DE19926982C2

DE19926982C2 - Motordrehzahl-Berechnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19926982C2
Application number: DE19926982A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Hirakata; Masahiko Abe; Yasuo Iwata
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2019-06-15
Also published as: ITTO990547A1; DE19926982A1; JP2000008939A; IT1308757B1; US6334094B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Motordrehzahl-Berechnungsvorrichtung zum Berechnen der Drehzahl einer Brennkraftmaschine.

Bisher wird bei der Berechnung einer Motordrehzahl eine Zeit gemessen, die eine Kurbelwelle zur Drehung über einen vorbestimmten Winkel benötigt, und entsprechend der benötigten Zeit wird eine Motordrehzahl bestimmt. Insbesondere wird eine 360 Grad entsprechende benötigte Zeit als ein vorbestimmter Winkel aus Erzeugungszeiten von Kurbelimpulsen eines Kurbelwinkelsensors gemessen, und der Kehrwert der gemessenen Zeit wird beispielsweise mit 60 multipliziert, um die Motordrehzahl zu berechnen. Die auf diese Weise berechnete Motordrehzahl dient als Hauptmotorbetriebsparameter der Motorsteuerung, wie etwa der Kraftstoffeinspritzsteuerung (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Sho 61-277845 und japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 9-264241).

Im Niederdrehzahlbereich des Motors pulsiert jedoch die Motordrehzahl im Vergleich zum Hochdrehzahlbereich, obwohl die Motordrehzahl nicht pulsieren sollte. Daher wird, wenn die Motordrehzahl unter Verwendung einer Zeit berechnet wird, die zur Drehung nur über einen Winkel erforderlich ist, der gleich jenem im Hochdrehzahlbereich ist, eine Motordrehzahl berechnet, die durch die pulsierende Drehung beeinflußt ist, und daher fluktuieren die nacheinander berechneten Motordrehzahlen nach oben und unten. Daher gibt es ein Problem darin, daß, wenn eine berechnete Motordrehzahl, die auf diese Weise durch pulsierende Drehung beeinflußt ist, für die Motorsteuerung verwendet wird, sich dann keine glatte Motorsteuerung erzielen läßt. Dieses Problem ist noch deutlicher bei einem Motor, bei dem die Zündungen in ungleichmäßigen Intervallen stattfinden, wie etwa bei einem V-Motor.

Beispielsweise bei einem Reihenvierzylindermotor, bei dem die Zündung mit normalen gleichmäßigen Abständen erfolgt, erfolgt die Zündung eines Zylinders jede 180 Grad Kurbelwellendrehung, und die Zündung wird in der Reihenfolge wiederholt: erster Zylinder, dritter Zylinder, zweiter Zylinder und vierter Zylinder, gemäß (a) in Fig. 1. Ferner, wie unter (b) in Fig. 1 gezeigt, werden die unterschiedlichen Arbeitstakte, d. i. ein Expansionstakt, ein Auslaßtakt, ein Einlaßtakt und ein Kompressionstakt, synchron zueinander mit Abständen von 180 Grad Kurbelwinkel für alle Zylinder durchgeführt, und ferner sind für 180 Grad Kurbelwinkel die Takte der ersten bis vierten Zylinder über 720 Grad Kurbelwinkel voneinander unterschiedliche Takte. Daher erfolgt innerhalb einer Periode irgendeines 180 Grad-Abstands jeweils ein Expansionstakt, ein Auslaßtakt, ein Einlaßtakt und ein Kompressionstakt bei einem der vier Zylinder, und der gleiche Takt wird nicht gleichzeitig von mehreren Zylindern durchgeführt. Anders gesagt, der Expansionstakt, der die Drehung der Kurbelwelle beschleunigt, weil der Kolben durch den Explosionsdruck unter Druck gesetzt wird, und ein Kompressionshub, der die Drehung der Kurbelwelle verzögert, weil das Einlaßgemisch komprimiert wird, werden mit einem Abstand von 180 Grad gleichzeitig durchgeführt, und so kommt es zu einem relativ guten Ausgleich, wodurch die Drehung der Kurbelwelle relativ gleichmäßig ist. Demzufolge wird die Berechnung der Motordrehzahl weniger durch pulsierende Drehung beeinflußt, außer durch eine Variation unter den Zylindern.

