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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Taktidentifiziereinheit,
die insbesondere bei einem Viertaktmotor des Typs mit elektronischer Brennstoffeinspritzsteuerung/-regelung
anwendbar ist.
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Bei
einem Viertaktmotor des Typs mit elektronischer Brennstoffeinspritzsteuerung/-regelung des
Stands der Technik werden die Brennstoff-Einspritzzeitpunkte bestimmt, indem
die Takte (Hübe) der
Zylinder auf der Basis einer Beziehung zwischen einer Phase einer
Kurbelwelle, die durch einen Kurbelsensor erfaßt wird, und einer Phase einer
Nockenwelle identifiziert werden.
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Um
die Phase der Nockenwelle zu erfassen, muß ein Nockensensor in einem
Zylinderkopf des Motors angeordnet sein. Dies bedeutet, daß der Zylinderkopf
größer wird
und daß der
Motor teurer wird. Ein großer
Zylinderkopf ist nicht wünschenswert,
da der Motor eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Motorrads,
Höhenbeschränkungen
unterliegt.
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Aus
der WO 87/05971 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung des Arbeitstakts
einer Brennkraftmaschine bekannt. Auf Grundlage eines durch Verbrennungsvorgänge im Motor
modulierten Signals und eines die Umlaufperiodizität der Kurbelwelle
aufweisenden, unter Vermittlung einer sich mit der Kurbelwelle synchron
mitdrehenden Geberscheibe generierten Signals wird auf die Arbeitstakte
der einzelnen Zylinder zurückgeschlossen,
indem das die Grundfrequenz der Verbrennungsvorgänge im Motor aufweisende Signal
und das eine Frequenz entsprechend der Kurbelwellendrehzahl aufweisende
Signal logisch verknüpft
werden.
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Aus
der
DE 38 28 735 C2 ist
eine Vorrichtung zum Überwachen
der Zündzeitpunkte
einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein in einem Ansaugstutzen
eines Motors mittels eines Drucksensors erfasster Druck und die
Drehzahl des Motors berücksichtigt
werden, um den Zündwinkel
zu bestimmen.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Taktidentifiziereinheit
bereitzustellen, welche Zylindertakte identifizieren kann, ohne
eine Phase einer Nockenwelle zu erfassen.
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Dieses
Ziel wird durch eine Taktidentifiziereinheit für einen Viertaktmotor mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Taktidentifiziereinheit umfaßt ein Phasenerfassungsmittel
zum Erfassen einer Phase einer Kurbelwelle, ein Ansaugdruckerfassungsmittel
zum Erfassen eines Ansaugluftdrucks in Ansaugleitungen, die mit
Zylindern des Motors in Verbindung stehen, und ein Taktidentifiziermittel
zum Identifizieren von Takten der Zylinder auf der Basis einer Bezieh hung
zwischen der erfaßten
Phase der Kurbelwelle und dem erfaßten Ansaugdruck.
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Bei
einem Viertaktmotor werden alle zwei Umdrehungen der Kurbelwelle
(720°) vier
Takte bzw. Hübe
durchgeführt,
nämlich
ein Ansaugtakt, ein Kompressionstakt, ein Verbrennungstakt und ein Auspufftakt.
Deshalb reicht eine einfache Erfassung der Phase der Kurbelwelle
nicht aus, um den Ansaugtakt vom Verbrennungstakt oder den Kompressionstakt
vom Auspufftakt zu unterscheiden. Bei der vorliegenden Erfindung
wurde der Tatsache Rechnung getragen, daß ein Druck in einer Ansaugleitung, die
mit einer Einsaugöffnung
jedes Motorzylinders in Verbindung steht, sich zyklisch über alle
zwei Umdrehungen der Kurbelwelle ändert. Damit ist der Ansaugtakt
vom Verbrennungstakt unterscheidbar und ist der Kompressionstakt
vom Auspufftakt unterscheidbar, nämlich auf der Basis einer Phase
der Kurbelwelle und des sich zyklisch (periodisch) verändernden
Ansaugdrucks. Diese Verfahrensweise erfordert keine Erfassung einer
Phase der Nockenwelle, wodurch die Motorstruktur vereinfacht werden kann
und verhindert wird, daß der
Motor große
Abmessungen hat.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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1 ist
eine schematische Zeichnung, die die Konfiguration der Taktidentifiziereinheit
gemäß der Erfindung
zeigt.
