DE2732471A1

DE2732471A1 - Elektronisches motorsteuersystem

Info

Publication number: DE2732471A1
Application number: DE19772732471
Authority: DE
Inventors: John P Lappington
Original assignee: Chrysler Corp
Current assignee: Old Carco LLC
Priority date: 1976-07-28
Filing date: 1977-07-19
Publication date: 1978-02-02
Also published as: CA1076233A; GB1574475A; US4128900A; US4084240A

Description

Elektronisches Motorsteuersystem

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektronische Motorsteuersysteme und befaßt sich insbesondere mit einem Stauersystem, das einen zentralen Mikroprozessor aufweist.

Die Anwendung von elektronischen Steuerungen für Motorsteuersysteme bewirkt erhebliche Verbesserungen des Motorbetriebs. Ein Beispiel dafür ist der Verbrennungsmotor mit magerem Gemisch von Chrysler, bei dem über Eingangssensoren verschiedene Motorbetriebsbedingungen überwacht werden, um exakt den Zündzeitpunkt elektronisch zu steuern. Dadurch wird in bemerkenswerter^T.feise eine verminderte Schadstoffemission und eine verbesserte Brennstoffausnutzung erreicht, ohne daß andere Maßnahmen (zum Beispiel katalytische Konverter, Rezirkulation des teilverbrannten Treibstoffs) nötig wurden, die bislang erforderlich waren bei Verbrennungsmotoren, um die US Federal Emission Standards zu erfüllen, wobei die Brennstoffausnutzung herabgesetzt wurde. Dieser als^MChrysler Electronic Lean Burn Engine" bezeichnete Motor, wie er gegenwärtig von den Chrysler Corporations hergestellt und in den Handel gebracht wird, verwendet verschiedene Analogsensoren und Analogschaltungen zur Konvertierung der Sensorinformation in analoge elektrische Signale, die zur Steuerung des Zündzeitpunktes verwendet werden.

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Daß es wünschenswert ist, digitale anstatt analoge Schaltungen zu verwenden, wurde bislang in MotorSteuersystemen berücksichtigt. Insbesondere machen die neuesten Erfolge in der Mikroprozessortechnologie die Einbeziehung eines zentralen digitalen Mikroprozessors in einem Motorsteuersystem besonders vorteilhaft. In einem System mit einer derartigen Einheit führt der Mikroprozessor Berechnungen aus, die zur Steuerung eines Ereignisses verwendet werden, das dem Betrieb des Motors zugeordnet wird, wobei die Berechnungen gemäß einem elektronisch in einer Programmsehaltung, die betriebsmäßig mit dem zentralen Mikroprozessor verbunden ist, enthaltenen Programms durchgeführt werden.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer neuartigen Ergänzung eines Mikroprozessor-Motorsteuerungssystem, wodurch die Komplexität in der Herstellung, die der Massenproduktion eines derartigen Systems zu eigen ist, beträchtlich vereinfacht wird. Die vorliegende Erfindung sieht die Herstellung einer grundlegenden elektronischen Steuereinheit mit der Mikroprozessormotorsteuerungsschaltung in einer Elektronikfertigungsanlage vor. Die elektronische Steuereinheit kann zum Zeitpunkt der Verpackung in der elektronischen Fertigungsanlage mit irgendeiner von verschiedenen unterschiedlichen Hotormodellen verwendet v/erden, von denen jedes seine eigenen, spezifischen Erfordernisse für eine elektronische Steuereinheit besitzt. Wenn entweder die Hotorherstefl-un-jsfirr.^.a oder die Fahrzeugfirma bestimmen, mit welchem Motor eine gegebene elektronische Steuereinheit verwendet wird,

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wird diese Steuereinheit elektronisch zur Verwendung mit dem vorgegebenen Motor zugeschnitten. Deshalb muß lediglich eine einzige grundlegende elektronische Steuereinheit durch die Elektronikherstellungsfirma hergestellt und in einer nachfolgenden Verarbeitungsstelle (zum Beispiel beim Motorhersteller, beim Zusammenbauer oder beim Zubehördepot) gelagert werden, wobei die speziellen Erfordernisse für verschiedene Motoren leicht verwirklicht werden können.