Jedoch erfolgt im Falle eines Vierzylinder-V-Motors die Zündung mit ungleichmäßigen Abständen, obwohl die Zündung in der Reihenfolge erster Zylinder, dritter Zylinder, zweiter Zylinder und vierter Zylinder wiederholt wird, wie unter (a) in Fig. 2 gezeigt. Wenn dort die Zündung des ersten Zylinders bei 0 Grad Kurbelwinkel stattfindet, dann beträgt der Kurbelwinkel von der Zündung des ersten Zylinders zur Zündung des dritten Zylinders 180 Grad; der Kurbelwinkel von der Zündung des dritten Zylinders zur Zündung des zweiten Zylinders beträgt 270 Grad; der Kurbelwinkel von der Zündung des zweiten Zylinders zur Zündung des vierten Zylinders beträgt 180 Grad; und der Kurbelwinkel von der Zündug des vierten Zylinders zur Zündung des ersten Zylinders beträgt 90 Grad. Der Grund hierfür ist, daß obwohl die unterschiedlichen Takte, d. h. der Expansionstakt, der Auslaßtakt, der Einlaßtakt und der Kompressionstakt, mit Abständen von 180 Grad Kurbelwinkel in jedem der Zylinder stattfinden, wie unter (b) in Fig. 2 gezeigt, der erste und der dritte Zylinder und der zweite und der vierte Zylinder um 90 Grad durch Positionsveränderung zwischen den Takten voneinander versetzt sind. In der Periode eines Zyklus, in dem sich die Kurbelwelle zweimal von 0 Grad zu 720 Grad Kurbelwinkel dreht, ist die Anzahl der Zündungen größer in einer Periode der späteren Halbdrehung von 360 Grad bis 720 Grad Kurbelwinkel als in der ersteren Halbdrehung von 0 Grad bis 360 Grad Kurbelwinkel, und daher gibt es eine Periode von 270 Grad vom Zeitpunkt der Zündung des dritten Zylinders zur Zündung des zweiten Zylinders. Daher hat die Kurbelwellendrehung unmittelbar vor der Zündung des zweiten Zylinders eine Verzögerungstendenz. Da im Gegensatz hierzu die Periode vom Zündzeitpunkt des vierten Zylinders zur Zündung des ersten Zylinders nur 90 Grad kurz ist, besteht vor und nach der Zündung des ersten Zylinders eine Beschleunigungstendenz der Kurbelwellendrehung. In der Periode von 0 bis 90 Grad (die mit dem Bezugszeichen A bezeichnete Periode) innerhalb eines Zyklus kommt es zu einer überlappenden Beziehung der Expansionstakte des ersten Zylinders mit dem vierten Zylinder, und die Drehbeschleunigung der Kurbelwelle hat eine zunehmende Tendenz. In der Periode von 360 Grad zu 450 Grad (der mit dem Bezugszeichen B bezeichneten Periode) erfolgt der Expansionstakt bei keinem der Zylinder und der Kompressionstakt nur beim zweiten Zylinder, und demzufolge unterliegt die Kurbelwellendrehung einer Verzögerungstendenz. Im Falle eines Motors mit ungleichmäßigem Zündabstand, wie bei einem Vierzylinder-V-Motor, ist daher das Pulsieren der Motordrehung unterschiedlich zwischen einer Periode der ersten Halbdrehung von 0 Grad bis 360 Grad Kurbelwinkel und der anderen Periode der zweiten Halbdrehung von 360 Grad zu 720 Grad Kurbelwinkel, und insbesondere im Niederdrehzahlbereich besteht daher die Neigung, daß die Berechnung der Motordrehzahl durch das pulsierende Drehen beeinflußt wird.

Wenn man daher versucht, im Niederdrehzahlbereich einen Berechnungsprozeß der Motordrehzahl durchzuführen, der nicht durch pulsierende Drehung beeinflußt ist, dann besteht die Möglichkeit, daß der Berechnungsprozeß kompliziert wird.

