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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(a) Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum
Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen.
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(b) Beschreibung des verwandten Sachstandes
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Eine
zunehmend genaue elektronische Steuerung von Maschinen wird gerade
in den vergangenen Jahren verwendet, um das Gesamtmaschinen-Betriebsverhalten
zu verbessern, einen Kraftstoffverbrauch zu verringern, Abgase zu
begrenzen und einen Fahrkomfort zu verbessern. Beispiele von einer
derartigen Steuerung umfassen eine Kraftstoffeinspritzsteuerung,
eine Zündzeitpunktsteuerung
und eine Maschinenfehlzündungssteuerung.
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Um
eine derartige genaue Maschinensteuerung auszuführen, muß ein System und ein Verfahren zum
Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen Maschinenumdrehungs(UpM)-Änderungen,
einen Drehwinkel einer Kurbelwelle und einen Zylinder, in dem eine Fehlzündung auftritt,
genau erfassen können.
In dem herkömmlichen
System und dem Verfahren zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen
sind eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten
Zähnen
auf einem Sensorrad vorgesehen, das mit einer Kurbelwelle verbunden
ist, um sich mit dieser zu drehen. Ein vorgegebener Platz an einer
bestimmten Stelle ist vorgesehen, wo die Zähne auf dem Sensorrad gebildet sind
(d. h. wo die Zähne
fehlen) und der Platz ist so positioniert, daß er als eine Steuerreferenzstelle
verwendet werden kann, die einen oberen Totpunkt (Top Dead Center
TDC) für
einen bestimmten Kolben innerhalb seines Zylinders anzeigt. Von
diesem Punkt wird ein vorgegebener Kurbelwinkel gemessen und in
eine Anzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle umgesetzt.
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Ferner
bestimmt ein Phasensensor, welcher Kolben an dem TDC eines Kompressionshubs
ist, wenn der Kurbelwinkelsensor ein Signal erzeugt und ein Zylinderidentitätssignal
wird bei jeder Drehung einer Nockenwelle erzeugt wird. Auf Grundlage
dieser Information führt
ein Maschinensteuersystem eine Kraftstoffeinspritzsteuerung, eine
Zündzeitpunktsteuerung
und eine Maschinenfehlzündungssteuerung aus.
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1a zeigt
ein Kurbelwinkelsignal-Erfassungsverfahren in dem herkömmlichen
System.
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In
dem in 1a gezeigten Kurbelwinkel-Erfassungsverfahren
wird ein Abstand zwischen einem Zahn und einem Boden eines Raums
zwischen einem benachbarten Zahn des Sensorrads, das mit der Kurbelwelle
verbunden ist, durch einen magnetischen Aufnehmer erfaßt, wobei
ein hoher Wert dem Zahn entspricht und ein niedriger Wert dem Boden des
Raums zwischen den Zähnen
entspricht. Für
den Fall, daß eine
Umdrehung der Maschine 16 Zähnen und einem Platz von zwei
fehlenden Zähnen
entspricht, werden demzufolge Zahnperioden, die bei jeweils 20° erzeugt
werden, beobachtet und wenn eine Zahnperiode größer oder gleich wie zweimal
eine vorangehende Periode ist, wird angenommen, daß eine Periode
eines fehlenden Zahns aufgetreten ist.
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Wenn
bestimmt wird, daß eine
fehlende Zahnperiode aufgetreten ist, wird bestimmt, daß ein bestimmter
Kolben an einem TDC ist. Der Moment, bei dem dies auftritt, wird
als eine Standardstelle verwendet und von diesem Punkt wird eine
Zeit für
eine 180° Kurbelwinkeldrehung
gemessen und diese Information wird verwendet, um eine Anzahl von
Umdrehungen pro Minute (UpM) zu bestimmen.
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1b zeigt
eine Wellenform eines Zylinderidentitätssignals, welches verwendet
wird, um zu unterscheiden, welcher Zylinder an einem Kompressions-TDC
ist.
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Der
Phasensensor ist mit der Nockenwelle verbunden, um ein Zylinderidentitätssignal
bei jeder Umdrehung der Nockenwelle zu erzeugen. Wenn ein niedriger
Wert des Zylinderidentitätssignals
gesetzt wird, um den Kompressionshub eines ersten Zylinders zu bezeichnen,
wird für
den Fall, daß die
fehlende Zahnperiode des Kurbelwinkelsensors erfaßt wird,
während
das Zylinderidentitätssignal
niedrig ist, angenommen, daß der
erste Zylinder auf seinem Kompressionshub den TDC erreicht hat.
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Da
Maschinengeschwindigkeiten abrupt einen gewissen Änderungsgrad
in einem Zustand niedriger Geschwindigkeit oder einem Zustand niedriger
Temperatur erfahren können,
bei denen ein Viskositätswiderstand
des Öls
zunimmt, tritt jedoch ein beträchtlicher
Anstieg, wie eine derartige Änderung in
der Maschinengeschwindigkeit die Bestimmung der fehlenden Zahnperiode
beeinflußt,
auf. Das heißt,
mit derartigen Umständen
in dem Verfahren des Standes der Technik wird ein Verhältnis der
fehlenden Zahnperiode zu der vorangehenden Zahnperioden kleiner
als zwei, so daß die
Zuverlässigkeit
einer Bestimmung der fehlenden Zahnperiode verringert wird.