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2 ist
ein Blockdiagramm, das die Verbindung zwischen mit Ansaugleitungen
verbundenen Feinrohren und dem Ansaugdrucksensor zeigt.
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3(A), (B), (C) und (D) sind Diagramme, die
Veränderungen
der Ansaugdrücke
in den mit den Zylindern in Verbindung stehenden Ansaugleitungen zeigen.
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4 ist
ein Diagramm, das eine Veränderung
des kombinierten Ansaugdrucks zeigt.
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5 ist
ein Flußdiagramm
der Taktidentifizierprozedur.
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6 ist
ein Diagramm, das eine Veränderung
des kombinierten Ansaugdrucks von mit zwei Zylindern in Verbindung
stehenden Ansaugleitungen zeigt.
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Im
folgenden werden unter anderem die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1 =
Motor; 1a = Kurbelwelle; 1c = Kurbelpulsgenerator
(Rotationserfassungsmittel); 10a–10d = Zylinder; 11a–11d =
Ansaugleitungen; 13a, 13b = Ansaugdrucksensor
(Ansaugdruckerfassungsmittel); ECU = elektronische Brennstoff-Einspritzsteuereinheit
(Taktidentifiziermittel).
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Es
wird auf 1 Bezug genommen. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet
einen Viertaktmotor des Typs mit elektronischer Brennstoffeinspritzsteuerung.
Der Motor 1 umfaßt
einen mit einer Kurbelwelle 1a gekoppelten Kurbelpulserrotor 1b und
einen Kurbelpulsgenerator 1c, der benachbart dem Kurbelpulserrotor 1b angeordnet
ist. Der Kurbelpulsgenerator 1c erzeugt im Zusammenwirken
mit dem Kurbelpulserrotor 1b ein Kurbelrotationspulssignal.
Wie in 2 gezeigt, stehen eine erste, eine zweite, eine dritte
und eine vierte Ansaugleitung 11a–11d mit Ansaugöffnungen
von Zylindern 10a–10d in
Verbindung, sowie jeweils mit einem Ende eines Feinrohrs 12a–12d.
Ein erster Ansaugdrucksensor 13a ist mit dem anderen Ende
des ersten Feinrohrs 12a verbunden, um einen Ansaugdruck
P1 in der ersten Ansaugleitung 11a zu erfassen. Die anderen
Enden des zweiten bis vierten Feinrohrs 12b–12d laufen
zusammen und sind mit einem zweiten Ansaugdrucksensor 13b verbunden,
um einen kombinierten Drucks Ps (d.h. P2 + P3 + P4) in der zweiten
bis vierten Ansaugleitung zu erfassen.
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Die
Zylinder 10a–10d sind
hinsichtlich Struktur und Konfiguration im wesentlichen identisch.
Die Funktion der Zylinder wird mit Bezugnahme auf den in 1 gezeigten
ersten Zylinder 10a beschrieben.
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Die
Ansaugleitungen 11a–11d stehen
mit Brennstoffeinspritzelementen 14a–14d in Verbindung,
die mit einer elektronischen Brennstoffeinspritzsteuereinheit (hiernach "ECU", d.h. electronic fuel
injection control unit) verbunden sind und durch diese gesteuert
werden.
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Die
ECU enthält
nicht nur den Kurbelpulsgenerator 1c und den ersten und
zweiten Ansaugdrucksensor 13a und 13b, sondern
auch verschiedene andere Sensoren. Diese Sensoren sind die folgenden: ein
Drosselventilöffnungssensor 16,
der mit einer Welle zum Öffnen
eines Drosselventils 15 verbunden ist, das stromaufwärts einer
Zusammenlaufposition der Ansaugleitungen 11a–11d angeordnet
ist; ein Ansaugtemperatursensor 18 (zum Erfassen einer
Ansauglufttemperatur), der in einem weiter stromaufwärts von
der vorangehenden Zusammenlaufposition angeordneten Luftreiniger
angeordnet ist; ein Wassertemperatursensor 20, der in einem
Kühlwasserweg 19 zum
Kühlen
der Zylinder 10a–10d angeordnet
ist; und ein Umgebungsdrucksensor 21, der an einer vorbestimmten
Position des Kraftfahrzeugs, insbesondere Motorrads angeordnet ist.