Die oben erv/ähnten Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen entnommen werden, die im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen zu betrachten sind.

Die Zeichnungen stellen eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung gemäß der im Moment als am günstigsten betrachteten AusfUhrungsweise der vorliegenden Erfindung dar:

Fig. 1 zeigt eine schematische elektronische Darstellung des Motorsteuersystems mit den Grundzügen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine detaillierte schematische Darstellun eines Teils aus Fig. 1;

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Fig. 3 und Fig. U zeigen Impulsfolgendiagramme, die nützlich zur Erklärung des vorliegenden Systems sind.

In den Zeichnungen ist eine beispielhafte, bevorzugte Ausführungsform des Motorsteuersystems 10 dargestellt, das ein Steuersystem für den Zündzeitpunkt des Motors ist, bei dem der Zeitpunkt des Zündfunkens in den Zylindern des Motors gemäß ausgewählten Eingangssignalen, die repräsentativ für die Werte von ausgewählten Betriebsbedingungen sind, gesteuert wird. Kurz gesagt, ist eine übliche Aufnahmespule operativ mit der Kurbelwelle des Motors verbunden, um Triggerimpulse bei vorbestimmten WinkelStellungen der Kurbelwelle zu liefern. Die Triggerimpulse werden aufeinanderfolgend durch eine FiIt er schaltung 14 und eine Begrenzerschaltung 16 zu einer integrierten Eingangs-/Ausgangsschaltung 18 geleitet. Die integrierte Eingangs-/Ausgangsschaltung 18 ist eine Mikroschaltung mit einer Vielzahl-von individuellen Schaltungen, die ein Interface oder einen Buffer zwischen einem integrierten Mikroprozessor 20 und einem integrierten Programmspeicher 22 sowie einem programmierbaren Festwertspeicher 23 (im folgenden als PROM bezeichnet) auf der einen Seite und eine Anzahl von diskreten Schaltungen auf der anderen Seite bildet. Einzelheiten der integrierten Eingangs-/Ausgangsschaltung 18 sind beschrieben in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung P 2714 266 mit dem Titel"Eingangssensorschaltung für eine digitale Motorsteuerung ." Zu den oben beschriebenen diskreten Schaltungen gehören die vorher erwähnte Aufnehmer schaltung, eine Vielzahl

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von Eingangsschaltungen, die Signale liefern, die repräsentativ für ausgewählte Betriebsbedingungen sind, und eine Zündschaltung, über die der Zündfunke in den Zylindern des Motors geliefert wird. Die Zündschaltung besitzt eine Vortreiberstufe 24, eine Ausgangsstufe 26, die betriebsmäßig mit einer üblichen Zündspule 28 mit Primär- und Sekundärwicklungen verbunden ist. Die Sekundärwicklung liegt über den üblichen Verteiler 30 an den Zündkerzen 32 des Motors. Die Primärwicklung ist mit der Ausgangsstufe 26 verbunden. Der Gesamtbetrieb des Systems ist derart, daß in Ansprache auf jeden Triggerimpuls von der Aufnahmespule 12 eine ausgewählte Zündkerze gezündet wird. Der Zeitpunkt der Zündung wird durch den Mikroprozessor 20 gesteuert, der von den ausgewählten EingangsSignalen die genaue Dauer einer Zeitverzögerung berechnet und dann ein Zündsignal an die Vortreiberstufe 24 abgibt, das gegenüber dem Aufnehmertriggersignal um den Betrag der berechneten Verzögerung zeitlich versetzt ist. Die Berechnungen zur Erzeugung des Zeitpunkts der Zündung werden durch den Mikroprozessor 20 durchgeführt, der mit Hilfe eines Programms arbeitet, das durch den integrierten Programmspeicher 22 und PROM 23 gemäß den Grundzügen der vorliegenden Erfindung, wie sie im folgenden im einzelnen beschrieben wird, gebildet wird. Die elektrische Energie für das System wird von einer üblichen Kraftfahrzeugbattene 34 bezogen. Um eine geregelte Spannung von +V Volt für die Mikroprozessorelektronik zu liefern, wird eine übliche Spannungsversorgungschaltung 56 betriebsmäßig wie dargestellt über den KFZ-Zündschr.lter 38 angeschlossen, um von der