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Da
ferner bei Fahrzeugen, die Maschinen mit einer kleinen Verschiebung
verwenden, die Anzahl von Zähnen,
die auf dem Sensorrad vorgesehen sind, als Folge von Größenbeschränkungen
verringert wird, sind Kaltstarts nicht möglich.
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DE 196 38 338 A1 lehrt
eine Sensorradanordnung zur schnellen Zylindererkennung bei einer Brennkraftmaschine.
Es werden zwei Geberscheiben bereitgestellt, von denen die eine
auf der Kurbelwelle und die andere auf der Nockenwelle angebracht
ist. Beide Scheiben tragen an ihrer Randkante Zähne, die von Sensoren erfasst
werden, wenn die Scheiben unter den Sensoren durchrotieren. Während die
Kurbelwellenscheibe eine größere Anzahl
von Zähnen trägt, die
von zwei oder drei Lücken
unterbrochen sind und bei denen eine gegebene Korrelation zwischen
den Zähnen
auf der Kurbelwelle und einem Zähler
des vom Sensor abgeleiteten Signals für die Kurbelwellengeberscheibe
existiert, so dass eine eindeutige Zylindererkennung möglich ist,
trägt der
an der Nockenwelle angebrachte Scheibe eine kleinere Anzahl von
Zähnen,
die bestimmte Punkte im Betrieb des Motors in Relation zu Referenzpositionen
anzeigen, in Grad ausgedrückt.
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DE 196 09 857 C2 ist
auf eine ähnliche
Motorsteuerung gerichtet, die ebenfalls zwei Signaldetektoren umfasst,
von denen der eine ein Signal von der Nockenwelle erfasst und der
andere ein Signal von der Kurbelwelle. Das Prinzip der
DE 196 38 338 A1 ist dahingehend
invertiert, dass die Sensorscheibe mit der größeren Anzahl von Vorsprüngen an
der Nockenwelle und nicht an der Kurbelwelle angebracht ist. Von
einem die Vorsprünge
der Zähne
der Nockenwellensensorscheibe erfassenden Sensor wird ein Signal
erzeugt, das ein Winkelpositionssignal beinhaltet, das bei einer
gegebenen Winkelposition der Nockenwelle erzeugt wird, wie auch
ein Zylinderidentifikationssignal, das einem Motorzylinder entspricht.
Die Zylinderidentifikation wird durch eine Vorrichtung durchgeführt, die
Informationen verwendet, die in einem Signal enthalten sind, das
von einem Segment ohne Zähne
auf der Nockenwellensensorscheibe erzeugt wird. Beide Arten von
Signalen von beiden Sensorscheiben werden in die Zylinderidentifikationsvorrichtung
eingegeben. Die Erfassung der Signale dient einer Zylinderidentifikation. Beide
Druckschriften verwenden diese Signale nicht zur Bestimmung von
Drehzahlen zu gegebenen Zeitpunkten.
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DE 195 40 675 C1 lehrt
ein Verfahren zur Momentenschätzung
mittels Drehzahlauswertung an einer Kurbelwelle. Hierbei wird nur
eine einzelne Sensorscheibe auf der Kurbelwelle verwendet. Die Sensorscheibe
enthält
in ihrem Umfang eine Anzahl von Zähnen sowie eine Lücke. An
den gemessenen Zahnzeiten, die vom Sensor erfasst und dann berechnet
werden, wird eine Filterung vorgenommen, um Variationen zu berücksichtigen,
die von der ungenauen Herstellung der Sensorscheibe herrühren, wie auch
Variationen innerhalb des Motorbetriebs. Der Ansatz ermöglicht eine
feiner gestufte Drehzahlbestimmung und damit eine genaue Berechnung
des Motormomentes wobei allerdings keine Auswertung von Zylinderidentitätssignalen
stattfindet.
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DE 42 21 308 C2 beschreibt
noch ein weiteres Motorsteuersystem, welches nicht nur Signalgeneratoren
verwendet, die auf der Nockenwelle bzw. der Kurbelwelle montierte
Scheiben aufweisen, sondern auch einen zusätzlichen Impulssignalgenerator, der
keine Lücken
in der Abfolge von darauf angeordneten Zähnen aufweist und ebenfalls
auf der Kurbelwelle montiert ist. Das davon erzeugte Impulssignal wird
verwendet, um interpolierte Positionsereignisse des Motors zu berechnen,
was als modifiziertes Bezugspositionssignal bezeichnet wird und
Positionen der Kurbelwelle in Grad anzeigt.
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Schließlich stellt
DE 41 33 752 C2 eine
Maschinensteuervorrichtung vor, in der Signale von einem Kurbelwellenwinkelpositionssensor
und einem Nockenwellenpositionssensor verwendet werden. Die Kurbelwellensensorscheibe
weist Lücken
in der Abfolge von Zähnen
auf, was zu einem ebenfalls Lücken
aufweisenden Impulssignal führt.
Zusätzlich kann
ein Nockenwellensensor vorgesehen sein. Die Zylinderidentität kann durch
einen Zylindererkennungsabschnitt erfasst werden, der ein Signal
aus dem Nockenwellensensor
8 und ein bearbeitetes Signal
aus dem Kurbelwellensensor empfängt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wurde in einer Hinsicht durchgeführt, um die obigen Probleme
zu lösen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein
Verfahren zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen bereitzustellen,
bei denen die Zuverlässigkeit
einer Bestimmung einer fehlenden Zahnperiode in Zuständen sowohl
niedriger Geschwindigkeit als auch niedriger Temperatur verbessert
wird und mit denen Kaltstarts möglich
sind.
