DE2756211A1

DE2756211A1 - Elektronische motorsteuerung

Info

Publication number: DE2756211A1
Application number: DE19772756211
Authority: DE
Inventors: Frederick W Crall; Earl E Daniels
Original assignee: Chrysler Corp
Current assignee: Old Carco LLC
Priority date: 1976-12-20
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1978-06-22
Also published as: CA1091292A; SE7714419L; FR2374529B1; US4156411A; IT1088745B; AU3180177A; SE430354B; GB1545040A; FR2374529A1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektronische Motorsteuerunyen, insbesondere auf eine neuartige elektronische Schaltung für diese Steuerungen.

Es gibt im Stand der Technik elektronische Motorsteuerkreise, die einen Integrator zur Bildung eines Bezugssignals verwenden, welches die Stellung der Kotorkurbelv/elle anzeigt, und der Integrator wird bei vorgegebenen Kurbelvinkeln des Motors zurückge stellt. Bei einem Acht-Zylinder-Motor wird der Integrator im allgemeinen bei Abständen von 90° zurückgestellt. Der Integratorausgang wird mit einem gewünschten Zeitsignal verglichen, und wenn eine vorgegebene Beziehung zwischen den beiden auftritt, dann wird ein Motorxeitsteuersignal gegeben. Da das erwünschte Steuersignal eine Funktion von einen oder mehreren Parametern ist, die bei der Steuerung dos Motors zweckmäßig sind, wird der

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Motorwinkel oder die Steuerung des Motorzeitsteuersignals dadurch gemäß diesen Eingangsparametern gesteuert.

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine neuartige Motorsteuerung und eine neuartige Schaltung zur Motorsteuerung, welche einen Integrator benutzt, der bei vorgegebenen Kurbelwinke.ln des Motors zurückgestellt wird. Bei Versuchen zum Angleichen bekannter Integratoren an einen Vier-Zylinder-Motor ist eine bemerkenswerte Verschlechterung in der Genauigkeit aufgetreten. Eine Quelle dieser Ungenauigkeit ist die längere Dauer der Integratorperiode. Beispielsweise nimmt beim übergang von einem Acht-Zylinder-System auf ein Vier-Zylinder-System die Periode der Sägezahnwollenform eines Integrators von 9O auf 18O zu. In einer Anlage mit geschlossenem Kreislauf (beispielsweise wie in dem dem Inhaber diocer Anmeldung über sehr iebenen US-Patent 3,885, 534 gezeigt, v/erden Ungenauigkeiten wegen zugeordneter Zeitkonstanten insbesondere unter Ubergangsbedingungen beobachtet. Derartige Schwierigkeiten werden in einem Vier-Zylinöer-Motor wegen seiner stärkeren dynamischen Ansprechung noch vergrößert.

Die Erfindung schafft eine Verbesserung, durch welche diese Ungenauigkeiten stark vermindert oder sogar vollständig ausgeschaltet werden, was die Genauigkeit in der Steuerungsflinkbion günstig beeinflußt. Während diese Erfindung besonders gut für eine Vier-ZyIinder-Maschine geeignet ist, ist doch darauf hinzuweisen, daß die hier offenbarten Grundsätze auch auf andere Motorformen anwendbar sind.

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Die Erfindung v/ird in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offenbart, welche eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, die gegenwärtig für die beste gehalten v/ird. Es zeigen:

Fig. 1 ein elektrisches Schaltscheiaa einer Motorsteueranlage in Ausführung der Grundsätze der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein Schema zur Darstellung der verschiedenen Wellenformen (nicht unbedingt maßstabgetreu) bei bestimmten ausgewählten Punkten des Schaltkreises der Fig. 1, die zur Erläuterung des Schaltbetriebes zweckmäßig sind.

Es v/ird zur Erläuterung in Form eines Beispiels ein die Grundsätze der vorliegenden Erfindung verkörpernder elektronischer Motorsteuerkreis 10 in einen elektronischen Zündzeitsteuersystem für einen Vier-Zylindor-Motor offenbart. Jeder der Zylinder zündet einmal je 720 der Kurbelwellenumdrehung, wodurch je 720 vier Zündungen gegeben sind. Der in Fig. 1 gezeigte Schaltkreis 10 enthält eine Aufnahmevorrichtung 12, einen Integrator 14, eine Vcrgleicherstufe 16, eine Zündstufe 18, einen Rückstell·- und Abtastkreis 20, sowie die übliche Zündspule, den Treiber, Verteiler und die Zündkerzen, die allgemein bei 22 gezeigt sind. Die Aufnalnnevorrichtung 12, welche beispielsweise als eine Vorrichtung nach Hall dargestellt ist, wird von der B+ Energiequelle erregt und zum Betrieb mit der Motorkurbelwelle 24 verbunden, um bei Linie 36 einen Ausgang in der Form eines Viereckwellensignals gleich dem, dr.s zur Veranschaulichung in Fig. 2 oben gezeigt wird^ zu bilden. Die Ausgangssignalwellenform hat bei-