Die ECU berechnet die durch die Einspritzelemente 14a–14d einzuspritzenden
Grundmengen an Brennstoff auf der Basis des Ansaugdrucks Ps, der
durch den zweiten Ansaugdrucksensor 13b erfaßt wird,
und korrigiert die berechneten Mengen auf der Basis von Signalen
vom Drosselöffnungssensor 16,
vom Ansaugtemperatursensor 18, vom Wassertemperatursensor 20 und
vom Umgebungsdrucksensor 21, wodurch die Brennstoffeinspritzmengen
bestimmt werden, die für
den Betriebszustand des Motors geeignet sind.
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Die
ECU hat ferner Zugang zu einer Leerlaufmischungseinstelleinrichtung 22 und
steuert die Brennstoffeinspritzmengen durch die Einspritzelemente 14a–14d während des
Leerlaufs in Antwort auf ein Spannungssignal an einstellbaren Widerständen 22a–22d,
die in der Leermischungseinstelleinrichtung 22 vorgesehen
sind und jeweils einem der Zylinder 10a–10d entsprechen.
Zusätzlich
aktiviert die ECU ein Wasserthermometer 23 in Antwort auf das
Signal vom Wassertemperatursensor 20, steuert eine Anzeigeeinheit 24 und
erzeugt ein Tachometeraktivierungssignal auf der Basis einer Motordrehzahl, die
gemäß dem Kurbelpulssignal
berechnet wird, um ein Tachometer 25 zu aktivieren.
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"BAT" bezeichnet eine
Energieversorgungsbatterie und "SW" bezeichnet eine
Schalteinheit der Energieversorgungsbatterie, um die ECU, eine Brennstoffpumpe
FP, einen Ansaugventilsensor 26 und einen Geschwindigkeitssensor 27 an-
und auszuschalten. Ein Geschwindigkeitsanzeiger 29 eines Anzeigeabschnitts 28 wird
in Antwort auf ein Signal vom Geschwindigkeitssensor 27 aktiviert.
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Um
die Brennstoffeinspritzung zu steuern, ist es notwendig, sowohl
die Zeitpunkte zum Starten der Brennstoffinjektion (das Einspritztiming)
als auch die Menge an einzuspritzendem Brennstoff zu bestimmen.
Bei der vorliegenden Erfindung wurde der Tatsache Rechnung getragen,
daß sich
der Ansaugdruck über
alle zwei Rotationen (d.h. 720°)
der Kurbelwelle 1a zyklisch (periodisch) ändert. Der
zweite Ansaugdrucksensor 13b erfaßt den kombinierten Druck Ps
der Ansaugleitungen 11a–11d. Die Takte bzw.
Hübe der
Zylinder 10a–10d werden
auf der Grundlage der Variation des kombinierten Ansaugdrucks Ps
und der Phase der Kurbelwelle 1a identifiziert, so daß die Brennstoffeinspritz-Zeitpunkte
bzw. das Brennstoffeinspritz-Timing der Einspritzelemente 14a–14d für die Zylinder 10a–10d bestimmt
werden.
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3(A) bis (D) sind Diagramme, die die Variation
der Ansaugdrücke
P1, P2, P3 und P4 in den Ansaugleitungen (1. bis 4. Ansaugleitung 11a–11d) zeigen. 4 zeigt
die Variation des kombinierten Ansaugdrucks Ps in den Ansaugleitungen 11b, 11c und 11d (2.