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Um
die obige Aufgabe zu lösen,
stellt die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zum
Bearbeiten von Kurbelwinkelsignalen bereit. Das System umfasst einen
Kurbelwinkelsensor zum Umwandeln einer Drehung einer Kurbelwelle
in analoge Signale; eine Umschaltschaltung zum Umwandeln der analogen
Signale in Kurbelwinkelsignale; einen Zeitnehmer/Zähler zum
Erfassen einer Anzahl von Impulsen und Zahnperioden der Kurbelwinkelsignale;
und einen Phasensensor zum Umwandeln einer Drehung einer Nockenwelle
in Zylinderidentitätssignale
und zum Ausgeben der Zylinderidentitätssignale. Es ist gekennzeichnet
durch eine elektronische Steuereinheit zum Empfangen der Kurbelwinkelsignale
und der Zylinderidentitätssignale
und zum Verwenden der Signale für
die Bestimmung von Zylinderidentitäten, basierend auf einem Zylinderidentitätssignal
als Referenzposition und einer vorgegebenen Anzahl von Kurbelwinkelsignalen
nach der Referenzposition, und von UpM für Perioden jeder Zylinderidentität, basierend
auf der vorgegebenen Anzahl und dem Zeitraum, den die jeweilige
Zylinderidentität
andauert.
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Gemäß einem
Merkmal der Erfindung umfasst der Kurbelwinkelsensor ein Sensorrad
mit einer Vielzahl von Zähnen,
die an vorgegebenen Intervallen um einen Umfang des Sensorrads herum
gebildet sind, wobei das Sensorrad mit der Kurbelwelle verbunden
ist, und einen magnetischen Aufnehmer zum Erfassen von Änderungen
in einem Magnetfeld, verursacht durch eine Differenz im Abstand
zwischen den Zähnen
des Sensorrads und dem magnetischen Aufnehmer, und zwischen einem
Bodenabschnitt zwischen den Zähnen
des Sensorrads und dem magnetischen Aufnehmer, wobei die Differenz
im Abstand als Folge einer Drehung des Sensorrads auftritt.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung stellt der Zeitnehmer/Zähler Punkte
fest, an denen die Zylinderidentitätssignale, die von dem Phasensensor
ausgegeben werden, eine Invertierung von hohen auf niedrige Zustände oder umgekehrt
durchlaufen, als Referenzpositionen fest, zählt dann beginnend von den
Referenzpositionen und gibt die Impulse der Kurbelwinkelsignale
aus und berechnet eine Zeit, bis eine vorgegebene Anzahl von Impulsen
gezählt
ist, und gibt diese aus.
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Gemäß einem
noch anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung empfängt die
elektronische Steuereinheit die Anzahl von Impulsen der Kurbelwinkelsignale,
die von dem Zeitnehmer/Zähler
ausgegeben werden, identifiziert dann einen Zylinder entsprechend
zu den eingegebenen Impulsen, und berechnet eine Maschinen-Umdrehungszahl
(UpM) auf Grundlage der Zeit, bis die vorgegebene Anzahl von Impulsen,
wie von dem Zeitnehmer/Zähler
bestimmt, gezählt
ist.
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Das
Verfahren umfaßt
die Schritte zum Eingeben eines Kurbelwinkelsignals und eines Zylinderidentitätssignals;
Bestimmen, ob das Zylinderidentitätssignal eine Invertierung
von einem hohen auf einen niedrigen Zustand oder umgekehrt durchlaufen hat;
Feststellen eines Punkts, an dem das Zylinderidentitätssignal
eine Invertierung durchläuft,
als eine Referenzposition; Zählen
einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals nach
der Referenzposition, wenn das Zylinderidentitätssignal eine Invertierung
durchläuft;
und Identifizieren eines Punkts, an dem die vorgegebene Anzahl von
Impulsen des Kurbelwinkelsignals gezählt ist, als einen Punkt, der
einem bestimmten Zylinder entspricht.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Zylinderidentitätssignal
ein Signal mit einem einzelnen kurzen Impuls, ein Signal mit einem Impuls,
der sich über
die Hälfte
einer Periode des Zyklusses erstreckt, oder ein Signal mit zwei
Impulsen von unterschiedlichen Breiten.
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In
einem anderen Aspekt umfaßt
das Verfahren die Schritte zum Eingeben eines Zylinderidentitätssignals,
das von einem Phasensensor ausgegeben wird, und eines Kurbelwinkelsignals
in einem Zeitnehmer/Zähler,
wobei das Zylinderidentitätssignal
ein Signal mit einem einzelnen kurzen Impuls ist; Bestimmen, mit
dem Zeitnehmer/Zähler,
ob der Impuls des Zylinderidentitätssignals eine Invertierung von
niedrig auf hoch durchlaufen ist; Feststellen, ob bestimmt wird,
daß der
Impuls des Zylinderidentitätssignals
eine Invertierung durchlaufen hat, eines Punkts, an dem das Zylinderidentitätssignal
eine Invertierung durchlaufen hat, als eine Referenzposition und
Berechnen einer UpM an diesem Punkt, wobei die Feststellung der
Referenzposition und die Berechnung von UpM in einer elektronischen
Steuereinheit ausgeführt
wird; Zählen
einer Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals mit dem Zeitnehmer/Zähler jeweils
einzeln, wenn das Zylinderidentitätssignal eine Invertierung
durchlaufen hat; Bestimmen, ob die Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals
eine vorgegebene Anzahl erreicht hat; Bestimmen, daß ein bestimmter
Zylinder einen TDC erreicht hat, an einem Punkt, an dem die Anzahl
von Impulsen des Kurbelwinkelsignals die vorgegebene Anzahl erreicht;
und Initialisieren des Zeitnehmers/Zählers, wenn die Anzahl von
Impulsen des Kurbelwinkelsignals, die von dem Zeitnehmer/Zähler gezählt werden,
und ein Ergebnis einer Teilung der Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals während einer
Periode durch eine Anzahl von Zylindern die gleichen sind.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren ferner den
Schritt zum kontinuierlichen Zählen
der Impulse der Kurbelwinkelsignale während einer Periode ohne Initialisieren des
Zeitnehmers/Zählers.