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Batterie 34 versorgt zu werden, wenn die Zündung des Wagens eingeschaltet wird. Zusätzlich zu der regulierten Spannung von +V Volt liefert die Spannungsversorgung 36 auch ein Bereitschafts- oder CLEAR-Signal, das zur Bereitstellung des Mikroprozessors 20 verwendet wird, wenn der Zündschalter das erste Mal betätigt wird, um den Motor anzulassen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes elektronisches Motorsteuersystem, das durch den Mikroprozessor 20, den integrierten Programmspeicher 22 und PROM 23 gebildet wird. Der Mikroprozessor 20 ist eine konventionelle Vorrichtung (beispielsweise der Typ CDP 1802D Mikroprozessor der RCA Corporation), der Berechnungen, die zur Bestimmung der Zündzeltpunüsverzögerung in Verbindung mit Jedem Impuls von der Aufnahmespule ^werfet wden, durchführt. Der Betrag der Verzögerung ist eine Funktion von verschiedenen ausgewählten Bedingungen, die durch die Steuerschaltung erfaßt werden, z.B. die Drosselstellung durch einen Drosselstellungübertrager 40, der unter Druck in der Eingangsleitung durch einen Unterdruckübertrager 42 und die Temperatur der Luft, die in den Motor zur Verbrennung eintritt, die durch einen Lufttemperaturthermistor 44 erfaßt wird. Einzelheiten der Sensorschaltungen sind in der oben erwähnten Patentanmeldung offenbart. Der integrierte Programmspeicher 22 ist ein üblicher Festwertspeicher (beispielsweise der ROM der RCA Corporation, Typ CDP 1832D). Programmspeicher 22 wird programmiert, um

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ein vorbestimmtes grundlegendes Zündzeitpunktsprogramm zu liefern, das durch den Mikroprozessor 20 durchgeführt wird. Das Programm wird gemäß den üblichen Programmiertechniken eingerichtet, um die gewünschte Zündzeitpunktsverzögerungsberechnungen auszuführen, die auf den Werten der ausgewählten Eingangsbedingungen, die überwacht werden, beruhen. Jedoch schneidet gemäß der vorliegenden Erfindung PROM 23 das grundlegende Programm in dem Programmspeicher 22 zur Verwendung mit dem speziellen Motor, mit dem das Steuersystem verwendet wird, zu.

Eine detaillierte schematische Darstellung, die eine mögliche Versorgung des PROM 23 von verschiedenen im Handel erhältlichen Standardkomponenten zeigt, ist in Fig. 2 dargestellt; dabei ist in Aussicht genommen, daß in einer Massenproduktion des dargestellten Steuersystems diese oder äquivalente Komponenten in einem einzigen Chip integriert werden. Fig. 2 enthält einen Adressenspeicher 60, ein Flip-Flop 52, einen Dekoder 54, einen PROM 56, einen Tristate-Speicher 58 und eine Ausgangspufferansteuerung Der Adressenspeicher 50 kann zv;ei CD4042 von RCA enthalten, die angeschlossen sind, um eine Adresse von dem Mikroprozessor 20 über die Bits AO, A1, A2, A3, A4, A5_f A6 und A7 einer Adressierbus zu erhalten und dieselbe an PROM zu liefern. Der Betrieb des Speichers (Latch) 50 wird durch die Höhe eines Signals X2 gesteuert, das von dem Flip-Flop 52 an den "Einschaltanschluß¹¹ des Speichers geliefert wird. PROM 56, der IHTEL 2704-Typ, besitzt Datenanschlüsse DO, D1, D2, D3, D4, D5, D6 und D7, über die