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spielsviGir.G eine Perj.ode entsprechend 180 einer Kurbelwellen-Umdrehung (nämlich 720/4), und jede Periode ist zusammengesetzt aus zwei gleichen Halbbögen entsprechend 90° der Kurbelwellenumdrehung. Der Rückstell- und Austastkreis 20 verbindet die Aufna ladevorrichtung 12, den Integrator 14 und die Vergleicherstufe 16 zum Betrieb miteinander. Der Integrator 14 enthält einen integrierenden Kondensator 56 und einen weiteren Kreis zur Erzeugung einer linearen Ausgangsspannungsrampe. Ein Beispiel eines geeigneten Kreises ist für den Integrator in dem US-Patent 3,885,534 und auch in der US-Anmeldung Scr.-No. 545,274 gezeigt,

dem
die beide/Inhaber der vorliegenden Erfindung überschrieben wurden.

Der integrierende Kondensator 56 wird bei vorgegebenen Kurbelwinkeln des Motors zurückgestellt, wodurch von dem Integrator ein periodisches Ausgangsrampensignal entwickelt wird, das die Gestalt einer Sägezahnwellenform annehmen kann. In den Integrator kreisen des genannten Patents und der Patentanmeldung ist die Spitzenaraplitude des Integrators durch eine geschlossene Schleife geregelt, wodurch ein Sägezahn mit einer Periode gleich 720 /N erzeugt wird, wobei N die Anzahl der Motorzylinder ist, so daß unter Nicht-übergangsbedingungen der Motordrehzahl die Amplitude des SUgezahns zu jedem Zeitpunkt repräsentativ ist für die augenblickliche Winkellage der Motorkurbelwelle. Das Rückstellen des Integrators erfolgt durch Schaltung eines Transistors 26 in den Leitzustand für einen kurzen Augenblick bei vorgegebenen Stellungen der Motorkurbelwelle, um die auf dem Kondensator 26 angesammelte Ladung zu entladen. Dieser Rückstellkreis enthält auch einen Transistor 28, Widerstände 30, 32 sowie einen Kondensator 34, die geraeß dor Darstellung verbunden sind. Unter der Annahme

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daß die Ausgan'jssignalwcllcnform an Leitung 36 hoch ist, ist der Kondensator 34 voll aufgeladen, und der Transistor 28 leitet aufgrund des durch den Widerstand 32 herangeführten Basisstronis. Wenn der Transistor 28 leitet·, wird der Transistor 26 nicht leitend gehalten. Wenn das Viereckwellensignal an Leitung 36 von hoch auf niedrig umschaltet, dann kuppelt der negativ gehende Rand die Ladung des Kondensators 34 kurzzeitig als negativen impuls mit der Basis des Transistors 28 und trennt dadurch diesen Transistor scharf ab. Dementsprechend schaltet der Transistor 26 in den Leitzustand, um den Kondensator 56 zu entladen. Die durch den Kondensator 34 und den Widerstand 32 definierte tfeitkonstante ist derart, daß der Kondensator 34 sich schnell auflädt, uin an der Basis des Transistors 28 eine positive Spannung zu erzeugen und dadurch diesen Transistor in den Leitzustand zurückzuführen und daher den Transistor 26 abzuschalten. Die Zeitkonstante ist derart, daß die Rückstellung selbst bei maximaler Kurbelwellendrehzahl innerhalb eines sehr kleinen Winkclbereichs der Kurbelwellenumdrehung stattfindet. Der nächste Übergang der Viereckwelle von niedrig auf hoch dient zur vollen Wiederaufladung des Kondensators 34, so daß der nächste negativ gehende übergang die nächste Rückstellung verursachen kann. Auf diese Weise werden negativ gehende übergänge des Viereckv/ellensignals an Leitung 36 über den Kondensator 34 gekoppelt, wodurch dar Integrator durch jeden negativ gehenden übergang der Viereckwellc 'zurückgestellt wird.