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In
einem noch anderen Aspekt umfaßt
das Verfahren die Schritte zum Eingeben eines Zylinderidentitätssignals,
das von einem Phasensensor ausgegeben wird, und eines Kurbelwinkelsignals
an einem Zeitnehmer/Zähler,
wobei das Zylinderidentitätssignal
ein Signal mit einem Impuls, der sich über eine halbe Periode des
Zyklusses erstreckt, ist; Bestimmen mit dem Zeitnehmer/Zähler, ob
der Impuls des Zylinderidentitätssignals
eine Invertierung durchlaufen hat; Initialisieren des Zeitnehmers/Zählers, dann
Feststellen, mit einer elektronischen Steuereinheit, eines Punkts,
an dem das Zylinderidentitätssignal
eine Invertierung durchläuft,
als eine Referenzposition, wobei die Initialisierung des Zeitnehmers/Zählers und
die Feststellung der Referenzposition ausgeführt wird, wenn bestimmt wird,
daß der
Impuls des Zylinderidentitätssignals
eine Invertierung von niedrig auf hoch durchlaufen hat; Zählen einer
Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals mit dem Zeitnehmer/Zähler, wenn
das Zylinderidentitätssignal
nicht eine Invertierung durchläuft;
Bestimmen, ob die Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals eine
vorgegebene Anzahl für
eine Maschinensteuerung erreicht hat; Bestimmen, daß ein bestimmter
Zylinder den TDC erreicht hat, an einem Punkt, an dem die Anzahl
von Impulsen des Kurbelwinkelsignals die vorgegebene Anzahl erreicht;
Bestimmen, ob die Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals, die
von dem Zeitnehmer/Zähler
gezählt
werden, einer Summe der vorgegebenen Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals
gleicht und ein Ergebnis einer Teilung der Anzahl von Impulsen des
Kurbelwinkelsignals während
einer Periode durch eine Anzahl von Zylindern gleicht; und Bestimmen,
daß ein
nachfolgender Zylinder einen TDC erreicht hat, durch die elektronische
Steuereinheit, an einem Punkt, an dem die Anzahl von Impulsen des
Kurbelwinkelsignals, die von dem Zeitnehmer/Zähler gezählt werden, der Summe gleicht.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung wird in dem Schritt zum Bestimmen
mit dem Zeitnehmer/Zähler,
ob der Impuls des Zylinderidentitätssignals eine Invertierung
durchlaufen hat, eines Punkts, an dem der Impuls des Zylinderidentitätssignals
eine Invertierung von hoch nach niedrig und von niedrig nach hoch
durchlaufen hat, als die Referenzposition festgestellt.
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In
einem noch anderen Aspekt umfaßt
das Verfahren die Schritte zum Eingeben eines Zylinderidentitätssignals,
das von einem Phasensensor ausgegeben wird, und eines Kurbelwinkelsignals
an einen Zeitnehmer/Zähler,
wobei das Zylinderidentitätssignal
ein Signal mit zwei Impulsen mit unterschiedlichen Breiten ist;
Bestimmen mit dem Zeitnehmer/Zähler,
ob der Impuls des Zylinderidentitätssignals eine Invertierung
von niedrig nach hoch durchlaufen hat; Initialisieren des Zeitnehmers/Zählers, Feststellen
eines Punkts, an dem das Zylinderidentitätssignal eine Invertierung
durchläuft,
als eine Referenzposition, und Zählen
einer Anzahl von hohen Werten des Kurbelwinkelsignals, bei denen
das Zylinderidentitätssignal
in einem hohen Zustand ist, wobei das Initialisieren, Feststellen
und Zählen
auftritt, wenn bestimmt wird, daß der Impuls des Zylinderidentitätssignals
eine Invertierung von niedrig nach hoch durchlaufen hat, und wobei
die Referenzposition und die Anzahl von hohen Werten des Kurbelwinkelsignals
an eine elektronische Steuereinheit ausgegeben werden; Zählen einer
Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals zum Steuern der Maschine durch
den Zeitnehmer/Zähler,
wenn das Zylinderidentitätssignal
eine Invertierung von niedrig nach hoch nicht durchläuft; Bestimmen,
ob die Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals eine vorgegebene Anzahl
erreicht hat, um die Maschine zu steuern; Bestimmen, daß ein bestimmter
Zylinder einen TDC erreicht hat, an einem Punkt, an dem die Anzahl
von Impulsen des Kurbelwinkelsignals die vorgegebene Anzahl erreicht;
Ausführen
einer Zylinderidentifikation auf Grundlage (a) der Referenzposition,
die in der elektronischen Steuereinheit gespeichert ist, (b) der Anzahl
von Impulsen des Kurbelwinkelsignals, die gezählt werden, wenn das Zylinderidentitätssignal
in einem hohen Zustand ist, und (c) der Anzahl von Impulsen des
Kurbelwinkelsignals zum Steuern der Maschine; Bestimmen, ob die
Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals, die gezählt werden,
wenn das Zylinderidentitätssignal
in einem hohen Zustand, einer Summe der Anzahl von Impulsen des
Kurbelwinkelsignals zum Steuern der Maschine und einem Ergebnis
einer Teilung der Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals während einer
Periode durch eine Anzahl von Zylindern gleicht; und Bestimmen, mit
