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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der elektronischen Steuervorrichtungen,
die einen Hochgeschwindigkeitscomputer enthalten, und insbesondere
eine elektronische Steuervorrichtung mit Einchip-Mikrocomputer,
der an verschiedene Typen von Kraftfahrzeugmotoren angepasst werden
kann, darin einfach zu montieren ist und dennoch kostengünstig hergestellt
werden kann.
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Eine
Steuervorrichtung für
einen Elektromotor ist beispielsweise aus der JP 3-228102-A (
US 5418932 ) bekannt. Diese
herkömmliche
Steuervorrichtung verwendet wahlweise in Abhängigkeit von der Anzahl der
Zylinder und von der Konfiguration der vorhandenen Sensoren, die
von einem Motortyp zum nächsten
unterschiedlich sein können,
einen Mikrocomputer, der für
einen von dieser Steuervorrichtung gesteuerten, besonderen Motor
eine optimale E/A-Konfiguration (die Zeitgeber, Zähler, analoge
E/A-Schnittstellen und dergleichen umfasst) besitzt.
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Die
EP 0 449 305 A2 betrifft
einen Pulsgenerator, der für
eine Kraftstoffeinspritzsteuerung eines Kraftfahrzeugmotors verwendet
werden kann. Diese Anordnung zeigt nur eine Zwischenspeicherschaltung
und keine speziell angepasste Signalverarbeitung für die Motorsteuerung.
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Das
bedeutet, dass herkömmliche
Motorsteuervorrichtungen in Abhängigkeit
vom jeweiligen Motortyp jeweils einen Mikrocomputer erfordern, der
eine andere E/A-Konfiguration aufweist. Da folglich die Steuervorrichtungen
nicht standardisiert werden konnten, konnten sie nur unter hohen
Kosten hergestellt werden.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Einchip-Mikrocomputer
für Steuervorrichtungen
zu schaffen, der für
eine Vielzahl von unterschiedlichen Zylinderanzahlen verwendbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Einchip-Mikrocomputer für
Steuervorrichtungen, wie er in den unabhängigen Ansprüchen definiert
ist. Die abhängigen
Ansprüche
sind auf bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung gerichtet.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält der erfindungsgemäße Einchip-Mikrocomputer
für Steuervorrichtungen
eine CPU für
die Betriebsablaufverarbeitung und für interne Steuerungen; einen ROM,
der ein Programm speichert, mit dem die CPU gesteuert wird; einen
RAM, der von der CPU in der Weise gesteuert wird, dass in ihn Daten
geschrieben und von ihm Daten gelesen werden können; einen freischwingenden
Zähler,
der in konstanten Intervallen hochgezählt wird; Vergleichsregister,
deren Inhalte mit dem Inhalt des freischwingenden Zählers verglichen
werden; Komparatoren, die den Inhalt des freischwingenden Zählers mit
den Inhalten der Vergleichsregister vergleichen und bei einer Übereinstimmung
eine Unterbrechung erzeugen; Zwischenspeicherschaltungen, die von
der CPU gesteuert werden, entweder ein Ein-Signal oder ein Aus-Signal
für jeden
der Ausgangsanschlüsse
speichern und die gespeicherten Signale über jeden der Ausganganschlüsse ausgeben,
wobei die Inhalte der Zwischenspeicherschaltungen bei der Unterbrechung
aktualisiert werden; eine erste Impulserzeugungseinrichtung, die
die Vergleichsregister, die Komparatoren und die Zwischenspeicherschaltungen
enthält;
eine zweite Impulserzeugungseinrichtung, die die Vergleichsregister, die
Komparatoren und die Zwischenspeicherschaltungen enthält. Weiterhin
können
wenigstens drei Gatter, wovon jedes mit der ersten und mit der zweiten
Impulserzeugungseinrichtung verbunden ist und auf der Grundlage
der Signale von den zwei Impulserzeugungseinrichtungen nach außen Impulssignale
ausgibt, vorgesehen sein.
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Die
den erfindungsgemäßen Einchip-Mikrocomputer
enthaltende Steuervorrichtung mit dem obigen Aufbau verwendet ein
Programm, das virtuelle Zeitgeberausgänge schafft, um auf diese Weise
die Anzahl der Zeitgeberausgänge
flexibel zu verändern.