Der Pchaltkrcvis ?0 enthält zusätzliche Schaiteinrichtungen, die sowohl den Integrator bei jedem positiv gehenden Rand der Vierockv/ollczurückstellen aln auch das Austastmorkmal der vorliegenden

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Erfindung schaffen. Diese Schalteinrichtungen enthalten einen Reihenspannungsteiler mit reihengeschalteten Widerständen 38, 40 und 42, die an eine B+-Quelle gelegt sind, sowie einen Transistor 44, einen Widerstand 45 und einen Kondensctor 46. Der Widerstand 45 verbindet den Kollektor des Transistors 44 mit der positiven Klemme der B+-Quelle und den Kondensator 46, den Kollektor des Transistors 44 mit der Basis des Transistors 28. Die Verbindung der Widerstände 38 und 40 ist an den Ausgang der Aufnahmeeinrichtung 12 bei Leitung 36 angeschlossen. Die Basis des Transistors 44 ist an die Verbindung der Widerstände 40 unci 42 angeschlossen. Diese Anordnung schafft an dem Kollektor des Transistors 44 (d. h. an Leitung 54) eJa Viereckwellensignal ähnlich der zweiten Wellenform in Fig. 2, die eine Umkehrung der Signalwellenform an Leitung 36 darstellt. Der Kondensator 46 koppelt den negativ gehenden Rand der Signalwellenform auf Leitung 54 mit der Basis des Transistors 28, so daß der Transistor 28 in Abhängigkeit von jedem negativ gehenden Rand der Wellenform auf Leitung 54 kurzzeitig aus dem Leitzustand ausgeschaltet wird, um den Integrator 14 zurückzustellen. Es ist somit ersichtlich, daß der Integrator in Abhängigkeit sowohl von dem positiv gehenden als auch von dem negativ gehenden Rand des Wellenformsignals auf Leitung 36 zurückgestellt wird, mit anderen Worten bei jeder Kurbelwellenuindrehung von 90°. Die in Fig. 2 gezeigte dritte Wellenform veranschaulicht das Signal, welches an Leitung 52 erscheint (d. h. an der Basis des Transistors 28) zur Rückstellung des Integrators bei Abständen von 9O° auf der Kurbelwelle. Die Hochfrequenzfilterkondensatoren 43 und 50 sind wie gezeigt angeschlossen.

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Das /iU.star; {.merkmal wird durch Kopplung des Kollektors des Transistors 44 über eine Diode 60 an eine Leitung 58 verwirklicht, welche den Integratorausgang mit einem Eingang der Vergleicherntufe 16 verbindet. Zur besseren Erläuterung des Austastmerkmals der vorliegenden Erfindung sei für den Augenblick angenoi.imen, daß die Kathode der Diode 60 von der Leitung 58 getrennt ist, so daß kein Austasten stattfindet. Die vierte Wellenform der Fig. 2 zeigt dar. sägezahnförmige Ausgangssignal des Integrators, welches unter dieser Bedingung erscheint. Ohne das Austasten hat der Sägezahn eine Periode von 90 , und es \7ürde anstatt bei den richtigen Abständen von 180 einmal je Periode den nichtausgetasteten Sägezahns ein Zündzeitsignal gegeben v/erden.

Es sei nunmehr angenommen, daß die Diode 60 wiederum mit der Leitung 58 verbunden ist, so daß ein Austasten vorhanden ist. Die fünfte Wellenform der Fig. 2 zeigt das Ausgangssignal des Integrators beim Austasten. Diese Wellenform ist die Wellenform des ausgetasteten Sägezahns, bei der abwechselnde Bögen des Sügezahnausgangs des Integrators ausgetastet oder ausgeblendet sind. Diese ausgeblendete Sägezahnwellenform hat eine Periode von 180 , so daß bei dem richtigen Abstand von einmal je Periode des ausgeblendeten Sägezahns ein Zündsignal gegeben wird. Wenn der Transistor 44 nicht leitend ist, wird die Diode 60 durch den Widerstand 45 nach vorn zu dem positiven Anschluß der B+-Quelle beaufschlagt, so daß das Potential an Leitung 58 leicht über dasjenige der Spitze der Sägozahnwollenform hinausgedrückt wird. \te\w\ Ca: Transistor 44 leitend ist, dann wird die Diode 60 umgekehrt beau£r;ch]eic;t, so dal?, das Potential an Leitung 58 dem Siicjezahr. folgt. Auf dies| w-Ig- v,d^a _Sn Leitung 58 die in Fig. 2

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unten gezeigte Signalwellenfonn entwickelt. Somit wird während abwechselnder Halbbögen der Viereckwellenform der Aufnahmevorrichtung eine Funkenzündung verhindert. Anders ausgedrückt, ist eine Zündung nur erlaubt zwischen aufeinanderfolgenden Paaren von Rückstellungen des Integrators.