bis 4. Ansaugleitung). In diesen Diagrammen repräsentiert die Ordinate die Ansaugluftdrücke, wohingegen
die Abszisse Perioden der Kurbelpulssignale (hiernach einfach "Pulssignale" genannt) repräsentiert,
die durch den Kurbelpulsgenerator 1c erzeugt werden. Die
Ziffern 1–7
an der Abszisse sind Pulssignalen zugeordnet, die während jeder
Umdrehung der Kurbelwelle 1a erzeugt werden. Ferner repräsentieren
#1 bis #4 Zeitpunkte, an denen die Kolben des ersten bis vierten
Zylinders 10a–10d den oberen
Totpunkt erreichen. Zum Beispiel erreicht der erste Kolben des ersten
Zylinders 10a den oberen Totpunkt am Zeitpunkt #1 unmittelbar
nachdem das erste Pulssignal ausgegeben wurde. Wenn man den ersten
Zylinder als Startpunkt nimmt, erreichen die Kolben d in den Zylindern 10a–10d nacheinander den
oberen Totpunkt an den Zeitpunkten #1, #2, #4 bzw. #3.
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Die
ECU identifiziert die Takte bzw. Hübe der jeweiligen Zylinder
in einer durch ein Flußdiagramm gezeigten
Prozedur (es wird auf 5 Bezug genommen).
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Die
ECU erfaßt
das erste oder fünfte
Pulssignal vom Kurbelpulsgenerator 1c (Schritt S1). Wenn das
erste Pulssignal erfaßt
wird, identifiziert die ECU ein kombiniertes Ansaugdrucksignal vom
zweiten Ansaugluftdrucksensor 13b als Ps1 und speichert
es im (nicht gezeigten) Speicher (Schritt S2). Als nächstes,
wenn das zweite Pulssignal erfaßt
wird (Schritt S3), leitet die ECU einen Absolutwert einer Differenz zwischen
dem kombinierten Ansaugdrucksignal Ps1 (mit dem ersten Pulssignal
im momentanen Zyklus erfaßt)
und einem kombinierten Ansaugdrucksignal Ps1(b), das zusammen mit
dem ersten Pulssignal in einem vorangehenden Zyklus erfaßt wurde,
ab (Schritt S4). Falls der Absolutwert oberhalb eines vorbestimmten
Werts X liegt, werden die kombinierten Ansaugdrucksignale Ps1 und
Ps1(b) verglichen (Schritt S5). Wenn das kombinierte Ansaugsignal Ps1
kleiner als Ps1(b) ist, bestimmt die ECU, daß der Kolben im ersten Zylinder 10a als
erstes den oberen Totpunkt erreichen sollte (d.h. in einem durch "A" in 4 angezeigten
Zustand; Schritt S6). Hiernach zählt
die ECU die vorbestimmte Anzahl von Pulssignalen und sendet das
Brennstoffeinspritzsignal zu dem Einspritzelement 40a für den ersten
Zylinder 10a (Schritt S7), um zu bewirken, daß das Einspritzelement 14a die
vorbestimmte Brennstoffmenge einspritzt. Umgekehrt, wenn das Ansaugdrucksignal Ps1
größer als
Ps1(b) ist, bestimmt die ECU, daß der Kolben im vierten Zylinder 10d den
oberen Totpunkt zuerst erreichen sollte (d.h. in einem durch "C" in 4 gezeigten
Zustand; Schritt S8), zählt
die ECU die vorbestimmte Anzahl von Pulssignalen und liefert die
ECU das Brennstoffeinspritzsignal zum vierten Einspritzelement 14d (Schritt
S9), um zu bewirken, daß das
Einspritzelement 14d die vorbestimmte Brennstoffmenge einspritzt.
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Wenn
der fünfte
Puls im Schritt S1 erfaßt wird,
arbeitet die ECU ähnlich
wie oben beschrieben. In diesem Fall speichert die ECU ein kombiniertes Ansaugluftdrucksignal
als ein Signal Ps5 im Speicher (Schritt S11). Als nächstes,
wenn das sechste Pulssignal erfaßt wird, leitet die ECU einen
Absolutwert einer Differenz zwischen dem kombinierten Ansaugdrucksignal
Ps5 und einem kombinierten Ansaugluftdrucksignal Ps5(b) ab, das
zusammen mit dem fünften
Pulssignal im vorangehenden Zyklus (Schritt S13) erfaßt wurde.