Dadurch ist es möglich,
mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
mit Einchip-Mikrocomputer
Kraftfahrzeugmotoren zu steuern, die vier bis zwölf oder mehr Zylinder besitzen.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim
Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen,
die auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild, das eine Übersicht über den
Hardwareaufbau eines Kraftfahrzeugmotor-Steuersystems gibt, auf
das die vorliegende Erfindung angewendet wird;
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2 ein
Blockschaltbild eines freischwingenden Zählers (erstes Beispiel);
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3 ein
Blockschaltbild einer Ausgangsmuster-Erzeugungsschaltung (erstes
Beispiel);
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4 ein
Blockschaltbild einer Zwischenspeicherschaltung;
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5 ein
Blockschaltbild einer Motorsteuervorrichtung;
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6 ein
Zeitablaufdiagramm für
Signale, die für
die Motorsteuervorrichtung verwendet werden (erstes Beispiel);
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7 ein
Flußdiagramm
zur Erläuterung
der Schritte der Hintergrundverarbeitung;
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8 ein
Flußdiagramm
der 120°-Intervall-Verarbeitung
(erstes Beispiel);
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9 ein
Flußdiagramm
einer 10-ms-Intervall-Verarbeitung;
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10 ein
Flußdiagramm
einer Einzelumdrehungsintervall-Verarbeitung;
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11 ein
Flußdiagramm
einer OCR1-Verarbeitung (erstes Beispiel);
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12 ein
Flußdiagramm
einer OCR2-Verarbeitung (erstes Beispiel);
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13 ein
Flußdiagramm
einer OCR3-Verarbeitung (erstes Beispiel);
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14 ein
genaues Flussdiagramm einer Aktualisierungsverarbeitung für virtuelles
OCR (erstes Beispiel);
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15 eine
Tabelle, die typische Einstellungen der Ausgangszeiten und der Ausgangsmuster
der virtuellen OCRs angibt (erstes Beispiel);
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16 ein
genaues Flussdiagramm einer OCR1-Aktualisierungsverarbeitung (erstes
Beispiel);
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17 ein
genaues Flussdiagramm einer OCR2-Aktualisierungsverarbeitung (erstes
Beispiel);
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18 ein
Blockschaltbild eines freischwingenden Zählers (nur zur Erläuterung);
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19 ein
Blockschaltbild einer Ausgangsmuster-Erzeugungsschaltung (nur zur
Erläuterung);
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20 ein
Zeitablaufdiagramm von Signalen, die für die Motorsteuerung verwendet
werden (nur zur Erläuterung);
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21 ein
Flussdiagramm der 120°-Intervall-Verarbeitung
(nur zur Erläuterung);
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22 ein
Flussdiagramm einer OCR1-Verarbeitung (nur zur Erläuterung);
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23 ein
genaues Flussdiagramm einer Aktualisierungsverarbeitung für virtuelles
OCR (nur zur Erläuterung);
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24 eine
Tabelle, die typische Einstellungen der Ausgangszeiten und der Ausgangsmuster
der virtuellen OCRs angibt (nur zur Erläuterung);
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25 ein
genaues Flussdiagramm einer OCR1-Aktualisierungsverarbeitung (nur
zur Erläuterung);
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26 ein
Blockschaltbild einer Ausgangsmuster-Erzeugungsschaltung (alternatives
Beispiel);
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27 eine
Wahrheitstabelle einer RS-Flipflop-Schaltung;
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28 ein
Blockschaltbild, das eine Übersicht über den
Hardwareaufbau eines Kraftfahrzeugmotor-Steuersystems gibt (alternatives
Beispiel); und
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29 ein
Blockschaltbild eines freischwingenden Zählers (alternatives Beispiel).
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Bei
der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende
Teile, wobei deren wiederholte Beschreibungen gekürzt oder
weggelassen werden.
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Zunächst wird
mit Bezug auf die 1 bis 17 ein
typischer Hardwareaufbau der Motorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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1 ist
ein Blockschaltbild, das eine Übersicht über den
Hardwareaufbau des Kraftfahrzeugmotor-Steuersystems gibt, auf das
die vorliegende Erfindung angewendet wird. Es wird angenommen, dass
der Motor, für
den das Kraftfahrzeugmotor-Steuersystem
verwendet wird, ein Vierzylinder-Viertaktmotor 101 ist. Die
Sensoren des Systems umfassen TVO-Sensoren 104, die die
Drosselklappenöffnung
erfassen, AFM-Sensoren 105, die die Ansaugluftmenge erfassen,
O2-Sensoren 108,
die den Sauerstoffgehalt im Abgas erfassen, REF-Sensoren 103,
die in 180°-Intervallen
des Kurbelwinkels des Motors 101 Impulse erzeugen, sowie POS-Sensoren 102,
die in 2°-Intervallen
des Kurbelwinkels Impulse erzeugen. Die Impulssignale von der REF-Sensoren 103 haben
von einem Zylinder zum nächsten
unterschiedliche Impulsbreiten. Jeder Zylinder kann bei Verwendung
der Impulsbreiten-Daten identifiziert werden.
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Die
Mechanismen für
die Steuerung des Motors 101 enthalten Einspritzeinrichtungen
INJ 106, die in die Zylinder Kraftstoff einspritzen, sowie
Zündeinrichtungen
IGN 107, die das Luft-/Kraftstoffgemisch in den Zylindern
zünden.
Für jeden
Zylinder sind eine Einspritzeinrichtung INJ und eine Zündeinrichtung
IGN vorgesehen; ferner sind Teile vorgesehen, die in jedem Zylinder
die gleiche Funktion besitzen und daher zur Vereinfachung der Darstellung
nur einmal dargestellt sind. Für
die Abgasreinigung ist ein Katalysator 109 vorgesehen. Ein
Einchip-Mikrocomputer 1 für die Steuerung des Motors 101 enthält eine
CPU 2, die die Betriebsablaufverarbeitung ausführt, eine
Analog-/Digital-Umsetzereinrichtung 4,
die analoge Signale in ein digitales Format umsetzt, eine Anschlußeinheit 8,
die digitale Signale eingibt und ausgibt; einen ROM 9,
der ein Steuerprogramm und ein Programm für virtuelles OCR speichert,
um die Zeitgeberausgänge
virtuell zu erweitern; einen RAM 10, der vorübergehend
Daten speichert; einen Zeitgeber 6, der in konstanten Intervallen
Unterbrechungen erzeugt; eine Unterbrechungssteuervorrichtung 3;
einen freischwingenden Zeitgeber 7, der Impulssignale eingibt und
ausgibt; und eine Ausgangsmuster-Erzeugungsschaltung 5,
die in Obereinstimmung mit dem freischwingenden Zeitgeber 7 arbeitet.
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2 ist
ein genaues Blockschaltbild des freischwingenden Zeitgebers 7.
Ein freischwingender Zähler (FRC) 16 im
Zeitgeber 7 wird zur Veranschaulichung in konstanten Intervallen
von ungefähr
3,2 μs auf
der Grundlage eines internen Taktsignals CLK hochgezählt. Ein
Komparator 15 erzeugt ein Zwischenspeichersignal S1 und
ein Unterbrechungssignal INT1, wenn die Daten eines Ausgangsvergleichsregisters 14 (OCR1) gleich
denjenigen des FRC 16 werden. Ebenso erzeugt ein Komparator 17 ein
Zwischenspeichersignal S2 und ein Unterbrechungssignal INT2, wenn
die Daten eines Ausgangsvergleichsregisters 18 (OCR2) gleich
denjenigen des FRC 16 werden. An einer Vorderflanke eines
Impulssignals eines REF-Sensors 103 nimmt ein Eingangsauffangregister
ICR 19 den Wert des FRC 16 auf und erzeugt entsprechend
ein Unterbrechungssignal INT3. Ein Zähler CNT 20 wird bei
jeder Vorderflanke eines Impulssignals von einem POS-Sensor 102 hochgezählt. Ein
Komparator 21 erzeugt ein Unterbrechungssignal INT4, wenn
die Daten eines Ausgangsvergleichsregisters 22 (OCR3) gleich
denjenigen des CNT 20 werden.