Die Vergleicherstufe 16 enthält einen Vergleicher 16, einen Kondensator 64 und eine Anzahl von drei Widerständen 66, 68 und 70, die insgesamt gemäß der Darstellung in einem Schaltkreis verbunden sind. Es wird ein gewünschtes Zündzeitsignal, das von einem oder mehreren zur Steuerung der Zündzeit zweckmäßigen Parametern abgenommen wurde, über einen Widerstand 68 an den nicht invertierenden Eingang des Vergleichers 62 herangeführt, und die ausgeblendete Wellenform auf Leitung 58 wird über den Widerstand 66 an den invertierenden Eingang des Vergleichers 62 hereingeführt. Die in Fig. 2 gezeigte fünfte Wellenform veranschaulicht den Vergleich zwischen dem gewünschten Zündzeitsignal und dem ausgeblendeten Sägezahnsignal, wodurch an dem Ausgang der Vergleicherstufe 16 jedesmal dann ein Ausgangssignal gegeben wird, wenn das erwünschte Zündzeitsignal das Signal der ausgeblendeten Wellenform empfängt. Es ist demzufolge ersichtlich, daß die Zündung einmal

je Periode der ausgeblendeten Sägezahnwellenform bei einem Kurbelwinkel des Motors auftritt, der durch die erwünschte Magnitude des Zündzeitsignals bestimmt wird. Im Gegensatz hierzu zeigt die vierte Wellenform (welche die Diode 60 bei Trennung von dem Schaltkreis darstellt), daß ohne Ausblenden die Zündung zv.'einal je Periode der Viereckwelle des Aufnahmenignals auftreten würde.

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Ein bedeutender Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Neigung des Rampensignals gegenüber ihrem Wert in einer Anlage, v/o der Sägezahn eine Periode von 180° hat, erhöht ist. Das bedeutet, daß ein schärferes Abfangen vorgesehen ist, was eine verbesserte Genautfkeit in der Steuerung erbringt, als sonst vorhanden wäre. Ein weiterer Vorteil tritt ein, wenn ein Integrator mit geschlossenem Kreislauf verwendet wird, da die dem Integrator zugeordneten Zeitkonstanten nicht beeinträchtigt zu werden brauchen.

Der verbleibende Teil des Kreislaufs enthält eine Zündstufe mit einem Paar Transistoren 72, 44, einerAnzahl Widerstände 76, 78, 80, 82, 84 und 86, einem Kondensator 88 und einer Diode 90. Es ist ein Sperrkreis mit einem Transistor 92 und einem Widerstand 94 vorgesehen, und alle diese Bestandteile sind gemäß der Darstellung in der Zeichnung verbunden. Das von der Vergleicherstufe 16 gegebene Ausgangssignal hat die Form eines negativ gehenden Impulses, der über den Widerstand 86 und den Kondensator 88 zur entgegengesetzten Beaufschlagung der Diode 90 und zum Abschalten des Transistors 72 gekoppelt ist. Der Anstieg in der Kollaktor spannung am Transistor 72 wird durch den Wideretand 84 herangeführt, um den Transistor 74 in den Leitzuetand zu Behalten und dadurch die Treiberstufe (nicht gezeigt) der Zündspule zu zünden, die wiederum die Zündspule zündet, um über den Verteiler einen Funken an die entsprechende Zündkerze heranführen. Der Anstieg in der Kollektorspannung an dem Transistor 72 macht den Transistor 92 während eines Gegenverweilzeittaktes leitend. Die Leitdauer dey Transistors 72 wird festgelegt über die Gegen-

der Widerstände 76, 78 und den Kondensator

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88, sowie das V-Drehzahlsignal, welches ein analoges Drehzahlsignal ist, das von dem Integrator 14 abgenommen werden kann. Dies stattet den Stromkreis mit einer drehzahlbezogenen Gegenverv/eilzeitcharakterstik aus und ist .zur Sicherung bester Leistung im Betrieb wünschenswert. Wenn der Transistor 72 in den Leitzustand schaltet, dann wird der Transistor 92 abgeschaltet, und der Schaltkreis kehrtvorübergehend in seinen Anfangszustand zurück, um den nächsten Zündimpuls von der Vergleicherstufe 16 zu erwarten.