Wenn der Absolutwert größer als der
vorbestimmte Wert X ist, vergleicht die ECU Ps5 und Ps5(b) (Schritt
S14). Falls Ps5 kleiner als Ps5(b) ist, bestimmt die ECU, daß der Kolben
im zweiten Zylinder 10b als erstes den oberen Totpunkt
erreichen sollte (d.h. in einem in 4 gezeigten
Zustand B), zählt
die ECU die vorbestimmte Anzahl von Pulssignalen und sendet die
ECU das Brennstoffeinspritzsignal zum zweiten Einspritzelement 14b (Schritt
S16), was bewirkt, daß das
Einspritzelement 14b die vorbestimmte Brennstoffmenge einspritzt.
Umgekehrt, falls Ps5 größer als
Ps5(b) ist, bestimmt die ECU, daß der Kolben im dritten Zylinder 10c als
erstes den oberen Totpunkt erreichen sollte (d.h. in einem in 4 gezeigten
Zustand D), zählt
die ECU die vorbestimmte Anzahl von Pulssignalen und sendet die ECU
das Brennstoffeinspritzsignal zum Einspritzelement 14d (Schritt
S18), wodurch bewirkt wird, daß das
Einspritzelement 14c die vorbestimmte Brennstoffmenge einspritzt.
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Umgekehrt,
falls die in den Schritt S4 und S13 abgeleiteten absoluten Differenzen
kleiner als der vorbestimmte Wert X sind, wird eine Gruppenbrennstoffeinspritzroutine
durchgeführt
(Schritt S19). In dieser Routine bzw. Prozedur wird, falls es unmöglich ist,
den oberen Totpunkt im Kompressionstakt oder Auspufftakt zu identifizieren,
Brennstoff stets eingespritzt, nachdem eine vorbestimmte Anzahl
von Pulssignalen gezählt
ist, wann immer ein oberer Totpunkt erfaßt wurde. Die Brennstoff-Einspritzzeitpunkte
sind die gleichen für
die Zylinder, in denen die Kolben unisono bezüglich der Kurbelwelle arbeiten. Deshalb
werden diese Zylinder als eine Gruppe behandelt, für die ein
Brennstoffeinspritz-Timing bestimmt wird. Bei dieser Ausführungsform
bilden der erste und der vierte Zylinder 10a und 10d eine
Gruppe, während
der zweite und der dritte Zylinder 10b und 10c eine
andere Gruppe bilden. Als ein Beispiel wird angenommen, daß Schritt 19 über Schritt
S4 durchgeführt
wird. Das Brennstoffeinspritzsignal wird zum ersten und vierten
Einspritzelement 14a und 14d zugeführt, die
dem ersten und vierten Zylinder 10a und 10d zugeordnet
sind, nachdem die vorbestimmte Anzahl von Pulssignalen auf die Erfassung
des zweiten Pulssignals folgend gezählt wurde, wodurch bewirkt
wird, daß die
Einspritzelemente 14a und 14d die vorbestimmte
Brennstoffmenge einspritzen. Falls Schritt 19 über Schritt
S13 durchgeführt
wird, wird das Brennstoffeinspritzsignal zum zweiten und dritten Einspritzelement 14b und 14c für die Zylinder 10b und 10d zugeführt, nachdem
die vorbestimmte Anzahl von Pulssignalen der Erfassung des sechsten Pulssignals
folgend gezählt
wurde, so daß die
Einspritzelemente 14b und 14c die vorbestimmte
Brennstoffmenge einspritzen. Die einzuspritzende Brennstoffmenge
wird durch Kalibrierung angemessen eingestellt. Der vorbestimmte
Wert X kann klein sein, und es besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit
einer fehlerhaften Identifizierung der Takte, falls die Variation
des kombinierten Ansaugdrucks Ps relativ klein ist. Umgekehrt, falls
sich der kombinierte Ansaugdruck Ps stark ändert, muß der vorbestimmte Wert X groß sein.
Die Taktidentifizierung ist dann unmöglich, wenn das kombinierte
Ansaugdrucksignal nicht erfaßt
werden kann, zum Beispiel aufgrund von Rauschen oder dergleichen,
wenn die Motordrehzahl oberhalb des vorbestimmten Werts liegt oder
wenn das Drosselventil stärker
als der vorbestimmte Wert öffnet.