Aus der JP 59-226 870 A und JP 61-137 071 A ist es bekannt, bei Niederdrehzahlbetrieb die Drehzahl anders zu berechnen als im Hochdrehzahlbetrieb, um bei niedrigen Drehzahlen Meßfehler durch starke Drehzahlfluktuationen zu vermeiden. Diese bekannten Lösungen waren jedoch nicht immer zufriedenstellend oder waren rechnerisch aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Motordrehzahl- Berechnungsvorrichtung anzugeben, die den Berechnungsprozeß der Motordrehzahl erleichtern kann, ohne durch pulsierende Drehung im Niederdrehzahlbereich des Motors beeinflußt zu werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Motordrehzahl- Berechnungsvorrichtung vorgeschlagen, die eine für eine Drehung um einen vorbestimmten Winkel benötigte Zeit jedesmal mißt, wenn sich die Kurbelwelle des Motors um den vorbestimmten Winkel dreht, und die eine Motordrehzahl entsprechend der benötigten Zeit berechnet, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
ein Unterscheidungsmittel zum Unterscheiden, ob die berechnete Motordrehzahl niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist oder nicht, und
ein Berechnungsmittel das dann, wenn die im vorhergehenden Zyklus berechnete Motordrehzahl niedriger als die vorbestimmte Drehzahl ist, die zur Drehung um den vorbestimmten Winkel benötigte Zeit des vorhergehenden Meßzyklus zu der zur Drehung um den vorbestimmten Winkel benötigte Zeit des momentanen Zyklus addiert und einen vorbestimmten Wert durch das Ergebnis dieser Addition teilt, um die Motordrehzahl zu berechnen, das jedoch dann, wenn die im vorhergehenden Zyklus berechnete Motordrehzahl gleich oder höher als die vorbestimmte Drehzahl ist, ein Mehrfaches der zur Drehung um den vorbestimmten Winkel benötigten Zeit des momentanen Zyklus berechnet und den vorbestimmten Wert durch das Ergebnis dieser Berechnung teilt, um die Motordrehzahl zu berechnen.

Da insbesondere im Niederdrehzahlbereich des Motors der vorbestimmte Wert durch eine Zeit geteilt wird, die zur Drehung über den Winkel gleich dem Mehrfachen des vorbestimmten Winkels erforderlich ist, um die Motordrehzahl zu berechnen, jedoch im Hochdrehzahlbereich des Motors, in dem ein Pulsieren weniger wahrscheinlich auftritt, der vorbestimmte Wert geteilt wird durch den Wert gleich dem Mehrfachen der Zeit, die zur Drehung über den vorbestimmten Winkel erforderlich ist, um die Motordrehzahl zu berechnen, kann die Motordrehzahl ohne Beeinflussung durch Drehpulsieren berechnet werden. Ein solcher Berechnungsausdruck kann gemeinsam für die Berechnung der Motordrehzahl in sowohl dem Niederdrehzahlbereich als auch dem Hochdrehzahlbereich des Motors verwendet werden, wodurch der Berechnungsprozeß der Motordrehzahl erleichtert ist.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Zündzeitpunkte und Arbeitstakte einzelner Zylinder eines Vierzylinder-Reihenmotors;

Fig. 2 Zündzeitpunkte und Arbeitstakte einzelner Zylinder eines Vierzylinder-V-Motors;

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Ausführung der Erfindung;

Fig. 4 ein Flußdiagramm einer Me-Berechnungsoperationsroutine; und

Fig. 5 ein Flußdiagramm einer Ne-Berechnungsoperationsroutine.

Fig. 3 zeigt ein Motorsteuersystem unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Motordrehzahl-Berechnungsvorrichtung. Bei diesem Motorsteuersystem wird ein Kurbelwinkelsensor 3 mit einem Drehelement 1 und einem elektromagnetischen Aufnehmer 2 verwendet. Das Drehelement 1 hat die Form einer Scheibe, die an einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) eines Viertaktverbrennungsmotors vorgesehen ist und durch die Drehung der Kurbelwelle gedreht wird. Zwölf Vorsprünge 4 aus magnetischem Material sind hintereinander als Erfassungsabschnitte mit Abständen von 30 Grad am Außenumfang des Drehelements 1 vorgesehen. Der elektromagnetische Aufnehmer 2 ist in der Nähe des Außenumfangs des Drehelements 1 angeordnet. Wenn sich das Drehelement 1 dreht und einer der Vorsprünge 4 in enge Nachbarschaft zum elektromagnetischen Aufnehmer 2 kommt, erzeugt der elektromagnetische Aufnehmer 2 einen Kurbelimpuls.

