeführt, und es wird eine Phasendifferenz bzw. -verschiebung, die aufgrund der Erzeugung einer zeitlichen Verzögerung erzeugt wird, unterdrückt.
Die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy von dem Kurbelwinkelsensor 7 werden in die Eingangsschaltung 9 der ECU 2 eingegeben, und die CPS-Signale von den CPS 5a bis 5d werden ebenfalls in die Eingangsschaltung 9 eingegeben. In der Eingangsschaltung 9 werden Anti-Aliasing-Betriebe von den Filtern 9a ausgeführt, und dann werden die Signale in den Mikrocomputer 8 eingegeben. In dem Mikrocomputer 8 werden das ausgewählte Signal, das von der Auswahlschaltung 8 aus den CPS 5a bis 5d ausgewählt wird, und die Kurbelwinkelsignale des Kurbelwinkelsensors 7 gleichzeitig in dem A/D-Wandlungsbetrieb der A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 umgewandelt. In den A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 wird der A/D-Wandlungsbetrieb gleichzeitig mit einer Periode von 0,1 ms entsprechend einer Anweisung von der CPU 11 ausgeführt. Die Auflösung der A/D-Wandlung kann auf 12 Bit festgelegt werden.
Im Folgenden wird mit Bezug auf 4 der Signalbetrieb, der eine Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel θ und dem CPS-Signal erstellt, beschrieben. Der Mikrocomputer 8 führt den A/D-Wandlungsbetrieb unter Verwendung der A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17, einen Filterbetrieb, der der Tiefpassfilterbetrieb nach dem A/D-Wandlungsbetrieb ist, und einen Arithmetikbetrieb nach dem A/D-Wandlungsbetrieb aus. Außerdem wird in der folgenden Beschreibung des Signalbetriebs ein Beispiel verwendet, bei dem der CPS 5a aus den CPS 5a bis 5d ausgewählt wird.
In A1 gibt der Mikrocomputer 8 die Anweisung zum Ausführen des A/D-Wandlungsbetriebs unter Verwendung der A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 aus. In diesem Fall weist der Mikrocomputer 8 den A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 jeweilige Nummern 1 bis 3 zu und setzt ein ADC1-Ausführungsflag, ein ADC2-Ausführungsflag und ein ADC3-Ausführungsflag in Registern der jeweiligen A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17. Somit werden in den A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 die A/D-Wandlung der Kurbelwinkelsignale Vx, Vy und des CPS-Signals gleichzeitig ausgeführt.
In A2 bestimmt der Mikrocomputer 8, ob der A/D-Wandlungsbetrieb in den A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 beendet ist. Mit anderen Worten, der Mikrocomputer 8 wartet, bis der A/D-Wandlungsbetrieb beendet ist. Wenn der A/D-Wandlungsbetrieb beendet ist, geben die A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 Signale an den Mikrocomputer 8 aus, die angeben, dass das ADC1-Ausführungsflag, das ADC2-Ausführungsflag und das ADC3-Ausführungsflag ausgeschaltet bzw. zurückgesetzt wurden. Wenn der Mikrocomputer 8 bestätigt, dass das ADC1-Ausführungsflag, das ADC2-Ausführungsflag und das ADC3-Ausführungsflag von den A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 zurückgesetzt wurden, womit angeben wird, dass der A/D-Wandlungsbetrieb beendet ist, bestimmt der Mikrocomputer 8, dass der A/D-Wandlungsbetrieb beendet ist (A2: Ja), und schreitet zu A3. Die A/D-Wandlungsergebnisse der A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 werden in Registern RADC1, RADC2 und RADC3 in dem Mikrocomputer 8 gespeichert.
In A3 lädt der Mikrocomputer 8 digitale Signale, die von den A/D-Wandlungsschaltungen 15 und 16 umgewandelt wurden, aus den Registern RADC1 und RADC2 als Kurbelwinkelsignale Vx und Vy von dem Kurbelwinkelsensor 7. In A4 lädt der Mikrocomputer 8 ein digitales Signal, das von der dritten A/D-Wandlungsschaltung 17 umgewandelt wurde, aus dem Register RADC3 als Zylinderdrucksignal Vpcyl.
In A5 führt der Mikrocomputer 8 einen digitalen Filterbetrieb (DF-Betrieb) für die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy aus, um Kurbelwinkelsignale Vx_f, Vy_f nach dem DF-Betrieb zu erhalten. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Kurbelwinkelsignale Vx_f, Vy_f nach dem DF-Betrieb Kurbelwinkelsignale, die durch Ausführen des DF-Betriebs erhalten wurden. In A6 führt der Mikrocomputer 8 den DF-Betrieb für das Zylinderdrucksignal Vpcyl aus, um ein Zylinderdrucksignal Vpcyl_f nach dem DF-Betrieb zu erhalten. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Zylinderdrucksignal Vpcyl_f nach dem DF-Betrieb das Zylinderdrucksignal, das durch Ausführen des DF-Betriebs erhalten wird. In dem DF-Betrieb kann der Mikrocomputer 8 einen Arithmetikbetrieb verwenden, bei dem ein Filter mit unendlicher Impulsantwort zweiter Ordnung (IIR-Filter zweiter Ordnung) als Modell verwendet wird.