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3 ist
ein genaues Blockschaltbild der Ausgangsmuster-Erzeugungsschaltung 5.
Eine Zwischenspeicherschaltung 29 empfängt Daten von einem Datenbus
unter der Zeitablaufsteuerung eines UND-Gatters 31, das
an den beiden folgenden Signalen eine UND-Verknüpfung ausführt: einem Chipwählsignal
CS, das von einem ein Adressensignal decodierenden Decodierer 33 erhalten
wird, und ein Datenstrobe-Signal DS, das anzeigt, daß die Daten
wirksam sind. Ebenso empfängt
eine Zwischenspeicherschaltung 30 Daten vom Datenbus unter
der Zeitablaufsteuerung eines UND-Gatters 32, das zwischen
den zwei folgenden Signalen eine UND-Verknüpfung ausführt: ein Chipwählsignal
CS, das von einem ein Adressensignal decodierenden Decodierer 34 erhalten
wird, und das Datenstrobe-Signal, das anzeigt, daß die Daten
wirksam sind. Eine Zwischenspeicherschal tung 27 empfängt den
Ausgang der Zwischenspeicherschaltung 29 auf der Grundlage
der Zeitablaufsteuerung des Zwischenspeichersignals S1 vom freischwingenden
Zähler 7.
Auf ähnliche
Weise empfängt
eine Zwischenspeicherschaltung 28 den Ausgang der Zwischenspeicherschaltung
auf der Grundlage der Zeitablaufsteuerung des Zwischenspeichersignals
S2 vom freischwingenden Zähler 7.
Es folgt, daß, wenn
die Zwischenspeicherschaltungen 29 und 30 vorgegebene
Ausgangsmuster speichern, die gewünschten Ausgangsmuster automatisch
ausgegeben werden können,
wenn der Wert des FRC 16 gleich demjenigen des Ausgangsvergleichsregisters 14 (OCR1)
bzw. demjenigen des Ausgangsvergleichsregisters 18 (OCR2) wird.
Die UND-Gatter 23, 24, 25 und 26 werden
dazu verwendet, zwischen den Ausgängen der Zwischenspeicherschaltungen 27 und 28 eine
UND-Verknüpfung
auszuführen.
Wenn zur Erläuterung
die Zwischenspeicherschaltungen 27 und 28 dazu
verwendet werden, den Anstieg und den Abfall der Impulssignale zu
bewirken, ist es möglich,
sämtliche
Signalmuster zu erzeugen, die für
Krafstoffeinspritzsignale erforderlich sind.
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4 ist
ein Blockschaltbild einer speziellen Zwischenspeicherschaltung,
die für
die Zwischenspeicherschaltungen 27, 28, 29 und 30 repräsentativ
ist. Diese Zwischenspeicherschaltung enthält D-Flipflop-Schaltungen 35, 36, 37 und 38.
Ein D-Eingang erscheint an einem Ausgang Q, wenn die Vorderflanke
des Taktsignals CK eintrifft. Da in dieser Ausführungsform von einem Vierzylindermotor
ausgegangen wird, sind vier D-Flipflop-Schaltungen vorgesehen. Wenn
der Motor z. B. 12 Zylinder besitzt, sollten vorzugsweise 12 D-Flipflop-Schaltungen
vorgesehen werden, um sämtliche
erforderlichen Kraftstoffeinspritzimpulse auszugeben.
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Die
vorangehende Beschreibung hat sich hauptsächlich mit der Hardware der
Erfindung befaßt.
Im folgenden wird eine Beschreibung der Steuerung des Motors durch
das erfindungsgemäße Verfahren
gegeben.
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5 ist
ein Blockschaltbild einer Motorsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ein mit der Motordrehzahl synchronisiertes Impulssignal wird durch
den REF-Sensor
103 erhalten und zu einem Block
204 geschickt.
Der Block
204 mißt
unter Rückgriff
auf das Impulssignal die Impulsfrequenz, um daraus die Motordrehzahl
Ne zu berechnen. Ein Signal vom Luftmengensensor
105 wird
durch einen Block
201, der die Luftansaugmenge Qa berechnet,
in einen Koeffizienten umgesetzt. Diese Werte werden an einen Block
202 geschickt,
der seinerseits eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge TI unter Verwendung
der folgenden Gleichung berechnet:
wobei K ein Korrekturkoeffizient
ist und Ts eine ungültige
Impulsbreite ist
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Anhand
der Motordrehzahl Ne wird eine Kraftstoffeinspritz-Zeitablaufsteuerung
TITM bestimmt. Die geeignete Kraftstoffeinspritz-Zeitablaufsteuerung
wird insbesondere dadurch erhalten, daß eine Zeitablaufsteuerungstabelle
durchsucht oder eine ähnliche
Maßnahme
ergriffen wird. Wenn die Drosselklappenöffnung um einen bestimmten
Wert größer als
die von einem Block 200 angeforderte Öffnung ist, können Korrekturen wie
etwa eine Erhöhung
der Kraftstoffeinspritzmenge ausgeführt werden. Ein von einem Block 207 erfaßtes Signal
vom O2-Sensor wird für die Prüfung verwendet, ob das theoretische
Luft-/Kraftstoffverhältnis
vorliegt. Wenn diese Daten vorliegen, kann die Kraftstoffeinspritzmenge
TI durch eine Rückkopplungssteuerung
wie etwa eine Proportionalsteuerung oder eine Integralsteuerung
gesteuert werden. Die Basis-Kraftstoff einspritzmenge TI und die
Kraftstoffeinspritz-Zeitablaufsteuerung TITM, die auf diese Weise
erhalten werden, werden von einem Block 203 in Form eines
Einspritzimpulssignals ausgegeben.