Eine ECU (elektrische Steuereinheit) ist mit dem Ausgang des elektromagnetischen Aufnehmers 2 verbunden. Die ECU 5 enthält eine CPU 6, ein RAM 7, ein ROM 8, einen Zähler 9, Ausgabeschnittstellen 10 und 11 sowie einen A/D-Wandler 12. Der Zähler 9 wird durch einen vom elektromagnetischen Aufnehmer 2 ausgegebenen Kurbelimpuls rückgesetzt, und er zählt von einem nicht gezeigten Taktgenerator ausgegebene Taktimpulse zum Erhalt einer Zeit Me eines Erzeugungsintervalls von Kurbelimpulsen durch Zählen der Anzahl erzeugter Taktimpulse. Die CPU 6 führt in Antwort auf eine ansteigende Flanke eines Kurbelimpulses einen Unterbrechungsprozeß durch. Anzumerken ist, daß die CPU 6, das RAM 7, das ROM 8, der Zähler 9, die Ausgabeschnittstellen 10 und 11 sowie der A/D-Wandler alle miteinander durch einen Bus verbunden sind.

Der A/D-Wandler 12 dient zum Wandeln von Analogsignalen von mehreren Sensoren zum Erfassen von Betriebsparametern, wie etwa einem Einlaßrohrinnendruck PB, einer Kühlwassertemperatur TW, einer Drosselöffnung θ_th und einer Sauerstoffkonzentration O₂ im Abgas, die zur Motorsteuerung erforderlich sind, in Digitalsignale. Die CPU 6 bestimmt eine Kraftstoffeinspritzmenge und ein Zündzeit unter Verwendung der Motorbetriebsparameter und einer Motordrehzahl Ne, die durch einen nachfolgend beschriebenen Prozeß berechnet wird, und erzeugt einen Einspritzdüsentreiberbefehl zum Einspritzen der Kraftstoffeinspritzmenge sowie ein Zündzeitsignal, das eine Zündzeit anzeigt.

Die Ausgabeschnittstelle 10 treibt in Antwort auf einen Einspritzdüsentreiberbefehl von der CPU 6 eine Einspritzdüse 13 an. Die Einspritzdüse 13 ist in der Nähe eines Einlaßdurchgangs jedes Einlaßrohrs des Verbrennungsmotors vorgesehen und spritzt bei Betrieb Kraftstoff ein. Die Ausgabeschnittstelle 11 aktiviert in Antwort auf ein Zündzeitsignal von der CPU 6 ein Zündsystem 14.

Bei der oben beschriebenen Konstruktion führt die CPU 6 eine Me- Erfassungsoperation sowie eine Ne-Berechnungsoperation entsprechend einer Unterbrechungsprozeßroutine aus, die vorab in dem ROM 8 gespeichert ist, um die Motordrehzahl Ne zu berechnen.

Die Me-Berechnungsoperation ist eine Operation der Berechnung einer Zeit Me_i, innerhalb der die Kurbelwelle, d. h. das drehende Element 1, sich um 360 Grad dreht. Die CPU 6 führt eine Me-Berechnungsoperation, wie in Fig. 4 dargestellt, gemäß der Unterbrechungsprozeßroutine in Antwort auf eine ansteigende Flanke eines Kurbelimpulses aus, der von dem Kurbelwinkelsensor 3 ausgegeben wird. Insbesondere addiert die CPU 6 zunächst 1 zu einer Variablen n (Schritt S1) und liest und speichert einen Zählwert des Zählers 9 als Zeit Me(n) [sec] (Schritt S2). Der Anfangswert der Variablen n ist 0. Wenn n = 1, ist die Zeit Me(n) gleich Me(1). Nach Ausführung von Schritt S2 unterscheidet die CPU 6, ob die Variable n gleich 12 ist oder nicht (Schritt S3). Wenn n ≠ 12, wird die Me- Berechnungsoperation beendet. Wenn n = 12, wird das im gegenwärtigen Zyklus durch den gegenwärtigen Zeitpunkt gemessene Me_i auf die Zeit Me_i-1 des vorhergehenden Zyklus gesetzt (Schritt S4), wonach die CPU 6 alle Me(1) bis Me(12) gemäß folgender Gleichung addiert, um die Zeit Me_i [sec] des gegenwärtigen Zyklus zu berechnen, und speichert diesen in das RAM 7 (Schritt S5).

Me_i = Me(1) + Me(2) + . . . + Me(11) + Me(12)

Nach Ausführung von Schritt S5 setzt die CPU die Variable n auf 0 zurück (Schritt S6) und beendet die Me-Berechnungsoperation.

Da ein OT-Signal, das ebenfalls den Zeitpunkt anzeigt, wenn der obere Totpunkt des Kolbens in einem bestimmten Zylinder erreicht wird, gewöhnlich von dem Kurbelwinkelsensor 3 ausgegeben wird, kann die Variable n in Antwort auf das OT-Signal auf null rückgesetzt werden.