In diesem Fall berechnet der Mikrocomputer 8 einen Ausgangswert O(i) nach dem DF-Betrieb anhand der Formel (4) entsprechend einem Eingangswert I(i), der ein i-ter Eingangswert vor dem DF-Betrieb ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der i-te Eingangswert vor dem DF-Betrieb ein i-ter Eingangswert, der von dem DF-Betrieb (noch) nicht verarbeitet wurde. $O (i) = a 0 \times I (i) + a 1 \times I (i - 1) + a 2 \times I (i - 2) - b 0 \times O (i - 1) - b 1 \times O (i - 2)$
In der Formel (4) sind an und bn Filterkoeffizienten, und n ist eine ganze Zahl, die gleich oder größer als 0 ist. Außerdem ist der Eingangswert I(i) ein derzeitiger Wert des Eingangswertes, der Eingangswert I(i-1) ist der Eingangswert, der den vorherigen Wert des Eingangswerts I(i) angibt, und der Eingangswert I(i-2) ist der Eingangswert, der den vorherigen Wert des Eingangswerts I(i-1) angibt. Außerdem ist der Ausgangswert O(i) ein derzeitiger Wert des Ausgangswertes, der Ausgangswert O(i-1) ist der Ausgangswert, der den vorherigen Wert des Ausgangswerts O(i) angibt, und der Ausgangswert O(i-2) ist der Ausgangswert, der den vorherigen Wert des Ausgangswerts O(i-1).
In A7 führt der Mikrocomputer 8 einen Rechenbetrieb zur Berechnung des Kurbelwinkels θ aus. In dem Rechenbetrieb zur Berechnung des Kurbelwinkels θ berechnet der Mikrocomputer 8 den Kurbelwinkel θ durch Einsetzen der Kurbelwinkelsignale Vx_f, Vy_f, die durch den DF-Betrieb für die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy erhalten werden, in die Formel (3). Der Kurbelwinkel θ wird in einem Fall berechnet, in dem ein oberer Totpunkt (OT) als eine Bezugsposition verwendet wird, die Null Grad entspricht.
In A8 führt der Mikrocomputer 8 einen Rechenbetrieb zur Berechnung des Zylinderdruckes P_cyl aus. In dem Rechenbetrieb zur Berechnung des Zylinderdruckes P_cyl wandelt der Mikrocomputer 8 das Zylinderdrucksignal Vpcyl_f, das durch den DF-Betrieb für den Zylinderdruck P_cyl erhalten wurde, der ein physikalischer Wert ist, anhand der folgenden Formel (5) um. $P_cyl = A \times Vpcyl_f + Po$
In der Formel (5) gibt A eine Verstärkung an und Po gibt einen Offset an.
Gemäß der obigen Beschreibung kann der Mikrocomputer 8 einen Wert des Kurbelwinkels θ und einen Wert des Zylinderdruckes P_cyl berechnen.
Im Folgenden wird mit Bezug auf 5 ein Verbrennungszustandserfassungs- und Korrekturwertberechnungsbetrieb, der von dem Mikrocomputer 8 ausgeführt wird, beschrieben. Der Verbrennungszustandserfassungs- und Korrekturwertberechnungsbetrieb ist ein Arithmetikbetrieb, der von dem Mikrocomputer 8 auf der Grundlage des Rechenergebnisses des Wertes des Kurbelwinkels θ und des Wertes des Zylinderdruckes P_cyl ausgeführt wird.
In B1 führt der Mikrocomputer 8 einen Wärmefreisetzungsratenberechnungsbetrieb durch. In dem Wärmefreisetzungsratenberechnungsbetrieb berechnet der Mikrocomputer 8 eine Wärmefreisetzungsrate dQ(θ) entsprechend dem Kurbelwinkel θ anhand der Formel (6). $dQ (θ) = 1 / (κ - 1) \times [κ \times P (θ) \times dV (θ) + V (θ) \times dP (θ)]$
In der Formel (6) wird dV(θ) auf der Grundlage der Gleichung dV(θ) = V(θ_i) - V(θ_i-1) erhalten und dP(θ) wird auf der Grundlage der Gleichung dP(θ) = P(θ_i) - P(θ_i-1) erhalten. Außerdem gibt κ einen Wert eines Verhältnisses einer spezifischen Wärme in einem Gas in dem Zylinder an, P(θ) gibt den Zylinderdruck an und V(θ) gibt das Zylindervolumen an. In diesem Fall ist das Verhältnis der spezifischen Wärme ein Verhältnis einer spezifischen Wärme konstanten Druckes cp zu einer spezifischen Wärme konstanten Volumens cv.
In B2 führt der Mikrocomputer 8 einen Wärmefreisetzungsgrößenberechnungsbetrieb aus. In dem Wärmefreisetzungsgrößenberechnungsbetrieb berechnet der Mikrocomputer 8 eine Integrationsgröße durch Integrieren der Wärmefreisetzungsrate dQ, die in B1 berechnet wurde, von einem Zeitpunkt, zu dem eine Verbrennung startet, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem die Verbrennung endet. Die Integrationsgröße kann eine Größe sein, die durch Integrieren der Wärmefreisetzungsrate dQ von einem Zeitpunkt, der bei 90 Grad CA vor OT liegt, bis zu einem Zeitpunkt, der 90 Grad CA nach OT liegt, erhalten wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Integrationsgröße eine Wärmefreisetzungsgröße bzw. -menge.