der elektronischen Steuereinheit, daß ein nachfolgender Zylinder
zu demjenigen, der in dem Schritt zum Ausführen einer Zylinderidentifikation
identifiziert wird, einen TDC erreicht hat, an einem Punkt, an dem
die Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals, die gezählt werden,
wenn das Zylinderidentitätssignal
in einem hohen Zustand ist.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung wird in dem Schritt zum Ausführen einer
Zylinderidentifikation dann, wenn eine Anzahl von gezählten Impulsen
des Kurbelwinkelsignals während eines
langen hohen Abschnitts des Zylinderidentitätssignals vorhanden ist, ein
Punkt, an dem die Anzahl von Impulsen des Kurbelwinkelsignals eine
vorgegebene Anzahl erreicht, als der Punkt bestimmt wird, wo ein
bestimmter Zylinder einen TDC erreicht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
beiliegenden Zeichnungen, die in die Beschreibung eingebaut sind
und einen Teil davon bilden, illustrieren eine Ausführungsform
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung:
In den Zeichnungen zeigen:
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1a ein
Kurbelwinkelsignal-Erfassungsverfahren in einem herkömmlichen
System und Verfahren zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen;
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1b eine
Wellenform eines Zylinderidentitätssignals,
welches zum Unterscheiden verwendet wird, welcher Zylinder in einem
Kompressions- oder Auslaß-TDC
ist;
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2 ein
Blockschaltbild eines Systems zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4a eine
Wellenform eines Signals gemäß der ersten
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4b eine
Wellenform eines Signals, bei der keine Initialisierung eines Zählers gemäß der ersten
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorhanden ist;
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5 ein
Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Wellenform eines Signals gemäß der zweiten
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 ein
Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen gemäß einer
dritten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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8 eine
Wellenform eines Signals gemäß einer
dritten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend ausführlich unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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2 ist
ein Blockschaltbild eines Systems zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Das
System umfaßt
einen Kurbelwinkelsensor 10 mit einem Sensorrad 11,
das mit einer Kurbelwelle verbunden ist, und einem magnetischen
Aufnehmer 12 zum Ausgeben von analogen Signalen gemäß einer
Drehung des Sensorrads 11; eine Umschaltschaltung 20 zum
Umwandeln der analogen Signale in digitale Signale (d. h. Kurbelwinkelsignale); einen
Zeitnehmer/Zähler 30 zum
Erfassen einer Zahnperiode der Kurbelwinkelsignale und einer Anzahl
von Impulsen; einen Phasensensor 40, der mit einer Nockenwelle
verbunden ist und der ein Zylinderidentitätssignal ausgibt; und eine
elektronische Steuereinheit (ECU) 50 zum Empfangen von
Ausgangssignalen des Zeitnehmers/Zählers 30 und des Phasensensors 40 unter
Verwendung der Signale zum Ausführen
einer Maschinensteuerung.
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Eine
Vielzahl von Zähnen,
die in vorgegebenen Intervallen beabstandet angeordnet sind, sind um
einen Umfang des Sensorrads 11 herum gebildet. Mit der
Drehung des Sensorrads 11 über seine Verbindung mit der
Kurbelwelle werden Änderungen
in einem Magnetfeld zwischen dem Sensorrad 11 und dem magnetischen
Aufnehmer 12 erzeugt. Das heißt, es tritt eine alternierende Änderung
im Abstand zwischen dem äußeren Umfang
des Sensorrads 11 und des magnetischen Aufnehmers 12 als
Folge der Zähne
und Spalte, die auf dem Sensorrad 11 gebildet sind, auf.
Wenn sich das Sensorrad 11 dreht, erzeugt diese Änderung
im Abstand zwischen den Zähnen des
Sensorrads 11 und dem magnetischen Aufnehmer 12 und
zwischen Spalten zwischen den Zähnen des
Sensorrads 11 und des magnetischen Aufnehmers 12 Änderungen
in dem Magnetfeld zwischen den zwei Elementen. Dies wird von dem
magnetischen Aufnehmer 12 erfaßt, der dann entsprechende analoge
Signale ausgibt.
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Die
Umschaltschaltung 20 empfängt die analogen Signale von
dem magnetischen Aufnehmer 12, wandelt die Signale in digitale
Kurbelwinkelsignale um und gibt die Kurbelwinkelsignale aus. Ein
hoher Wert der Kurbelwinkelsignale entspricht den Zähnen des
Sensorrads 11 und ein niedriger Wert der Kurbelwinkelsignale
entspricht den Spalten zwischen den Zähnen des Sensorrads 11.