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8 Bitdatenwörter eingegeben und von dem Speicher gelesen werden. Die Datenanschlüsse des PROMs 56 sind mit dem Mikroprozessor 20 über eine zweigerichtete Datenbus verbunden, die den Tristatespeicher 58 und die Ausgangspuff eransteuerung (Buffer drive) 60 enthält. Der Tristatespeicher (Tristate latch) 58 kann der RCA-Typ CD4508 und die Ausgangspufferansteuerung 60 ein Paar der Fairchild-Typen 340097 sein. Die Einschalt "Enable" und Takt "clock" -Anschlüsse des Tristatespeichers 58 sind mit Flip-Flop 52 zur Aufnahme der Steuersignale X2 bzw. X1 verbunden; der Einschaltanscbluß der Ausgangspufferansteuerung 60 ist mit dem Dekoder 54 zum Smpfang des Steuersignals X3 verbunden. Das Programm-Spannungssignal, "PROGRAM VOLTAGE", wird direkt an den "program voltage"-Anschluß des PROM 56 geliefert und eine Abschwächung dieses Signals wird durch die Spannungsteilerwiderstände 62 und 64 an den "Chip-Auswahl"-Anschluß geliefert. Das abgeschwächte PROGRAM VOLTAGE-Signal an dem "Chip-Auswahl"-Anschluß kann über den Transistor 01 geerdet werden, der mit dem Flip-Flop 52 verbunden ist. Der Dekoder 54 kann der RCA-Typ CD14555 sein und ist angeschlossen, um die Signale A14 und A15 von dem Mikroprozessor 20 zu dekodieren. Ein MEMORY TIMING-Signal wird ebenfalls von dem Mikroprozessor 20 an den Dekoder geliefert.

Die Daten werden in den Speicher des PROM 56 wie folgt eingegeben. Die Adresse des Datenworts, das gespeichert werden soll, wird von dem Mikroprozessor 20 empfangen und im Adressenspeicher 50 gespeichert. Das Datenwort wird

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von dem Mikroprozessor 20 empfangen und im Tristate-Speicher 58 gespeichert. Das Steuerungssignal, das die Speicherungen der Adresse und des Datenworts verursacht, kommt vom Flip-Flop 52, das gesetzt wird, wenn die Adressenbits A 14 und A15 beide logisch 1 oder high sind. A14 und A15 sind beide nur dann high, wenn neue Daten in den Speicher eingegeben werden sollen. Mit der gespeicherten Adresse und dem Datenwort wird der PROGRAM VOLTAGE-Impuls angelegt, so daß das zwischengespeicherte Datenwort permanent im PROM an der Adressierstelle, die durch die zwischengespeicherte Adresse bezeichnet wird, gespeichert wird. Der Adressenspeicher 50 wird gelöscht, wenn A14 low und A15 high ist, und bei diesem Reset ist der Mikroprozessor direkt mit PROM 56 verbunden. Wenn der Adressierzwischenspeicher 50 gelöscht ist, ist das Signal X3 high, so daß die gespeicherten Daten vom PROM 56 zum Mikroprozessor 20 über die Ausgangspufferansteuerung 60 geliefert werden können. Der Transistor Q1 ermöglicht das Lesen des Speichers durch Erden des "ChipAuswahl"-Anschlusses, wenn der Transistor 0.1 nicht leitend ist, können Daten in den Speicher eingegeben werden.