In B3 führt der Mikrocomputer 8 einen Verbrennungsschwerpunktspositionsberechnungsbetrieb durch. In dem Verbrennungsschwerpunktspositionsberechnungsbetrieb berechnet der Mikrocomputer 8 den Kurbelwinkel des Zeitpunkts, zu dem ein vorbestimmtes Verhältnis erreicht wird, als eine Verbrennungsschwerpunktsposition.
In B4 führt der Mikrocomputer 8 einen Korrekturwertberechnungsbetrieb durch. In dem Korrekturwertberechnungsbetrieb stellt der Mikrocomputer 8 eine Sollverbrennungsschwerpunktsposition auf eine Position ein, bei der eine Verbrennungsenergie am bemerkenswertesten in eine kinetische Energie umgewandelt werden kann, und berechnet einen Korrekturwert eines Einspritzzeitpunktes durch Subtrahieren der Verbrennungsschwerpunktsposition von der Sollverbrennungsschwerpunktsposition. Die Sollverbrennungsschwerpunktsposition kann auf eine Position eingestellt werden, die 15 Grad CA nach OT liegt.
Wenn die obigen Arithmetikbetriebe beendet sind, beendet der Mikrocomputer 8 das Programm.
Im Folgenden werden mit Bezug auf die 6 bis 10 eine Differenz zwischen dem Wert des Kurbelwinkels θ vor dem DF-Betrieb des Tiefpassfilterabschnitts und des Kurbelwinkels θ nach dem DF-Betrieb eines Tiefpassfilters und eine Differenz zwischen dem Wert des Zylinderdrucksignals Vp_cyl vor dem DF-Betrieb des Tiefpassfilters und dem Wert des Zylinderdrucksignals Vp_cyl_f nach dem DF-Betrieb des Tiefpassfilterabschnitts beschrieben. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Kurbelwinkel θ vor dem DF-Betrieb der Kurbelwinkel θ, der durch den DF-Betrieb nicht verarbeitet wurde, der Kurbelwinkel θ nach dem DF-Betrieb ist der Kurbelwinkel θ, der durch Ausführen des DF-Betriebs erhalten wurde, das Zylinderdrucksignal Vp_cyl vor dem DF-Betrieb ist das Zylinderdrucksignal, das durch den DF-Betrieb nicht verarbeitet wurde, und das Zylinderdrucksignal Vp_cyl_f nach dem DF-Betrieb ist das Zylinderdrucksignal, das durch Ausführen des DF-Betriebs erhalten wurde.
Das Zylinderdrucksignal Vp_cyl enthält Hochfrequenzrauschen. Das Hochfrequenzrauschen führt zu einem Fehler in dem Wärmefreisetzungsratenberechnungsbetrieb, der einen differentiellen Wert verwendet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt der Mikrocomputer 8 in A6 den DF-Betrieb in dem Tiefpassfilterabschnitt (LPF-Abschnitt) aus, um das Hochfrequenzrauschen zu entfernen. Außerdem führt der Mikrocomputer 8 in A5 den DF-Betrieb für die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy wie den DF-Betrieb, der in dem Tiefpassfilterabschnitt ausgeführt wird, aus. Die obigen DF-Betriebe sind Betriebe, die äquivalent zu demselben Tiefpassfilterabschnitt sind.
Wie es in 6 gezeigt ist, weist das Signal des Zylinderdrucksignals Vp_cyl_f eine Wellenform auf, die den Wert des Zylinderdrucksignals Vp_cyl_f nach dem DF-Betrieb durch eine durchgezogene Linie angibt, die gegenüber einer Wellenform verzögert ist, die den Wert des Zylinderdrucksignals Vp_cyl vor dem DF-Betrieb mittels einer gestrichelten Linie angibt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Zylinderdrucksignal Vp_cyl eine Spannung, und das Zylinderdrucksignal Vp_cyl_f ist ebenfalls eine Spannung. In diesem Fall wird ein IIR-Filter zweiter Ordnung, das ein Butterworth-Filter ist und eine Grenzfrequenz von 1 kHz aufweist, als Tiefpassfilter zur Simulation verwendet. Da eine Phasenverzögerung durch den DF-Betrieb des LPF erzeugt wird, sind die Signale nach dem DF-Betrieb um etwa 0,22 ms in Bezug auf das Signal vor dem DF-Betrieb verzögert.
Wie es in den 7 und 8 gezeigt ist, ist auf ähnliche Weise der Kurbelwinkel θ für dieselbe Zeitperiode verzögert. Insbesondere sind durchgezogene Linien, die die Werte der Kurbelwinkelsignale Vx, Vy nach dem DF-Betrieb angeben, für dieselbe Zeitperiode in Bezug auf die gestrichelten Linien verzögert, die jeweils die Werte der Kurbelwinkelsignale Vx, Vy vor dem DF-Betrieb angeben. Somit ist, wie es in 9 gezeigt ist, eine durchgezogene Linie, die den Wert des Kurbelwinkels θ, der durch die Formel (3) nach dem DF-Betrieb berechnet wird, angibt, gegenüber einer gestrichelten Linie des Kurbelwinkels θ, der anhand der Formel (3) vor dem DF-Betrieb berechnet wird, verschoben.