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Als
nächstes
empfängt
der Zeitnehmer/Zähler 30 die
Kurbelwinkelsignale von der Umschaltschaltung 20 und setzt
Punkte, an denen das Zylinderidentitätssignal, das von dem Phasensensor 40 ausgegeben
wird, sich von hoch nach niedrig und von niedrig nach hoch umwandelt,
als eine Referenzstelle, erfaßt
eine Zahnperiode der Kurbelwinkelsignale und eine Anzahl von Impulsen
nach den Referenzstellen. Unter Verwendung der Zahnperioden und
der Anzahl von Impulsen, die von dem Zeitnehmer/Zähler 30 ausgegeben
werden, führt
die ECU 50 eine Zylinderidentifikation aus und erfaßt eine Maschinenumdrehungszahl
(UpM), wonach die ECU 50 die Maschine steuert.
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Verfahren
gemäß der verschiedenen
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen
werden nachstehend ausführlich
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Die
Verfahren sind diejenigen, die auf das System zum Verarbeiten von
Kurbelwinkelsignalen angewendet werden, wie voranstehend beschrieben. 3 zeigt
ein Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen gemäß einer ersten
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und 4a zeigt
eine Wellenform eines Signals gemäß einer ersten bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die
Wellenform des in 4a gezeigten Signals ist dasjenige
für den
Fall einer 4-Zylindermaschine, bei der Leistungshübe in der
Reihenfolge eines ersten Zylinders, dritten Zylinders, vierten Zylinders und
zweiten Zylinders auftreten. Das Zylinderidentitätssignal wird einmal pro Periode
ausgegeben und eine Periode ist so definiert, wenn die Maschine
einen Zyklus beendet (d. h. wenn sich die Nockenwelle einmal dreht),
und ein Kurbelwinkelsignal-Zählwert (CASCNT)
während
einer Periode ist 36. Da Perioden zwischen 4 TDCs (TDC: oberer Totpunkt)
bei jedem einzelnen Zyklus der Maschine auftreten, tritt auch ein
CASCNT von 9 während
einer Periode zwischen TDCs eines Zyklusses auf. Derartige Perioden zwischen
TDCs beziehen sich auf eine Zeit, von der ein Zylinder einen Leistungshub
ausführt,
bis zu einer Zeit, wenn ein nachfolgender Zylinder einen Leistungshub
ausführt.
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Bei
den Verfahren der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
das Zylinderidentitätssignal,
das von dem Phasensensor 40 ausgegeben wird, und das Kurbelwinkelsignal
an den Zeitnehmer/Zähler 30 im
Schritt S30 übertragen.
Als nächstes
bestimmt der Zeitnehmer/Zähler 30,
ob ein Impuls des Zylinderidentitätssignals sich gerade von niedrig
nach hoch ändert,
wie in 4a gezeigt, im Schritt S31.
Wenn zu dieser Zeit bestimmt wird, daß sich das Zylinderidentitätssignal
gerade von niedrig nach hoch ändert,
dann stellt die elektronische Steuereinheit 50 diesen Änderungspunkt
als eine Referenzposition für
die Berechnung einer Umdrehungszahl (UpM) und eine Zylinderidentität im Schritt
S32 fest. Die in 4a gezeigte Referenzposition
ist der Punkt des unteren Totpunkts (Bottom Dead Center BDC) eines
Kompressionshubs des ersten Zylinders, oder 120° vor TDC.
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Wenn
ferner im Schritt S31 bestimmt wird, daß sich das Zylinderidentitätssignal
gerade nicht von niedrig nach hoch ändert, dann zählt der
Zeitnehmer/Zähler 30 den
CASCNT einzeln im Schritt S33. Als nächstes bestimmt der Zeitnehmer/Zähler 30,
ob der CASCNT eine vorgegebene Anzahl N (d. h. N = 7) ist, im Schritt
S34. Da hierbei die Referenzpositionen an einem ersten Zylinderkompressionshub
BDC im Schritt S32 festgestellt sind, ist der Punkt, an dem N =
7 ist, der Punkt, an dem der erste Zylinder an dem TDC ist, wie
in 4a gezeigt. Wenn demzufolge N = 7 im Schritt S34
ist, dann bestimmt die elektronische Steuereinheit 50,
daß der
erste Zylinder TDC erreicht hat, im Schritt S35. Wenn jedoch in Schritt
S34 N nicht 7 gleicht, dann kehrt der Prozeß zum Schritt S31 zurück.
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Nach
dem Schritt S34 bestimmt der Zeitnehmer/Zähler 30, ob der CASCNT 9 ist,
im Schritt S36, und wenn dem so ist, dann initialisiert der Zeitnehmer/Zähler 30,
so daß der
CASCNT = 0 im Schritt 37 ist, wonach der Prozeß zum Schritt
S31 zurückkehrt. Durch
den gleichen Prozeß wie
voranstehend beschrieben wird von der elektronischen Steuereinheit 50 dann
bestimmt, daß der
dritte Zylinder den TDC erreicht hat, wonach die gleiche Bestimmung
bezüglich
des vierten Zylinders, dann des zweiten Zylinders, durchgeführt wird.
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Deshalb
wird das Zylinderidentitätssignal
wie voranstehend beschrieben verwendet, um Referenzpositionen zu
erhalten, wonach TDC Perioden erfaßt werden, so daß durchschnittliche
Umdrehungsperioden und UpM von jeder Periode zwischen den TDCs berechnet
werden.