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Ein
Zündsignal
wird folgendermaßen
erzeugt: Der Block 201 empfängt die Luftansaugmenge, während der
Block 204 die Motordrehzahl Ne empfängt. Wenn diese Daten vorliegen,
bestimmt ein Block 205 eine Zündsignal-Impulsbreite DWELL
und eine Zündungs-Zeitablaufsteuerung
RDV. Genauer werden diese Einstellungen mittels einer Durchsuchung
einer vorgegebenen Datentabelle erhalten. Die Zündsignal-Impulsbreite DWELL
und die Zündungs-Zeitablaufsteuerung
ADV werden von einem Block 206 in Form eines Zündimpulssignals
ausgegeben.
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6 ist
ein Zeitablaufdiagramm der für
die Motorsteuerung verwendeten Signale. Das Diagramm zeigt von oben
nach unten typische Formen der Signale vom POS-Sensor 102 und
der Signale vom REF-Sensor 103 sowie Werte des freischwingenden
Zählers
FRC und Werte des Zählers
CNT, der bei den Vorderflanken des POS-Sensorsignals hochgezählt wird.
Das Zeitablaufdiagramm zeigt weiterhin von oben nach unten Signalformen
eines Kraftstoffeinspritzsignals INJ#1 vom ersten Zylinder, eines
Kraftstoffeinspritzsignals INJ#2 vom zweiten Zylinder, eines Kraftstoffeinspritzsignals
INJ#3 vom dritten Zylinder, eines Kraftstoffeinspritzsignals INJ#4
des vierten Zylinders sowie des Zündsignals IGN; ferner sind
in dem Zeitablaufdiagramm von 6 Zeitablaufsteuerungs-Wellen
für die
120°-Intervall-Verarbeitung,
für die
OCR1-Verarbeitung, für
die OCR2-Verarbeitung und für
die OCR3-Verarbeitung gezeigt.
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In
einer die 120°-Intervall-Verarbeitung
(a) werden zunächst
die Motordrehzahl Ne, die Basis-Kraftstoffein spritzmenge TI, die
Kraftstoffeinspritz-Zeitablaufsteuerung TITM, die Zündungs-Zeitablaufsteuerung
ADV und die Zündsignal-Impulsbreite
DWELL berechnet. Mit diesen berechneten Einstellungen werden Kraftstoffeinspritzimpuls-Ausgangszeitpunkte
f(1), f(2), f(3) und f(4) sowie die Ausgangsmuster erzeugt, die
diesen Ausgangszeitpunkten entsprechen. Der Ausgangszeitpunkt, an
dem eine erste Anstiegsflanke auftritt, wird im OCR1 gesetzt, ferner
wird das Ausgangsmuster für
die erste Anstiegsflanke in der Zwischenspeicherschaltung 29 gesetzt.
Der Ausgangszeitpunkt, in dem eine erste Abstiegsflanke auftritt,
wird im OCR2 gesetzt, ferner wird das Ausgangsmuster für die erste
Abstiegsflanke in der Zwischenspeicherschaltung 30 gesetzt.
Anschließend wird
ein Anstiegswinkel (c1) das Zündsignals
IGN im OCR3 gesetzt. Wenn der Wert des Zählers CNT gleich (c1) wird,
erhält
das Zündsignal
IGN eine Anstiegsflanke, gleichzeitig wird im OCR3 ein Abstiegswinkel
(c2) gesetzt. Wenn der Wert des Zählers CNT den Wert (c2) erreicht,
erhält
das Zündsignal
IGN durch die Abstiegsflankeneinstellung, die bei Erreichen des
Winkels (c2) erfolgt ist, eine Abstiegsflanke. Währenddessen wird im Zeitpunkt
(f1) automatisch eine Anstiegsflanke des Kraftstoffeinspritzsignals
ausgegeben, wenn der Vergleich ergibt, dass das OCR1 Übereinstimmung
erreicht. In einer OCR1-Verarbeitung (e) wird der Zeitpunkt (f3),
in dem die nächste
Anstiegsflanke auftritt, im OCR1 gesetzt, außerdem wird das Ausgangsmuster
für die
nächste Anstiegsflanke
in der Zwischenspeicherschaltung 29 gesetzt. Eine Abstiegsflanke
des Kraftstoffeinspritzsignals wird automatisch im Zeitpunkt (f2)
ausgegeben, wenn der Vergleich ergibt, dass das OCR2 eine Übereinstimmung
erreicht hat. In einer OCR2-Verarbeitung (i) wird der Zeitpunkt
(f4), in dem die nächste
Abstiegsflanke auftritt, im OCR1 gesetzt, außerdem wird das Ausgangsmuster
für die
nächste
Abstiegsflanke in der Zwischenspeicherschaltung 30 gesetzt.
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In
dem Zeitablaufdiagramm von 6 ist die
obenbeschriebene 120°-Intervall-Verarbeitung
(a) hinsichtlich des Betriebsauflaufs mit den 120°-Intervall-Verareitungen
(b), (c) und (d) identisch; die OCR1-Verarbeitung (e) ist mit den
OCR1-Verarbeitungen
(f), (g) und (h) identisch; schließlich ist die OCR2-Verarbeitung
(i) mit den OCR2-Verarbeitungen (j), (k) und (l) identisch.
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Nun
werden verschiedene Abläufe
der vom Kraftfahrzeugmotor-Steuersystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführten
Steuerungen mit Bezug auf die 7 bis 17 im
einzelnen beschreiben.
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7 ist
ein Flussdiagramm der ein Hintergrundverarbeitungsprogramm bildenden
Schritte. Im Schritt 300 wird eine Maskierung ausgeführt, um
Unterbrechungen zu verhindern. Im Schritt 301 wird die
Initialisierung ausgeführt,
die diejenige des RAM 10 und der Peripherie-Funktionsregister
enthält.
Im Schritt 302 wir die Maskierung gegen Unterbrechungen
entfernt.