Die Figuren 3 und k stellen jeweils Zeitdiagramme der· verschiedenen Signale zum Speichern (d.h. Schreiben von Daten) in den PROM und zum Lesen der Daten aus dem PROM dar. Das MEMORY TIMING-Signal wirti durch den Mikroprozessor erzeugt und verhindert, daß Daten eingegeben werden, wenn eine ungeeignete Adresse angegeben wird. Geeignete Spannungsvereorgungen sind für die Schaltung vorgesehen, wenn sie

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auch nicht in den Zeichnungen dargestellt sind. Die Beziehung zwischen den Schaltungen 22 und 23 kann verdeutlicht werden, wenn eine beispielhafte ZUndzeitpunktsgleichung betrachtet wird, die in der Berechnung der Zündzeitpunktsverzögerung beim Auftreten jedes Triggerimpulses der Aufnahmespule verwendet wird. Verzögerung = AF₁ (UPM) + BF₂ (Unterdruck) + CF^ (Drossel) + DF^ (Lufttemperatur) + E

wobei: A, B, C und D Maßstabsfaktoren sind, E eine Regelkonstante,

F₁, Fp» F, und F^ Funktionen von Variablen, und UPM, Unterdruck, Drossel und Lufttemperatur ausgewählte Signalvariable.

Das UPM-Signal wird von der Häufigkeit des Triggersignals von der Aufnahmespule abgeleitet. Das Unterdrucksignal wird abgeleitet von dem UnterdruckUbertrager 42. Das Drosselsignal wird von dem DrosselstellungsUbertrager 40 und das Lufttemperatur-Signal von dem Lufttemperatur-Thermistor abgeleitet. Die Gleichung kann als eine grundlegende Zündzeitpunktsgleichung betrachtet werden, die anwendbar auf alle Motormodelle ist, für die das elektronische Steuersystem eventuell verwendet werden kann. Jedoch aufgrund der speziellen Charakteristiken jedes Motormodells können die verschiedenen individuellen Tenne der Gleichung, wie zum Beispiel AF₁, BFp usw. unterschiedlich für jedes Motormodell sein. Der Vorteil des PROM 23 kann nun erklärt werden.

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Durch Programmierung des Programmspeichers 22 mit einem Programm zur Ausführung der grundlegenden Zündzeitpunktsgleichung ist das System potentiell nützlich bei jedem Motormodell (unter der Annahme, daß bislang keine Daten in den PROM 23 eingegeben wurden). Dies bedeutet, daß die vollständige Steuerungselektronik hergestellt und abgepackt werden kann als eine einzige elektronische Steuereinheit beim Hersteller, ohne daß das Motormodell, mit der die Einheit schließlich verwendet wird, berücksichtigt zu v/erden braucht. Somit stellt der Elektronikhersteller lediglich ein einziges Modell einer elektronischen Steuerungseinheit her und vertreibt diese. Wenn das spezielle Motormodell, mit der eine gegebene elektronische Steuereinheit verwendet v/erden soll, feststeht, wird PROM 23 mit den Daten programmiert, die die speziellen Maßstabsfaktoren, die additive Konstante und/oder die Funktionen dargestellt werden, die typisch für den Motor sind und die vorher bestimmt wurden, um den optimalen Betrieb sicherzustellen.

PROM 23 wird in der folgenden Weise unter Verwendung üblicher Ausrüstungen und Techniken programmiert. Drei externe verbindbare Anschlüsse finden Verwendung zur Programmierung des PROM 23. Diese sind die Datenclock und Programmdaten-Anschlüsse des Mikroprozessors 20 und der Programmspannungsanschluß des PROM 56. Der Datenclockanschluß und der Programmdatenanschlui3 empfangen jeweils DATA CLOCK-Signale und PROGRAM BATA-Signale von der externen Ausrüstung. Ein Programmierbefehl wird zuerst der Reihe nach an den Programmdatenanschluß gegeben, was von dem Mikroprozessor mit der