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In 4a ist
die Erfassung von Perioden zwischen TDCs jedesmal, wenn der CASCNT
um 9 ansteigt, unter der Annahme gezeigt, daß keine fehlende Zahnperiode
vorhanden ist. Wenn jedoch eine fehlende Zahnperiode vorhanden ist,
ist es möglich, den
Referenzwert im Schritt S36 in anderer Weise festzustellen.
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Wenn
der Phasensensor 40 eine Fehlfunktion ausführt oder
das Zylinderidentitätssignal
nicht erfaßt
wird, kann demzufolge eine grundlegende Maschinensteuerung unter
Verwendung nur des Kurbelwinkelsignals ausgeführt werden.
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Ferner
zeigt 4b eine Wellenform eines Signals,
in dem keine Initialisierung des Zeitnehmers/Zählers 30 gemäß der ersten
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorhanden ist.
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5 ist
ein Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und 6 ist eine
Wellenform eines Signals gemäß der zweiten
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 6 ist ein
Impuls des Zylinderidentitätssignals über einer
halben Periode auf einem hohen Zustand.
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Wenn
in der zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung eine Erfassung des Kurbelwinkelsignals beginnt, wenn
das Zylinderidentitätssignal,
das eine Periode bei jeder einzelnen Umdrehung der Nockenwelle erfaßt, in einem
hohen Zustand ist, kann eine Berechnung einer Zylinderidentität und von
UpM verzögert
werden. Wenn demzufolge, wie in 6 gezeigt,
das Zylinderidentitätssignal während einer
Umdrehung der Maschine hoch wird, dann für eine Maschinenumdrehung niedrig,
ist es möglich,
die Zylinderidentität
und UpM vor dem Abschluß einer
Umdrehung der Nockenwelle in Abhängigkeit
davon, ob sich das Zylinderidentitätssignal von niedrig nach hoch
oder von hoch nach niedrig geändert
hat, zu berechnen.
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Zunächst werden
bei dem Verfahren zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen gemäß der zweiten
bevorzugten Ausführungsform
das Zylinderidentitätssignal,
das von dem Phasensensor 40 ausgegeben wird, und das Kurbelwinkelsignal
an den Zeitnehmer/Zähler 30 im
Schritt S50 übertragen.
Als nächstes
bestimmt der Zeitnehmer/Zähler 30,
ob ein Impuls des Zylinderidentitätssignals, das in 6 gezeigt
ist, sich invertiert, im Schritt S51. Wenn im Schritt S51 der Impuls
des Zylinderidentitätssignals sich
gerade von niedrig nach hoch ändert,
wie in 6 gezeigt, dann initialisiert der Zeitnehmer/Zähler 30 so,
daß CASCNT
= 0 ist, und die elektronische Steuereinheit 50 stellt
den Punkt einer Änderung
als eine Referenzposition im Schritt S52 fest. Die in 4a gezeigte
Referenzposition ist der Punkt eines unteren Totpunkts (BDC) im
Kompressionshub des ersten Zylinders.
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Wenn
nach der obigen Prozedur ein nachfolgender Impuls des Kurbelwinkelsignals
und eines entsprechenden Zylinderidentitätssignals dem Zeitnehmer/Zähler 30 im
Schritt S50 eingegeben wird, dann wird, da der Impuls des Zylinderidentitätssignals
nicht invertiert wird, eins zu dem CASCNT im Schritt S53 addiert.
Als nächstes
bestimmt der Zeitnehmer/Zähler 30 im
Schritt S54, ob der Wert von CASCNT 7 ist und wenn dem so ist, dann
ist der erste Kolben an dem TDC und diese Information wird in der elektronischen
Steuereinheit 50 gespeichert, um den Zylinder zu identifizieren.
Demzufolge werden die Referenzposition und CASCNT = 7 in der elektronischen
Steuereinheit 50 gespeichert. Wenn die Referenzposition
an einem Punkt ist, wo sich der Impuls des Zylinderidentitätssignals
von niedrig nach hoch ändert,
wie in 6 gezeigt, dann bestimmt die elektronische Steuereinheit 50,
daß der
erste Zylinder an diesem Punkt TDC erreicht hat, im Schritt S55.
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Nachdem
der erste Kolben TDC erreicht, wird im Schritt S56 eine Zählung ausgeführt, bis
CASCNT = N + 9 ist. Wenn diese Information an die elektronische
Steuereinheit 50 übertragen
wird, wird eine Information darüber,
daß die
Referenzposition an dem Punkt ist, wo sich der Impuls des Zylinderidentitätssignals
von niedrig nach hoch ändert,
und eine Information von CASCNT = N + 9 der elektronischen Steuereinheit 50 eingegeben,
so daß bestimmt
wird, daß der
dritte Zylinder TDC erreicht hat, wie in 6 gezeigt.
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Danach
wird der Punkt, an dem sich das Zylinderidentitätssignal von hoch nach niedrig ändert, wieder
als die Referenzposition eingerichtet und der obige Prozeß wird erneut
ausgeführt.
Infolgedessen kann der vierte Zylinder und der zweite Zylinder identifiziert
werden und die Periode zwischen den TDCs wird erfaßt, so daß UpM erhalten
werden kann.
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7 ist
ein Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und 8 ist eine
Wellenform eines Signals gemäß der dritten
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In der in 8 gezeigten
Wellenform weist das Zylinderidentitätssignal zwei Impulse mit unterschiedlichen
Breiten während einer
Periode auf.