Gemäß der obigen Beschreibung kann, da eine Beziehung zwischen dem Wert des Zylinderdruckes P_cyl entsprechend dem Kurbelwinkel θ und einem Ergebnis, das für dieselbe Zeitperiode durch denselben DF-Betrieb verzögert wird, erhalten wird, ein Rechenergebnis, das sich im Wesentlichen mit einem wahren Wert überdeckt, als durchgezogene Linie, die in 10 gezeigt ist, erhalten werden. Der wahre Wert ist der Wert des Zylinderdruckes P_cyl entsprechend dem Kurbelwinkel θ, wenn kein DF-Betrieb ausgeführt wird, und wird durch eine gestrichelte Linie in 10 angegeben. Wie es in 10 gezeigt ist, überdeckt sich der wahre Wert im Wesentlichen mit dem Wert, der durch die durchgezogene Linie angegeben ist, die das Ergebnis gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, derart, dass die gestrichelte Linie, die den wahren Wert angibt, kaum zu sehen ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Wert, der durch die durchgezogene Linie angegeben wird, ein derzeitiger Wert, der durch Auftragen (Plotten) des Zylinderdruckes nach dem DF-Betrieb auf der Grundlage des Kurbelwinkels nach dem DF-Betrieb mit (bei) demselben Zeitstempel erhalten wird, und der wahre Wert wird durch Auftragen (Plotten) des Zylinderdruckes vor dem DF-Betrieb auf der Grundlage des Wertes des Kurbelwinkels vor dem DF-Betrieb mit (bei) demselben Zeitstempel erhalten.
Da im Gegensatz dazu gemäß einem herkömmlichen Beispiel ein Ergebnis, bei dem nur der Zylinderdruck P_cyl durch den DF-Betrieb des Tiefpassfilters verarbeitet wird, verwendet wird, ist der Zylinderdruck P_cyl gegenüber dem Kurbelwinkel θ in einer positiven Richtung (Strich-Punkt-Linie) in 10 verschoben. In diesem Fall gibt die positive Richtung eine Richtung an, bei der die Kurve des Zylinderdrucks P_cyl in Richtung eines positiven Wertes des Kurbelwinkels θ verschoben ist. Somit kann das Ergebnis nicht direkt verwendet werden, und es wird ein Arithmetikbetrieb, der den Zylinderdruck P_cyl verschiebt, benötigt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Ergebnis gemäß dem herkömmlichen Beispiel ein herkömmlicher Wert, der durch Auftragen (Plotten) des Zylinderdruckes nach dem DF-Betrieb auf der Grundlage des Kurbelwinkels vor dem DF-Betrieb mit (bei) demselben Zeitstempel erhalten wird.
Die vorliegende Ausführungsform kann die folgenden Wirkungen erzielen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Sensor, der einen Winkel entsprechend der Drehposition der Kurbelwelle 6 kontinuierlich erfassen kann, als Kurbelwinkelsensor 7 verwendet. Somit können das Signal des CPS 5a und die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy des Kurbelwinkels θ, die ein beliebiger Wert sein können, gleichzeitig erhalten werden. Da sich die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy kontinuierlich entsprechend dem Kurbelwinkel θ ändern, wird kein Flankenerfassungsbetrieb benötigt. Da die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy als Erfassungssignale, aus denen Signale hoher Frequenz ausgeschlossen sind, erhalten werden können, ist es nicht notwendig, eine A/D-Abtastung mit hoher Rate auszuführen, und der Signalbetrieb kann noch einfacher und zuverlässiger ausgeführt werden.
In dem Mikrocomputer 8 werden die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy und das CPS-Signal gleichzeitig durch einen A/D-Wandlungsbetrieb unter Verwendung der drei A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 verarbeitet. Dann werden die Signale, die von den A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 A/D-gewandelt wurden, durch den DF-Betrieb in einem gemeinsamen Tiefpassfilterabschnitt verarbeitet. Somit können der Zylinderdruck und der Kurbelwinkel gleichzeitig verwendet werden. Außerdem kann Rauschen des Zylinderdruckes durch den DF-Betrieb des Tiefpassfilterabschnitts verringert werden, ohne eine Zeitverzögerung zwischen dem Zylinderdrucksignal und dem entsprechenden Kurbelwinkelsignal zu erzeugen.
Da der DF-Betrieb desselben Tiefpassfilterabschnitts für die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy ausgeführt wird, werden Variationen der Kurbelwinkelsignale Vx, Vy ebenfalls entsprechend Variationen von Verstärkungen der Kurbelwinkelsignale Vx, Vy erzeugt. Gemäß der Formel (3) ist die Sensorspannung Vs, die in den Kurbelwinkelsignalen Vx, Vy enthalten ist, eliminiert. Somit wird die Phase in dem DF-Betrieb verzögert oder die Zeit wird verzögert, und ein Erfassungswert des Kurbelwinkels θ wird nicht beeinflusst.