Mittlerweile wird die Ne-Berechnungsoperation als Unterbrechungsprozeßroutine durch die CPU 6 ausgeführt, und zwar mit einem Timing jeder einzelnen Umdrehung der Kurbelwelle, die mit dem oben beschriebenen OT-Signal synchronisiert ist, oder wenn eine Bedingung vorliegt, in der die Motordrehzahl Ne benötigt wird. Zunächst liest die CPU 6 gemäß Fig. 5 die Motordrehzahl Ne aus, die im vorhergehenden Zyklus durch die gegenwärtige Ne-Berechnungsoperation berechnet ist (Schritt S11), und unterscheidet, ob die Motordrehzahl Ne niedriger als eine vorbestimmte Drohzahl Nref1 ist oder nicht (z. B. 5000 UpM) (Schritt S12).

Ferner, wenn eine gemeinsame Gleichung zur Berechnung der Motordrehzahl Ne sowohl für hohe Drehzahl als auch für niedrige Drehzahl verwendet wird und (Me_i-1 + Me_i) in die Berechnungsgleichung eingesetzt wird, wenn die Drehzahl niedrig ist, wohingegen (2Me_i) in die Berechnungsgleichung eingesetzt wird, wenn die Drehzahl hoch ist, kann die Berechnung der Teilung zum Erhalt der Motordrehzahl Ne gemeinsam für niedrige Drehzahl und auch hohe Drehzahl durchgeführt werden. Insbesondere, wie in Fig. 5 gezeigt, führt die CPU 6 die Schritte S11 und S12 aus, und wenn ein Ergebnis der Unterscheidung in Schritt S12 eine hohe Drehzahl Ne ≧ Nref1 anzeigt, setzt die CPU 6 die Zeit Me_i des momentanen Zyklus zweimal auf eine Zeit Mes (Schritt S21). Wenn jedoch wenn das Ergebnis der Unterscheidung in Schritt S12 eine niedrige Drehzahl Ne < Nref1 anzeigt, addiert die CPU 6 die Zeit Me_i-1 des vorhergehenden Zyklus und die Zeit Me_i des momentanen Zyklus und setzt die Summe auf die Zeit Mes (Schritt S22). Die CPU 6 berechnet die Motordrehzahl Ne [UpM] unter Verwendung der Zeit Mes, die in Schritt S21 oder S22 berechnet ist, gemäß 120/Mes (Schritt S23), wonach deren Steuerung zu Schritt S15 weitergeht, in dem sie die Motordrehzahl Ne in das RAM 7 einspeichert.

Claims

Motordrehzahl-Berechnungsvorrichtung (5), die eine für eine Drehung um einen vorbestimmten Winkel benötigte Zeit (Me_i) jedesmal mißt, wenn sich die Kurbelwelle des Motors um den vorbestimmten Winkel dreht, und die eine Motordrehzahl (Ne) entsprechend der benötigten Zeit (Me_i) berechnet, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
ein Unterscheidungsmittel (S12) zum Unterscheiden, ob die berechnete Motordrehzahl (Ne) niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl (Nref1) ist oder nicht, und
ein Berechnungsmittel (S21, S22, S23), das dann, wenn die im vorhergehenden Zyklus berechnete Motordrehzahl (Ne) niedriger als die vorbestimmte Drehzahl (Nref1) ist, die zur Drehung um den vorbestimmten Winkel benötigte Zeit (Me_i-1) des vorhergehenden Meßzyklus zu der zur Drehung um den vorbestimmten Winkel benötigte Zeit (Me_i) des momentanen Zyklus addiert (S22) und einen vorbestimmten Wert (120) durch das Ergebnis (Mes) dieser Addition (Me_i-1 + Me_i) teilt (S23), um die Motordrehzahl (Ne) zu berechnen, das jedoch dann, wenn die im vorhergehenden Zyklus berechnete Motordrehzahl (Ne) gleich oder höher als die vorbestimmte Drehzahl (Nref1) ist, ein Mehrfaches (2 ×) der zur Drehung um den vorbestimmten Winkel benötigten Zeit (Me_i) des momentanen Zyklus berechnet (S21) und den vorbestimmten Wert (120) durch das Ergebnis (Mes) dieser Berechnung (2 × Me_i) teilt (S23), um die Motordrehzahl (Ne) zu berechnen.