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Im
folgenden werden Aufgaben genau beschrieben, wovon jede mit unterschiedlichen
Zeitablaufsteuerungen eine Startanforderungsunterbrechung erzeugt.
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8 ist
ein Flussdiagramm einer Aufgabe, die in Intervallen von 120° des Kurbelwinkels
eine Startanforderung erzeugt. Im Schritt 303 wir der Inhalt
des ICR 19, in dem die Anstiegsflanken-Zeitablaufsteuerung des
REF-Signals gespeichert ist, dazu verwendet, den Impulszyklus des
REF-Signals zu ermitteln.
Wenn der Impulszyklus erhalten wird, wird die Motordrehzahl entsprechend
berechnet. Im Schritt 304 werden die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge
TI und die Kraftstoffeinspritz-Zeitablaufsteuerung TITM aus Daten
wie etwa der Motordrehzahl und der Ansaugluftmenge berechnet. Im
Schritt 305 wird die Zündungs-Zeitablaufsteuerung
berechnet. Der berechnete Zeitpunkt, in dem das Zündsignal
ansteigen soll, wird im Ausgangsvergleichsregister 22 (OCR3),
das in 2 gezeigt ist, gesetzt. Im Schritt 306 wird
eine Umdrehung der Kurbelwelle erfaßt und eine Einzelumdrehungs-Startanforderung
ausgegeben. Im Schritt 307 werden die Sollausgangsmuster
und deren Sollzeitpunkte in virtuellen Ausgangsvergleichsregistern
gesetzt. Im Schritt 312 wird von den im virtuellen OCR(1 – n) gesetzten
Zeitpunkten, die im Schritt 307 aktualisiert worden sind,
der als erster eintretende Zeitpunkt in dem Hardware-OCR1 gesetzt.
Im Schritt 313 werden von den Zeitpunkten, die in einem
im Schritt 307 aktualisierten virtuellen OCR(2 – n) gesetzt
sind, der als erster eintretende Zeitpunkt im Hardware-OCR2 gesetzt.
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9 ist
ein Flußdiagramm
einer Aufgabe, die eine Startanforderung in Intervallen von 10 ms
erzeugt, die vom Zeitgeber 6 gezählt werden. Im Schritt 309 dieser
Aufgabe wird vom Luftmengensensor (AFM-Sensor) 105 ein
Signal empfangen, mit dem die Ansaugluftmenge berechnet wird.
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10 ist
ein Flußdiagramm
der Aufgabe, die eine Staranforderung in Intervallen einer Umdrehung der
Kurbelwelle erzeugt. Im Schritt 310 wird vom O2-Sensor 108 ein
Signal empfangen. Im Schritt 311 wird die Kraftstoffeinspritzzeit
auf der Grundlage des empfangenen O2-Sensorsignals
verlängert
oder verkürzt,
damit das Luft-/Kraftstoffverhältnis
einen Wert von 14:7 erreicht wird.
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11 ist
ein Flußdiagramm
einer OCR1l-Startanforderungsaufgabe. Im Schritt 312 dieser
Aufgabe wird das OCR1 aktualisiert.
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12 ist
ein Flußdiagramm
einer OCR2-Startanforderungsaufgabe. Im Schritt 313 dieser
Aufgabe wird das OCR2 aktualisiert.
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13 ist
ein Flußdiagramm
einer OCR3-Startanforderungsaufgabe. Im Schritt 314 dieser
Aufgabe wird ein Abstiegsflankenwinkel des Zündimpulssignals im OCR3 gesetzt.
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Die
Aktualisierung der virtuellen OCRs im Schritt 307, die
Aktualisierung des OCR1 im Schritt 312 und die Aktualisierung
des OCR2 im Schritt 313 sind für die vorliegende Erfindung
besonders charakteristisch. Diese Verarbeitungen werden im folgenden
mit Bezug auf genauere Flußdiagramme
weiter beschrieben.
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14 ist
ein genaues Flußdiagramm
einer Aktualisierungsverarbeitung eines virtuellen OCR. Die hier
beschriebene Aktualisierungsverarbeitung ist diejenige für die Zeitablaufsteuerung
der in Verbindung mit 6 beschriebenen 120°-Intervall-Verarbeitung
(a). Im Schritt 315 von 14 werden
die Ausgangszeitpunkte (f1), (f2), (f3) und (f4) aus der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge
TI und der Kraftstoffeinspritz-Zeitablaufsteuerung TITM, die im
Schritt 304 erfaßt
werden, berechnet. Im Schritt 316 werden die Ausgangsmuster
für jeden
der berechneten Ausgangszeitpunkte erzeugt. Im Schritt 317 werden
die auf diese Weise erhaltenen Ausgangszeitpunkte und Ausgangsmuster
in virtuellen OCRs gespeichert.
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Die
Ergebnisse der obigen Schritte sind in 15 zusammengefaßt. Die
Ausgangszeitpunkte der Zeitablaufsteuerungen der 120°-Intervall-Prozesse
(a), (b), (c) und (d) und die diesen Zeitpunkten entsprechenden Ausgangsmuster
nehmen die aufgelisteten Werte an.
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16 ist
ein genaues Flußdiagramm
einer OCR1-Aktualisierungsverarbeitung. Im Schritt 318 wird das
virtuelle OCR(1 – n),
dessen Inhalt als erster ausgegeben werden soll, ermittelt. Für die Zeitablaufsteuerung
der 120°-Intervall-Verarbeitung
(a) ist der Ausgangszeitpunkt (f1). Im Schritt 319 wird
das als erstes auszugebende Ausgangsmuster zur Zwischenspeicherschaltung 29 übertragen.
Für die
Zeitablaufsteuerung der 120°-Intervall-Verarbeitung (a)
ist das Ausgangsmuster 0001. Im Schritt 320 wird der Ausgangszeitpunkt
(f1), der im Schritt 318 erfaßt wurde und bei dem die erste
Ausgabe erfolgt, zum Ausgangsvergleichsregister 14 (OCR1) übertragen.