Da eine Zeitverzögerung des Zylinderdruckes P_cyl in Bezug auf den Kurbelwinkel θ geeignet beseitigt wird, können Fehler in der Wärmefreisetzungsrate, der Wärmefreisetzungsgröße und der Verbrennungsschwerpunktsposition, die unter Verwendung des Wertes des Zylinderdruckes P_cyl berechnet werden, verringert werden, und es kann eine Verschlechterung der Genauigkeit der Verbrennungssteuerung beachtlich verringert werden, ohne einen Betrieb einer Korrektur auszuführen.
(Zweite Ausführungsform)
Mit Bezug auf die 11 bis 13 werden die sich von der ersten Ausführungsform unterscheidenden Teile gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind in dem Mikrocomputer 20 nur eine einzige A/D-Wandlungsschaltung 22 und eine Auswahlschaltung 21 vorhanden, die die A/D-Wandlungsschaltungen 15 bis 17 und die Auswahlschaltung 18 gemäß der ersten Ausführungsform ersetzen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist der Mikrocomputer 20 Funktionen als Erfassungsschaltung, Tiefpassfilterabschnitt und Verarbeitungsabschnitt auf.
In der obigen Konfiguration führt die A/D-Wandlungsschaltung 22, die als A/D-Wandlungsabschnitt verwendet wird, die A/D-Wandlung für drei Signale auf zeitgeteilte Weise aus. Somit werden die drei Signale in der Auswahlschaltung 21 aufeinanderfolgend geschaltet bzw. ausgewählt und an die A/D-Wandlungsschaltung 22 zur A/D-Wandlung ausgegeben.
In 13 geben durchgezogene Linien L1, L2, L4 zeitliche Verläufe der Kurbelwinkelsignale Vx, Vy und des CPS-Signal Vpcyl an. Außerdem bilden die Zeitpunkte t1, t2 und t3 zwei Zeitintervalle von 1 µs, um eine zeitliche Ausdehnung der Wellenform anzugeben. Außerdem geben die gestrichelten Linien L3, L5 Signale an, die Vy_p und Vpcyl_p nach der Verarbeitung eines Phasenkorrekturbetriebs enthalten.
Die Auswahlschaltung 21 gibt das Kurbelwinkelsignal Vx, das von dem Kurbelwinkelsensor 7 durch die Eingangsschaltung 9 empfangen wird, an die A/D-Wandlungsschaltung 22 zu dem Zeitpunkt t1 entsprechend einer Anweisung von der CPU 11 aus. Das Kurbelwinkelsignal Vx wird durch die durchgezogene Linie L1 angegeben und wird zu dem Zeitpunkt t1 zu einem Wert, der mit einer schwarz ausgefüllten Kreismarkierung gezeigt ist.
Dann wechselt bzw. schaltet die Auswahlschaltung 21 ein Auswahlsignal auf das Kurbelwinkelsignal Vy und gibt das Auswahlsignal an die A/D-Wandlungsschaltung 22 zu dem Zeitpunkt t2 aus, der ein Zeitpunkt ist, bei dem eine spezifizierte Zeitdauer, die das Zeitintervall von 1 µs ist, seit dem Zeitpunkt t1 verstrichen ist.
Da die A/D-Wandlungsschaltung 22 die A/D-Wandlung ausführt, wenn sie das Auswahlsignal empfängt, wird das Kurbelwinkelsignal Vy, das durch die durchgezogene Linie L2 angegeben wird, zu dem Zeitpunkt t2 als ein Wert erhalten, der bei einer Position einer schwarz ausgefüllten dreieckigen Markierung gezeigt ist, bei der das Zeitintervall von 1 µs seit dem Zeitpunkt t1 verstrichen ist.
Dann wechselt bzw. schaltet die Auswahlschaltung 21 das Auswahlsignal auf eines der Ausgangssignale der CPS 5a bis 5d entsprechend einer Anweisung von der CPU 11 und gibt das Auswahlsignal an die A/D-Wandlungsschaltung 22 zu dem Zeitpunkt t3 aus, der ein Zeitpunkt ist, bei dem eine spezifizierte Zeitdauer, die das Zeitintervall von 1 µs ist, seit dem Zeitpunkt t2 verstrichen ist. Da die A/D-Wandlungsschaltung 22 die A/D-Wandlung ausführt, wenn sie das Auswahlsignal empfängt, wird das Zylinderdrucksignal Vpcyl, das durch die durchgezogene Linie L4 angegeben wird, zu dem Zeitpunkt t3 als ein Wert erhalten, der an einer Position einer schwarz ausgefüllten dreieckigen Markierung gezeigt ist, bei der ein Zeitintervall von 2 µs seit dem Zeitpunkt t1 verstrichen ist.
Der Mikrocomputer 20 führt den Phasenkorrekturbetrieb aus, um die Signale, die zu den Zeitpunkten t1, t2 und t3 erhalten werden, zu korrigieren, um die Signale als Signale zu erhalten, die gleichzeitig erfasst werden. Somit können der Kurbelwinkel θ und der Zylinderdruck P_cyl wie in der ersten Ausführungsform berechnet werden.