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Bedeutung erfaßt wird, daß Daten in den PROM einprogrammiert werden sollen. Danach wird die Adresse in den PROM, mit der das Datenwort gespeichert werden soll, aufeinanderfolgend in den Programmdatenanschluß gegeben. Schließlich wird das Datenwort selbst an. den Programmdatenanschluß geliefert. Die Schaltung arbeitet auf diese Eingaben in der oben beschriebenen Weise, so daß die Daten in dem PROM mit der gewünschten Adresse gespeichert sind. Dieser Prozeß v/ird für jede Datenfolge» die gespeichert werden soll, wiederholt. Wenn sie einmal gespeichert sind, können die Daten zu einer geeigneten Zeit in der oben beschriebenen Leise ausgelesen werden» Es soll betont werden, daß der IHTEL PROM 56 MKOS-Speiehertechniken verwendet, so daß die gespeicherten Daten permanent bewahrt werden, auch wenn die Versorgungsspannung abgeschaltet ist. Da es möglich ist, den Speicher dadurch zu löschen, daß man das PROM 56 ultraviolettem Licht aussetzt, sollte die Umgebung der erfindungsgemäßen Vorrichtung diese Möglichkeit ausschließen, so daß die gespeicherten Baien tatsächlich permanent bewahrt werden. Die speziellen Prograiaradaten können eine, mehrere oder alle der folgenden seini Maßstabsfaktoren, additive Konstante und Funktionen. Weiterhin können lineare und nicht-lineare Funktionen prograomiert werden. Nullwerte für spezielle MaßStabsfaktoren können programmiert werden, so daß die entspreximden Terme der Basisgleichung weggelassen werden* Ein bedeutender Vorteil ist demzufolge die Vielseitigkeit der Erfindung. Wenn erst die Prograsjadaten einsal in den PROM 23 eingegeben sind, sind sie ständig permanent und deshalb ist die

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elektronische Steuereinheit nun speziell auf einen besonderen Motor ausgerichtet. Andere bedeutende Vorteile der Erfindung sind, soweit es den Elektronikhersteller betrifft, daß nur ein einziges elektronisches Steuereinheitmodell hergestellt werden muß. Dadurch wird die Komplexität an Teilen sehr stark vereinfacht, da viele spezielle Steuereinheiten für individuelle Motoren nicht erforderlich sind.

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Claims

ANSPRUCHS

(1. ) Elektronisches Steuersystem für Motoren zur Steuerung eines Ereignisses, das mit dem Betrieb des Motors in Zusammenhang steht, gekennzeichnet durch ein zentrales Mikroprozessor-IC, das gemäß einem Programm Berechnungen ausführt, die in der Steuerung des Ereignisses verwendet werden; ein Programmspeicher-IC, das ein Basisprogramm liefert, das durch das zentrale Mikroprozessor-IC ausgeführt wird; und ein programmierbares Festwertspeicheric, das derart programmiert ist, das es das in dem Prograromspeicher-IC enthaltene Basisprogramm mit speziellen Daten versorgt, die typisch für den jeweiligen Motor sind, mit dem das Steuersystem verwendet wird.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 das durch das zentrale Mikroprozessor-IC gesteuerte Ereignis der Zündzeitpunkt des Motors ist.

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ORIGINAL INSPECTED

3· Elektronisches MotorSteuersystem zur Verwendung in einem Motor zur Steuerung eines Ereignisses, das. mit dem Betrieb des Motors in Zusammenhang steht, gekennzeichnet durch ein zentrales Mikroprozessor-IC, das gemäß einem Programm Berechnungen ausführen kann, die zur Steuerung des Ereignisses verwendet werden, ein Programmspeicher-IC, das programmiert ist, um ein Basisprogramm zur Durchführung von dem Zentralmikroprozessor-IC zu enthalten, wenn letzterer das Ereignis steuert; und ein programmierbares Festwertspeicher-IC, das geeignet ist, zur Versorgung des in dem Programmspeicher-IC enthaltenen Basisprogramms mit speziellen Daten für den Motor, mit dem das Steuersystem verwendet werden soll, programmiert zu werden.

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