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Im
Gegensatz zu der ersten bevorzugten Ausführungsform wie in den 4a und 4b gezeigt,
bei der eine Berechnung einer Zylinderidentität und einer UpM anfänglich bis
zu dem Maximum von zwei Umdrehungen der Kurbelwelle verzögert wird, ist
es in dieser Ausführungsform
möglich,
die Referenzposition zum Berechnen einer Zylinderidentität und einer
UpM innerhalb einer Umdrehung der Kurbelwelle festzustellen, da
ein Zylinderidentitätssignal mit
einem Impuls mit zwei unterschiedlichen Breiten verwendet wird.
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Zunächst wird
im Schritt S70 das Zylinderidentitätssignal, das von dem Phasensensor 40 ausgegeben
wird, und das Kurbelwinkelsignal an den Zeitnehmer/Zähler 30 übertragen.
Als nächstes
bestimmt der Zeitnehmer/Zähler 30,
ob sich das Zylinderidentitätssignal
von niedrig nach hoch ändert,
im Schritt S71. Wenn als nächstes
im Schritt S72 bestimmt wird, daß sich das Zylinderidentitätssignal
gerade von niedrig nach hoch ändert,
dann initialisiert der Zeitnehmer/Zähler 30 den CASCNT
und stellt diesen Punkt (einer Initialisierung) als eine Referenzposition
fest und zählt
eine Anzahl von hohen Werten des Kurbelwinkelsignals (CYLCNT), bei
denen das Zylinderidentitätssignal
in einem hohen Zustand ist, wonach der Zeitnehmer/Zähler 30 diese
Information an der elektronischen Steuereinheit 50 bereitstellt.
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Wenn
im Schritt S71 das Zylinderidentitätssignal sich nicht von niedrig
nach hoch ändert,
dann erhöht
der Zeitnehmer/Zähler 30 einen
Wert des CASCNT jeweils um einen Schritt im Schritt S73. Als nächstes bestimmt
der Zeitnehmer/Zähler 30 im Schritt
S74, ob der Wert des CASCNT eine vorgegebene Anzahl N (d. h. N =
7) ist, wonach diese Information in der elektronischen Steuereinheit 50 gespeichert
wird.
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Demzufolge
umfaßt
die Information, die in der elektronischen Steuereinheit 50 gespeichert
ist, die Referenzposition und die Werte des CYLCNT und CASCNT. Die
elektronische Steuereinheit 50 verwendet diese Information,
um im Schritt S75 eine Zylinderidentität zu bestimmen. Das heißt, wenn
sich ein großer
Wert für
den CYLCNT ergibt, bestimmt die elektronische Steuereinheit 50,
das der erste Zylinder TDC erreicht hat, unter Verwendung des CASCNT,
der zu dieser Zeit gespeichert wird.
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Wenn
als nächstes
der Wert des CASCNT N + 9 in dem Zeitnehmer/Zähler 30 im Schritt
S76 wird, dann wird diese Information an die elektronische Steuereinheit 50 ausgegeben,
so daß bestimmt
wird, daß der
dritte Zylinder am TDC ist. Ferner erfaßt der Zeitnehmer/Zähler 30 den
Punkt, an dem der CASCNT Wert N + 9 wird, an einer Periode zwischen TDCs
und gibt diesen an die elektronische Steuereinheit 50 aus.
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Für den Fall,
daß sich
ein kleiner Wert der CYLCNT im Schritt S72 ergibt, bestimmt die
elektronische Steuereinheit, wie in 8 gezeigt,
daß der vierte
Zylinder TDC erreicht hat, wenn der Wert des CASCNT im Schritt S74
N wird, und bestimmt, daß der
zweite Zylinder TDC erreicht hat, wenn der Wert des CASCNT N + 9
wird.
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In
dem System und Verfahren zum Verarbeiten von Kurbelwinkelsignalen
der vorliegenden Erfindung wie voranstehend beschrieben, ist eine
zuverlässige
UpM Erfassung und eine Zylinderidentifikation möglich, da Referenzpositionen
unter Verwendung von Zylinderidentitätssignalen festgestellt werden.
Dies ermöglicht
eine genauere Steuerung in Zuständen
mit niedriger Geschwindigkeit und während Kaltstarts.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlich
voranstehend beschrieben worden sind, sei deutlich darauf hingewiesen,
daß viele
Variationen und/Modifikationen der hier gelehrten grundlegenden
erfinderischen Konzepte, die einem Durchschnittsfachmann in dem technischen
Gebiet einfallen können,
noch in den Grundgedanken und den Umfang der vorliegenden Erfindung,
wie in den beigefügten
Ansprüchen
definiert, fallen.
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Zum
Beispiel kann sich der Wert des CASCNT gemäß der Anzahl von Zähnen auf
dem Sensorrad 11 ändern
und der N Wert kann sich gemäß der Situation
und dem System ändern.
Ferner ist es möglich,
daß die
elektronische Steuereinheit 50 eine Eingabe des Zylinderidentitätssignals,
das von dem Phasensensor 40 ausgegeben wird, empfängt, um die
Referenzposition zu bestimmen. Schließlich können Löcher in dem Sensorrad 11 anstelle
von Zähnen vorgesehen
sein und die Löcher
von einem unterschiedlichen Typ von Sensor erfaßt werden.