12 ist ein Flussdiagramm, das den Signalbetrieb zeigt, der von dem Mikrocomputer 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird.
In C1 setzt der Mikrocomputer 20 ein ADC-Ausführungsflag hinsichtlich der A/D-Wandlungsschaltung 22. Das ADC-Ausführungsflag ist ein Register, das angibt, dass der A/D-Wandlungsbetrieb aufeinanderfolgend in ADCch1 bis ADCch3 in einem Fall ausgeführt wird, in dem der Mikrocomputer 20 das ADC-Ausführungsflag setzt, und das ADC-Ausführungsflag in einem Fall zurückgesetzt wird, in dem der A/D-Wandlungsbetrieb in ADCch1 bis ADCch3 beendet ist. Nach dem Setzen des ADC-Ausführungsflags führt der Mikrocomputer 20 den A/D-Wandlungsbetrieb in der A/D-Wandlungsschaltung 22 mit einer spezifizierten Zeitperiode wie beispielsweise 1 µs ab einem Zeitpunkt des A/D-Wandlungsbetriebs in ADCch1 aus und speichert dann die Werte nach der A/D-Wandlungsbetriebsverarbeitung in einem jeweiligen ADCch1-Register, ADCch2-Register und ADCch3-Register.
In C2 bestimmt der Mikrocomputer 20, ob die A/D-Wandlung beendet ist. Mit anderen Worten, der Mikrocomputer 20 wartet in C2, bis der A/D-Wandlungsbetrieb beendet ist. Wenn das ADC-Ausführungsflag zurückgesetzt ist, bestimmt der Mikrocomputer 20, dass die ADC-Ausführung beendet ist und schreitet zu C3. In C3 lädt der Mikrocomputer 20 Signale, die in der A/D-Wandlungsschaltung 22 in digitale Signale umgewandelt wurden, aus dem ADCch1-Register und dem ADCch2-Register als Kurbelwinkelsignale Vx, Vy des Kurbelwinkelsensors 7.
In C4 erhält der Mikrocomputer 20 ein Korrekturkurbelwinkelsignal Vy_p aus dem ADCch2-Register durch Ausführen des Phasenkorrekturbetriebs zu einem Zeitpunkt, bei dem 1 µs seit dem Zeitpunkt des A/D-Wandlungsbetriebs in ADCch1 verstrichen ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Phasenkorrekturbetrieb mittels eines Allpassfilters erster Ordnung erzielt werden.
Somit wird das Kurbelwinkelsignal Vy nach der A/D-Wandlung, das einen Wert an einer Position der schwarz ausgefüllten dreieckigen Markierung aufweist, als Korrekturkurbelwinkelsignal Vy_p in einen Wert an einer Position einer schwarz ausgefüllten kreisförmigen Markierung auf der gestrichelten Linie L3 korrigiert. In diesem Fall gibt die gestrichelte Linie L3 eine Wellenform an, die um 1 µs in Bezug auf eine Wellenform verzögert ist, die durch die durchgezogene Linie L2 des Kurbelwinkelsignals Vy angegeben ist. Als Ergebnis wird das Korrekturkurbelwinkelsignal Vy_p erhalten, das zu dem Zeitpunkt t1 gleich einem Wert an einer Position einer nicht ausgefüllten kreisförmigen Markierung auf der durchgezogenen Linie L2 ist.
Der obige Arithmetikbetrieb, der von dem Mikrocomputer 20 ausgeführt wird, ist ein Filterbetrieb, bei dem der Ausgangswert O(i) auf der Grundlage des i-ten Eingangswertes I(i) unter Verwendung der folgenden Formel (7) erhalten wird. In der Formel (7) ist A ein Filterkoeffizient und ändert nur eine Phase. $O (i) = - A \times I (i) + I (i - 1) + A \times O (i - 1)$
In C5 lädt der Mikrocomputer 20 ein Signal, das von der A/D-Wandlungsschaltung 22 in ein digitales Signal umgewandelt wurde, aus dem ADCch3-Register als Zylinderdrucksignal Vpcyl. In C6 erhält der Mikrocomputer 20 Vpcyl_p von dem ADCch3-Register durch Ausführen des Phasenkorrekturbetriebs zu einem Zeitpunkt, der 2 µs nach dem Zeitpunkt des A/D-Wandlungsbetriebs in ADCch1 liegt. In diesem Fall ist der Phasenkorrekturabschnitt derselbe wie in C4.
Somit wird das Zylinderdrucksignal Vpcyl nach der A/D-Wandlung, das den Wert an der Position der schwarz ausgefüllten dreieckigen Markierung aufweist, als Korrekturzylinderdrucksignal Vpcyl_p in einen Wert an einer Position an einer schwarz ausgefüllten kreisförmigen Markierung auf der gestrichelten Linie L5 korrigiert. In diesem Fall gibt die gestrichelte Linie L5 eine Wellenform an, die um 2 µs in Bezug auf eine Wellenform verzögert ist, die durch die durchgezogene Linie L4 des Zylinderdrucksignals Vpcyl angegeben wird. Als Ergebnis wird das Korrekturzylinderdrucksignal Vpcyl_p erhalten, das zu dem Zeitpunkt t1 gleich einem Wert an einer Position einer nicht ausgefüllten kreisförmigen Markierung auf der durchgezogenen Linie L4 ist.