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Bei
der vorangehenden Ausführungsform werden
die Brennstoffeinspritzzeitpunkte der Einspritzelemente 14a–14d auf
der Grundlage der Tatsache bestimmt, daß sich der kombinierte Ansaugdruck
Ps der Ansaugleitungen 11a–11d, die mit den Zylindern 10a–10d in
Verbindung stehen, zyklisch (periodisch) ändert. Es ist allerdings möglich, die Brennstoffeinspritzzeitpunkte
auf die folgende Weise zu bestimmen. Der Innendruck einer mit einem
Zylinder in Verbindung stehenden Ansaugleitung (vgl. 3(A)) oder der kombinierte Ansaugdruck
der mit den Zylindern in verschiedenen Gruppen in Verbindung stehenden
Ansaugleitungen (zum Beispiel Ansaugdruck P1 der ersten Ansaugleitung
und Innendruck P2 der zweiten Ansaugleitung, in 6 gezeigt)
verändert
sich zyklisch, während
sich die Kurbelwelle um 720° dreht.
Die Takte der Zylinder können
auf Grundlage des vorangehenden Ansaugdrucks identifiziert werden,
um die Brennstoffeinspritzzeitpunkte für die Einspritzelemente 14a–14d zu
bestimmen. Wenn zum Beispiel der Ansaugdruck P1 der ersten Ansaugleitung 14a verwendet wird, werden
die Takte identifiziert durch Vergleichen von Werten des Ansaugdrucksignals
am Zeitpunkt des Erfassens des dritten und siebten Pulssignals.
Falls der in 6 gezeigte kombinierte Ansaugdruck
verwendet wird, werden die Takte identifiziert durch Vergleichen
der Ansaugsignale, wenn das erste und fünfte Pulssignal erfaßt werden.
Es ist ferner auch möglich,
die Brennstoffeinspritzzeitpunkte unter Verwendung eines Ansaugdrucksensors
zu steuern, der eine gewisse Spezifikation aufweist, Zylinder identifiziert
und eine Tabellensuche durchführen
kann.
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Bei
der vorangehenden Ausführungsform werden
zwei kombinierte Ansaugdrücke
im vorangehenden und momentanen Zyklus, die nahe beieinander sind,
verglichen, um die Takte der Zylinder zu identifizieren. Selbst
wenn die kombinierten Ansaugdrücke
etwas veränderlich
sind, können
die Zylindertakte präzise
identifiziert werden. Umgekehrt, falls die Ansaugdrücke im momentanen
Zyklus stabil bleiben, wird der im vorangehenden Zyklus erfaßte kombinierte
Ansaugdruck verwendet, um die Beziehung zwischen der zyklischen
Variation der Ansaugdrücke und
der Phase der Kurbelwelle zu bestimmen, so daß die Zylindertakte identifiziert
werden.
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Die
Taktidentifiziereinheit nach der vorliegenden Erfindung wurde bezüglich Ausführungsformen in
Anwendung auf einen Vier-Zylinder-Motor beschrieben. Die vorliegende
Erfindung ist auch bei anderen Motoren anwendbar, beispielsweise
einem Ein-Zylinder-Motor oder einem Sechs-Zylinder-Motor.
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Um
eine Taktidentifiziereinheit für
einen Motor des Typs mit elektronischer Brennstoffeinspritzsteuerung/-regelung
bereitzustellen, die Zylindertakte ohne Erfassung der Rotation einer
Nockenwelle identifizieren kann, wird eine Taktidentifiziereinheit vorgeschlagen,
umfassend einen Kurbelpulsgenerator zum Erfassen einer Phase einer
Kurbelwelle eines Vier-Takt- Motors,
einen zweiten Ansaugdrucksensor zum Erfassen von Ansaugdrücken in
Ansaugleitungen, die mit Zylindern in Verbindung stehen, und eine
Brennstoffeinspritzsteuereinheit zum Identifizieren von Takten der
Zylinder auf der Grundlage einer Beziehung zwischen der erfaßten Phase
der Kurbelwelle und dem erfaßten
Ansaugdruck.