Dadurch kann die Zwischenspeicherschaltung 27 das Ausgangsmuster
0001 im Ausgangszeitpunkt (f1) automatisch ausgeben.
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17 ist
ein genaues Flußdiagramm
der OCR2-Aktualisierungsverarbeitung. Im Schritt 321 wird
das virtuelle OCR(2 – n),
dessen Inhalt als erster ausgegeben werden soll, ermittelt. Für die Zeitablaufsteuerung der
120°-Intervall-Verarbeitung
(a) ist der Ausgangszeitpunkt (f2). Im Schritt 322 wird
das als erstes auszugebende Ausgangsmuster zur Zwischenspeicherschaltung 30 übertragen.
Für die
Zeitablaufsteuerung der 120°-Intervall-Verarbeitung (a)
ist das Ausgangsmuster 1110. Im Schritt 323 wird der Ausgangszeitpunkt
(f2), der im Schritt 321 erfaßt worden ist und bei dem die
erste Ausgabe erfolgen soll, zum Ausgangsvergleichsregister 18 (OCR2) übertragen.
Dadurch kann die Zwischenspeicherschaltung 28 das Ausgangsmuster
1110 im Ausgangszeitpunkt (f2) automatisch ausgeben. Da im Ausgangszeitpunkt
(f2) das Ausgangsmuster der Zwischenspeicherschaltung 27 durch
0001 gegeben ist und dasjenige der Zwischenspeicherschaltung 28 durch 1110
gegeben ist, besitzen sämtliche
ausgegebenen Kraftstoffeinspritzsignale INJ#1, INJ#2, INJ#3 und
INJ#4 den Wert 0, so daß die
Kraftstoffeinspritzung angehalten wird.
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Die
obige Verarbeitung ermöglicht
lediglich einem FRC und zwei OCRs, die erforderlichen Motor-Kraftstoffeinspritzsignale
auszugeben. Dies führt
zu einem vereinfachten Hardwareaufbau des Einchip-Mikrocomputers.
Wenn das Programm für
virtuelles OCR geeignet abgeändert
wird, kann der Mikrocomputer mit den gleichen Spezifikationen irgendeinen
anderen Motor mit einer anderen Anzahl von Zylindern steuern.
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Die
Aktualisierung der virtuellen OCRs und diejenigen des OCR(n) sollte
vorzugsweise 3,2 μs
oder weniger dauern, weil der eingegebene Taktzyklus für den freischwingenden
Zähler 16 3,2 μs beträgt. Zum
Beispiel umfasst die Aktualisierung der virtuellen OCRs ungefähr 64 Schritte.
Das bedeutet, dass die Taktfrequenz des Mikrocomputers vorzugsweise
20 MHz oder mehr betragen sollte.
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Im
folgenden wird eine Beschreibung von weiteren vereinfachten Beispielen
der Ausgangsmuster-Erzeugungsschaltung 5 und des freischwingenden
Zeitgebers 7 gegeben.
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Die
folgenden 18 bis 25 zeigen
Ausführungen,
die nicht von der beanspruchten Erfindung umfasst sind, und dienen
nur zur Erläuterung.
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18 ist
ein genaues Blockschaltbild eines vereinfachten freischwingenden
Zeitgebers 7. Verglichen mit der in 2 gezeigten
Struktur enthält
dieser freischwingende Zeitgeber 7 das Ausgangsvergleichsregister 18 (OCR2)
und den Komparator 17 nicht. 19 ist
ein genaues Blockschaltbild einer vereinfachten Ausgangsmuster-Erzeugungsschaltung 5.
Verglichen mit der in 3 gezeigten Ausgangsmuster-Erzeugungsschaltung
enthält
diese Ausgangsmuster-Erzeugungsschaltung 5 die
einen Kanal bildenden Ausgangsmuster-Erzeugungsteile sowie die UND-Gatter 23, 24, 25 und 26 nicht.
Bei diesen Strukturen werden vier Impulsausgänge unter Verwendung der Zeiteinstellung
in einem Ausgangsvergleichsregister 14 (OCR1) gesteuert.
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20 ist
ein Zeitablaufdiagramm von Signalen, die für die Motorsteuerung verwendet
werden. Das Zeitablaufdiagramm zeigt von oben nach unten typische
Formen der Signale vom POS-Sensor 102 und des Signale vom
REF-Sensor 103 sowie den Wert des freischwingenden Zählers FRC
und den Wert des Zählers CNT,
der an den Vorderflanken des POS-Sensorsignals hochgezählt wird.
Das Zeitablaufdiagramm zeigt weiterhin, ebenfalls von oben nach
unten, Signalformen des Kraftstoffeinspritzsignals INJ#1 für den ersten
Zylinder, des Kraftstoffeinspritzsignals INJ#2 für den zweiten Zylinder, des
Kraftstoffeinspritzsignals INJ#3 für den dritten Zylinder, des
Kraftstoffeinspritzsignals INJ#4 für den vierten Zylinder sowie
des Zündsignals
IGN. Außerdem
zeigt das Zeitablaufdiagramm Signalformen der Zeitablaufsteuerung
für die
120°-Intervall-Verarbeitung, die
OCR1-Verarbeitung und die OCR3-Verarbeitung.