In C7 führt der Mikrocomputer 20 den DF-Betrieb für das Kurbelwinkelsignal Vx und das Korrekturkurbelwinkelsignal Vy_p aus. Dann erhält der Mikrocomputer 20 die Kurbelwinkelsignale Vx_f, Vy_f nach dem DF-Betrieb. In C8 führt der Mikrocomputer 20 den DF-Betrieb für das Korrekturzylinderdrucksignal Vpcyl_p aus und erhält dann das Zylinderdrucksignal Vcyl_f nach dem DF-Betrieb.
In C9 führt der Mikrocomputer 20 den Rechenbetrieb zur Berechnung des Kurbelwinkels θ aus. In dem Rechenbetrieb berechnet der Mikrocomputer 20 den Kurbelwinkel θ durch Einsetzen der Kurbelwinkelsignale Vx_f, Vy_f nach dem DF-Betrieb für die Kurbelwinkelsignale Vx, Vy in der Formel (3). Außerdem wird der Kurbelwinkel θ in einem Fall berechnet, in dem der obere Totpunkt (OT) als Bezugsposition verwendet wird, die bei null Grad liegt.
In C10 führt der Mikrocomputer 20 den Rechenbetrieb zur Berechnung des Zylinderdruckes P_cyl aus. In dem Rechenbetrieb zur Berechnung des Zylinderdruckes P_cyl wandelt der Mikrocomputer 20 das Zylinderdrucksignal Vpcyl_f nach dem DF-Betrieb in den Zylinderdruck P_cyl, der ein physikalischer Wert ist, anhand der Formel (5) um.
Gemäß der obigen Beschreibung kann der Mikrocomputer 20 den Wert des Kurbelwinkels θ und den Wert des Zylinderdruckes P_cyl berechnen.
Gemäß der zweiten Ausführungsform können dieselben Wirkungen wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Eine Zeitverzögerung, die durch Ausführen des A/D-Wandlungsbetriebs in einer A/D-Wandlungsschaltung 22 in zeitgeteilter Weise erzeugt wird, kann durch Ausführen des Phasenkorrekturbetriebs nach dem A/D-Wandlungsbetrieb beseitigt bzw. aufgehoben werden. Als Ergebnis werden die Kurbelwinkelsignale Vx_f, Vy_f und das Zylinderdrucksignal Vpcyl_f als Signale erhalten, die gleichzeitig erhalten werden. Da dieselben Wirkungen unter Verwendung nur einer A/D-Wandlungsschaltung 22 erzielt werden können, wird die Zusatzwirkung, dass die Kosten der Konfiguration der zweiten Ausführungsform niedriger als die Kosten der Konfiguration der ersten Ausführungsform sind, erzielt.
Gemäß der zweiten Ausführungsform führt der Mikrocomputer 20, der als Verarbeitungsabschnitt verwendet wird, den Phasenkorrekturbetrieb der Signale unterschiedlicher Zeitpunkte t1 bis t3 nach der A/D-Wandlung aus, um die Signale gleichzeitig zu erfassen. Die Auswahlschaltung 21 kann jedoch als Verarbeitungsabschnitt verwendet werden. In diesem Fall kann die Auswahlschaltung 21 eine Hardware enthalten, die die Signale, die durch die A/D-Wandlung in zeitgeteilter Weise erhalten werden, verzögert, um die Signale gleichzeitig zu erfassen.
Wenn es notwendig ist, dass Änderungsfrequenzen des Kurbelwinkelsignals und des CPS-Signals in Bezug auf ein Zeitintervall des A/D-Wandlungsbetriebs in der A/D-Wandlungsschaltung 2 niedrig sind und die Genauigkeit nicht beeinflusst wird, kann der Phasenkorrekturbetrieb, der von dem Mikrocomputer 20 ausgeführt wird, oder ein Verzögerungsbetrieb, der von der Hardware der Auswahlschaltung 21 durchgeführt wird, weggelassen werden.
(Andere Ausführungsform)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und kann für verschiedene Ausführungsformen innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise wie folgt modifiziert werden.
Gemäß den obigen Ausführungsformen wird der CPS 5a als Beispiel aus den CPS 5a bis 5d ausgewählt. Es können jedoch mehrere Zylinderdrucksignale gleichzeitig verwendet werden. Es kann beispielsweise eine A/D-Wandlungsschaltung zu der ersten Ausführungsform hinzugefügt werden, um die Zylinderdrucksignale gleichzeitig zu erfassen. Alternativ kann ADCch zu der zweiten Ausführungsform entsprechend der Gesamtanzahl der Zylinderdrucksignale hinzugefügt werden, um die Zylinderdrucksignale durch einmaliges Ausführen der A/D-Wandlung zu erfassen.
Gemäß der obigen Ausführungsform verwendet der Kurbelwinkelsensor 7 ein GMR-Element. Ein Sensor, der ein Hall-Element verwendet, oder ein Sensor, der ein Signal ausgibt, das sich kontinuierlich entsprechend einer Drehung der Kurbelwelle ändert, kann jedoch als Kurbelwinkelsensor 7 verwendet werden.