Während eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung offenbart wurde, sind doch ihre Grundsätze auf andere Ausgestaltungen anwendbar. Es können andere Arten von Aufnahmevorrichtungen und Integratoren verwendet werden. Die Erfindung ist auch bei anderen als Vier-Zylinder-Motoren anwendbar. Sie ist ebenso anwendbar bei anderen Motorsteuerfunktionen als der Zündeinstellung, beispielsweise bei der Brennstoffeinspritzeinstellung. Es ist somit eine neuartige und vielseitige Motorsteuerung mit Schaltkreis geschaffen worden.

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Claims

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P a t e η t η η s ρ r ü c he:

Elektronische Motorsteuerung, bei der ein MotorSteuersignal bei Steuerung mit Bezug auf die Umlaufstellung der Motorkurbelwelle erzeugt wird, gekennzeichnet durch die folgende Kombination:

erste Einrichtungen zur Eildung einer wechselnden Bezugswellenform mit einer Periode entsprechend einem gegebenen Kurbelwellenumlaufbereich und zwei Halbperioden von im wesentlichen gleicher Dauer innerhalb jeder Periode,

zweite Einrichtungen wit einem Integrator zur Erzeugung einer Ausgangsrair.penfunktion,

dritte Einrichtungen zur Kopplung der ersten Einrichtungen und der zweiten Einrichtungen zum Rückstellen des Integrators nach jeder Halbperiode der genannten Bezugswellenform,

vierte Einrichtungen zur Bildung eines Signals, dessen Wert eine Kurbelwellenumlaufstellung darstellt, die eine Funktion von wenigstens einem für die Steuerung des Motors verwendbaren Parameter ist,

fünfte Einrichtungen, die mit den zweiten Einrichtungen und den vierten Einrichtungen gekoppelt sind, um das letztgenannte: Signal mit der Ausgangsrampenfunktion zu vergleichen und das Motorsteuersignal zu erzeugen, wenn eine vorgegebene Beziehung zwischen den beiden auftritt, sowie

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sechste Einrichtunge, die mit den ersten Einrichtungen und den fünften Einrichtungen gekoppelt sind, um die Abgabe des Mo torsteuer signals v/ährend abwechselnder Halbper ioden der Bezugswellenform zu verhindern.
2. Motorsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sechste Einrichtung ein Mittel zum Ausblenden der /vusgarigsrampenf unktion während der genannten wechselnden Halbper ioden der I'ezugswellenform enthält.
3. Motorsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung ein Mittel zur Bildung der wechselnden Wellenform als Viereckv/ellensignal enthält.
4. Elektronische Motorsteuerung, in der ein Motorsteuersignal in gesteuerter Beziehung zur Umlaufstellung der Motorkurbolwelle gegeben wird, gekennzeichnet durch die folgende Kombination:

erste Einrichtungen mit einem Integrator zur Bildung eines Rampenausgang s s ignals,

zv.'eite Einrichtungen, die die Kurbelwelle und die ersten Einrichtungen zuia Betrieb miteinander koppeln, um den Integrator bei vorgegebenen UmlaufStellungen der Motorkurbel-v.'elle zurückzustellen,

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dritte Einrichtungen zur Bildung eines Signals, dessen Viert eine Umlauf stellung der Kurbelwelle darstellt, die eine Funktion wenigstens eines bei der Steuerung des Motors verwendbaren Parameters ist,

vierte Einrichtungen, die mit den ersten Einrichtungen und den dritten Einrichtungen gekoppelt sind, um das zuletzt genannte Signal und das Rampenausgangssignal miteinander 7.U vergleichen und das Motorsteuersignal zu erzeugen, wenn eine vorgegebene Beziehung zwischen diesen beiden auftritt, sowie

fünfte Einrichtungen,die mit den zweiten Einrichtungen und den vierten Einrichtungen gekoppelt sind, um die Abgabe des Motorsteuersignals nur zwischen aufeinanderfolgenden Paaren von Rückstellungen des Integrators zu gestatten.
5. Elektronische Motorsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung Mittel zur Rückstellung des Integrators bei gleichmäßigen Abstanden des Umlaufs der Motorkurbelwelle enthält.
6. Motorsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfl-e Einrichtung Mittel zum Ausblenden des Rampenaus- «janyosigücjls während der Intervalle zwischen den zwei Rückstellungen jedes Paares enthält.
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