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In
der 120°-Intervall-Verarbeitung
(a) werden die Motordrehzahl Ne, die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge
TI, die Kraftstoffeinspritz-Zeitablaufsteuerung TITM, die Zündungs-Zeitablaufsteuerung
ADV sowie die Zündsignal-Impulsbreite
DWELL berechnet. Anhand dieser berechneten Einstellungen werden
Kraftstoffeinspritzimpuls-Ausgangszeitpunkte f(1), f(2), f(3) und
f(4) sowie die diesen Ausgangszeitpunkten entsprechenden Ausgangsmuster
erzeugt. Der Ausgangszeitpunkt, bei dem eine erste Anstiegsflanke
auftritt, wird im OCR1 gesetzt, während das Ausgangsmuster für die erste
Anstiegsflanke in der Zwischenspeicherschaltung 29 gesetzt
wird. Dann wird der Anstiegsflankenwinkel (c1) des Zündsignals
IGN im OCR2 gesetzt. Wenn der Wert des Zählers CNT gleich (c1) wird,
erhält
das Zündsignal
IGN eine Anstiegsflanke, gleichzeitig wird im OCR3 der Abstiegsflankenwinkel
(c2) gesetzt. Wenn der Wert des Zählers CNT den Wert (c2) erreicht,
erhält das
Zündsignal
IGN durch die beim Winkel (c1) erstellte Abstiegsflankeneinstellung
eine Abstiegsflanke. Währenddessen
wird im Zeitpunkt (f1) eine Anstiegsflanke des Kraftstoffeinstiegssignals
automatisch ausgegeben, wenn das OCR1 beim Vergleich eine Übereinstimmung
erreicht. In der OCR1-Verarbeitung (e) wird der Zeitpunkt (f2),
bei dem die nächste
Abstiegsflanke auftritt, im OCR1 gesetzt, außerdem wird das Ausgangsmuster für die nächste Abstiegsflanke
in der Zwischenspeicherschaltung 29 gesetzt. Der Abstiegsflankenzeitpunkt
(f2) entspricht der OCR1-Verarbeitung (i), in dem der nächste Anstiegsflankenzeitpunkt
(f3) im OCR1 gesetzt wird und das Ausgangsmuster für die nächste Anstiegsflanke
entsprechend gesetzt wird.
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In
dem in 20 gezeigten Zeitablaufdiagramm
ist die obenbeschriebene 120°-Intervall-Verarbeitung (a)
hinsichtlich ihrer Funktion mit den 120°-Intervall-Verarbeitungen (b),
(c) und (d) identisch; ist die OCR1-Verarbeitung (e) mit den OCR1-Verarbeitungen
(f), (g) und (h) identisch; und ist die OCR1-Verarbeitung (i) mit
den OCR1-Verarbeitungen (j), (k) und (l) identisch.
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Nun
werden mit Bezug auf die 21 bis 25 mehrere
Flußdiagramme
für die
Steuerung des die obenbeschriebene Hardware verwendenden Kraftfahrzeugmotor-Steuersystems
beschrieben.
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21 ist
ein Flußdiagramm
einer Aufgabe, die eine Startanforderung in Intervallen von 120° des Kurbelwinkels
erzeugt. Im Schritt 303 wird der Inhalt des ICR17, in dem
die Anstiegsflanken-Zeitablaufsteuerung des REF-Signals gespeichert ist, dazu verwendet,
den Impulszyklus des REF-Signals zu ermitteln. Mit dem erhaltenen
Impulszyklus wird entsprechend die Motordrehzahl berechnet. Im Schritt 304 werden
die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge TI und die Kraftstoffeinspritz-Zeitablaufsteuerung
TITM aus Daten wie etwa der Motordrehzahl und der Ansaugluftmenge
berechnet. Der berechnete Zeitpunkt, bei dem das Zündsignal
eine Anstiegsflanke besitzen soll, wird im Ausgangsvergleichsregister 22 (OCR3)
gesetzt, das in 2 gezeigt ist. Im Schritt 306 wird
eine Umdrehung der Kurbelwelle erfaßt, ferner wird eine Einzelumdrehungs-Startanforderung
ausgegeben. Im Schritt 400 werden Soll-Ausgangsmuster sowie deren Ausgangszeitpunkte
den virtuellen OCRs gesetzt. Im Schritt 401 wird von den
im Schritt 307 in den virtuellen OCRs gesetzten Zeitpunkten
der als erster auftretende Zeitpunkt im Hardware-OCR1 gesetzt. Das
Ausgangsmuster für
diesen Zeitpunkt wird in der Zwischenspeicherschaltung 29 gesetzt.
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22 ist
ein Flußdiagramm
einer OCR1-Startanforderungsaufgabe. Im Schritt 401 dieser
Aufgabe wird das OCR1 aktualisiert.
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Wie
weiter oben erwähnt,
ist 13 ein Flußdiagramm
der OCR3-Startanforderungsaufgabe. Im Schritt 314 dieser
Aufgabe wird der Abstiegsflankenwinkel des Zündimpulssignals im OCR3 gesetzt.
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Die
Aktualisierung der virtuellen OCRs im Schritt 400 und die
Aktualisierung des OCR1 im Schritt 401 sind für die vorliegende
Erfindung besonders charakteristisch. Diese Verarbeitungen werden
im folgenden mit Bezug auf genauere Flußdiagramme genauer beschrieben.
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23 ist
ein genaues Flußdiagramm
der Aktualisierungsverarbeitung von virtuellen OCRs. Die hier beschriebene
Aktualisierungsverarbeitung ist diejenige für die Zeitablaufsteuerung der
in Verbindung mit 20 beschriebenen 120°-Intervall-Verarbeitung
(a). Im Schritt 402 von 23 werden
die Ausgangszeitpunkte (f1), (f2), (f3) und (f4) anhand der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge
TI und der Kraftstoffeinspritz-Zeitablaufsteuerung TITM, die im
Schritt 304 erfaßt
werden, berechnet. Im Schritt 403 wird das Ausgangsmuster
für jeden
der berechneten Ausgangszeitpunkte erzeugt. Im Schritt 404 werden
die auf diese Weise erhaltenen Ausgangszeitpunkte und Ausgangsmuster
in virtuellen OCRs gespeichert.
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Die
Ergebnisse der obigen Schritte sind in 24 zusammengefaßt. Die
Ausgangszeitpunkte für
die Zeitablaufsteuerungen der 120°-Intervall-Verarbeitungen
(a), (b), (c) und (d) sowie die diesen Zeitpunkten entsprechenden
Ausgangsmuster nehmen die aufgelisteten Werte an.