Claims

Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine (1), wobei die Steuereinheit aufweist: einen Kurbelwinkelsensor (7), der ausgebildet ist, zwei Kurbelwinkelsignale (Vx, Vy) auszugeben, die sich kontinuierlich als Reaktion auf eine Drehung einer Kurbelwelle (6) der Brennkraftmaschine (1) ändern; mindestens einen Zylinderdrucksensor (5a, 5b, 5c, 5d), der ausgebildet ist, einen Druck in einem Zylinder der Brennkraftmaschine (1) zu erfassen und ein Zylinderdrucksignal (CPS1 - CPS4), das ein Signal ist, das den Druck angibt, auszugeben; einen Tiefpassfilterabschnitt (20); und eine Erfassungsschaltung (20), die ausgebildet ist, die Kurbelwinkelsignale (Vx, Vy) des Kurbelwinkelsensors (7) und das Zylinderdrucksignal (CPS1 - CPS4) des Zylinderdrucksensors (5a, 5b, 5c, 5d) zu empfangen, wobei die Erfassungsschaltung (20) ausgebildet ist, einen Zylinderdruck entsprechend einem Kurbelwinkel auf der Grundlage von Signalen, die durch Ausführen eines Betriebs für die Kurbelwinkelsignale (Vx, Vy) und das Zylinderdrucksignal (CPS1 - CPS4) in dem Tiefpassfilterabschnitt (20) erhalten werden, zu erfassen, wobei die Erfassungsschaltung (20) einen A/D-Wandlungsabschnitt (22) enthält, der an einem Eingangsabschnitt der Erfassungsschaltung (20) angeordnet ist und ausgebildet ist, aufeinanderfolgend die Kurbelwinkelsignale (Vx, Vy) und das Zylinderdrucksignal (CPS1 - CPS4) in einem vorbestimmten Zeitintervall zu empfangen und dann in digitale Signale umzuwandeln, und der Tiefpassfilterabschnitt (20) ausgebildet ist, einen digitalen Filterbetrieb für die digitalen Signale, die von dem A/D-Wandlungsabschnitt (22) ausgegeben werden, auszuführen.
Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine (1), wobei die Steuereinheit aufweist: einen Kurbelwinkelsensor (7), der ausgebildet ist, zwei Kurbelwinkelsignale (Vx, Vy) auszugeben, die sich kontinuierlich als Reaktion auf eine Drehung einer Kurbelwelle (6) der Brennkraftmaschine (1) ändern; mindestens einen Zylinderdrucksensor (5a, 5b, 5c, 5d), der ausgebildet ist, einen Druck in einem Zylinder der Brennkraftmaschine (1) zu erfassen und ein Zylinderdrucksignal (CPS1 - CPS4), das ein Signal ist, das den Druck angibt, auszugeben; einen Tiefpassfilterabschnitt (8); und eine Erfassungsschaltung (8), die ausgebildet ist, die Kurbelwinkelsignale (Vx, Vy) des Kurbelwinkelsensors (7) und das Zylinderdrucksignal (CPS1 - CPS4) des Zylinderdrucksensors (5a, 5b, 5c, 5d) zu empfangen, wobei die Erfassungsschaltung (8) ausgebildet ist, einen Zylinderdruck entsprechend einem Kurbelwinkel auf der Grundlage von Signalen, die durch Ausführen eines Betriebs für die Kurbelwinkelsignale (Vx, Vy) und das Zylinderdrucksignal (CPS1 - CPS4) in dem Tiefpassfilterabschnitt (8) erhalten werden, zu erfassen, wobei die Erfassungsschaltung (8) drei A/D-Wandlungsabschnitte (15, 16, 17) enthält, die ein erster A/D-Wandlungsabschnitt (15), ein zweiter A/D-Wandlungsabschnitt (16) und ein dritter A/D-Wandlungsabschnitt (17) sind, wobei die A/D-Wandlungsabschnitte (15, 16, 17) an einem Eingangsabschnitt der Erfassungsschaltung (8) angeordnet sind und ausgebildet sind, gleichzeitig die Kurbelwinkelsignale (Vx, Vy) des Kurbelwinkelsensors (7) und das Zylinderdrucksignal (CPS1 - CPS4) des Zylinderdrucksensors (5a, 5b, 5c, 5d) in einem vorbestimmten Zeitintervall zu empfangen und dann in jeweilige digitale Signale umzuwandeln, und der Tiefpassfilterabschnitt (8) ausgebildet ist, einen digitalen Filterbetrieb für die digitalen Signale, die von den A/D-Wandlungsabschnitten (15, 16, 17) ausgegeben werden, auszuführen.
Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 3, die außerdem aufweist: einen Verarbeitungsabschnitt (20), der ausgebildet ist, Zeitverzögerungen der Kurbelwinkelsignale (Vx, Vy) und des Zylinderdrucksignals (CPS1 - CPS4), die aufeinanderfolgend in dem vorbestimmten Zeitintervall empfangen werden, unter Verwendung eines Phasenkorrekturbetriebs oder eines Verzögerungsbetriebs zu korrigieren, um Signale zu erhalten, die gleichzeitig erfasst werden.