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25 ist
ein genaues Flußdiagramm
der OCR1-Aktualisierungsverarbeitung. Im Schritt 405 wird
das virtuelle OCR(1 – n),
dessen Inhalt als erster ausgegeben werden soll, ermittelt. Für die Zeitablaufsteuerung der
120°-Intervall-Verarbeitung
(a), ist der Ausgangszeitpunkt (f1). Im Schritt 406 wird
das als erstes auszugebende Ausgangsmuster zur Zwischenspeicherschaltung 20 übertragen.
Für die
Zeitablaufsteuerung der 120°-Intervall-Verarbeitung (a)
lautet das Ausgangsmuster 0001. Im Schritt 407 wird der
erste Ausgabezeitpunkt (f1), der im Schritt 405 ermittelt
worden ist und bei dem die erste Ausgabe erfolgen soll, zum Ausgangsvergleichsregister 14 (OCR1) übertragen.
Dadurch kann die Zwischenspeicherschaltung 27 im Ausgangszeitpunkt
(f1) automatisch das Ausgangsmuster 0001 ausgeben.
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Die
obige Verarbeitung ermöglicht
nur einem FRC und nur einem OCR, die erforderlichen Motor-Kraftstoffeinspritzsignale
auszugeben. Dies führt
zu einem nochmals einfacheren Hardwareaufbau des Einchip-Mikrocomputers.
Wenn das Programm für
die virtuellen OCRs geeignet abgeändert wird, kann der Mikrocomputer
mit denselben Spezifikatio nen irgendeinen anderen Motor mit einer
anderen Anzahl von Zylindern steuern.
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Nun
wird eine nochmals andere Art der Implementierung der Ausgangsmuster-Erzeugungsschaltung 5 beschrieben.
Wie in 26 gezeigt, wird, wenn der Komparator 15 eine
Datenübereinstimmung
feststellt, das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 29,
die den Anstieg der Kraftstoffeinspritzsignale bewirkt, über UND-Gatter 39, 40, 41 und 42 in
die Setzanschlüsse
der RS-Flipflop-Schaltungen 47, 48, 49 und 50 ausgegeben.
Wenn der Komparator 17 eine Datenübereinstimmung feststellt,
wird das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 30,
das den Abstieg der Kraftstoffeinspritzsignale bewirkt, über UND-Gatter 43, 44, 45 und 46 in
die Rücksetzanschlüsse der
RS-Flipflop-Schaltungen 47, 48, 49 und 50 eingegeben.
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27 ist
eine Wahrheitstabelle einer RS-Flipflop-Schaltung, die die RS-Flipflop-Schaltungen 47, 48, 49 und 50 repräsentiert.
Aus dieser Wahrheitstabelle geht hervor, daß die Kraftstoffeinspritzsignale
INJ#1, INJ#2, INL#3 und INL#4 jeweils auf 1 gesetzt werden, wenn
der entsprechende Ausgang von der Zwischenspeicherschaltung 29 im
Zeitpunkt einer Datenübereinstimmung
im Komparator 15 den Wert 1 besitzt; die Kraftstoffeinspritzsignale
INJ#1, INJ#2, INL#3 und INL#4 werden jeweils auf 0 zurückgesetzt,
wenn der entsprechende Ausgang von der Zwischenspeicherschaltung 30 im
Zeitpunkt einer Übereinstimmung
im Komparator 17 den Wert 1 besitzt. Der obige Aufbau vereinfacht
die Ausgangsmuster-Erzeugungsschaltung erheblich und reduziert die
Belastung durch die Software-Verarbeitung.
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Im
folgenden wird ein Beispiel erläutert,
wie die vorliegende Erfindung auf einen Einchip-Mikrocomputer angewendet
werden kann, damit dieser die Zündsignale
IGN#1, IGN#2, IGN#3 und IGN#4 ausgibt. 28 ist
ein Blockschaltbild, das eine Übersicht über den
Hardwareaufbau eines Kraftfahrzeugmotor-Systems gibt, dessen Zündsignal-Ausgabeschnitt gemäß einer
alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschaffen ist. Dieser Hardwareaufbau
ist eine Abwandlung des in 1 gezeigten
Aufbaus, zu dem eine Ausgangsmuster-Erzeugungsschaltung 51 hinzugefügt ist und
bei dem der freischwingende Zeigeber 52 verbessert ist.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Ausgangsmuster-Erzeugungsschaltung 51 irgendeine der
in 3, 19 und 26 dargestellten
Schaltungen sein kann. 29 ist ein Blockschaltbild des
verbesserten freischwingenden Zeitgebers 52. Dieser verbesserte
freischwingende Zeitgeber besitzt ein Ausgangsvergleichsregister 53 (OCR4)
und einen Komparator 54, die neu hinzugefügt sind,
während
er ansonsten strukturell mit seinem Gegenstück für den Kraftstoffeinspritzsignal-Ausgangsabschnitt übereinstimmt.
Da der Hardwareaufbau der gleiche wie derjenige des Kraftstoffeinspritzsignal-Ausgangsabschnitts
ist, bleiben die notwendigen Programminhalte die gleichen und werden
daher nicht nochmals beschrieben.
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Das
obige Schema erlaubt lediglich einem Zähler CNT und zwei OCRs, die
erforderlichen Motorzündsignale
auszugeben. Dies führt
zu einem erheblich vereinfachten Hardwareaufbau des Einchip-Mikrocomputers.
Wenn das Programm für
virtuelle OCRs geeignet abgeändert
wird, kann der Mikrocomputer mit den gleichen Spezifikationen irgendeinen
anderen Motor mit einer anderen Anzahl von Zylindern steuern.
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Wie
oben beschrieben, kann der Einchip-Mikrocomputer gemäß der vorliegenden
Erfindung viele Impulssignaleausgänge verarbeiten und einen großen Bereich
von Impulsausgangs-Peripheriefunktionen
mit einem hohen Grad von Frei heit implementieren. Die erweiterten
Merkmale der vorliegenden Erfindung können insgesamt bei erheblich
reduzierten Kosten erhalten werden. Zur Veranschaulichung ist die
vorliegende Erfindung vorteilhaft an eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeugmotor-Gesamtsteuersystem
angepasst, das eine große
Anzahl von Impulssignalausgängen
verwendet.
