DE2900111A1

DE2900111A1 - Einrichtung, insbesondere zum steuern der zuend- und/oder kraftstoffeinspritzvorgaenge bei brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2900111A1
Application number: DE19792900111
Authority: DE
Inventors: Edmund Jeenicke; Winfried Dipl Ing Kloetzner; Clemens Ing Grad Meichle; Manfred Ing Grad Schenk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-01-03
Filing date: 1979-01-03
Publication date: 1980-07-24
Also published as: DE2900111C2

Description

R. 5175

27.II.1978 Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Einrichtung, insbesondere zum Steuern der Zünd- und/oder K^aftstoffeinspritzvorgänge bei Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Mikroprozessoren enthaltende Steuereinrichtungen in Kraftfahrzeugen sind z.B. bereits aus folgenden Literaturstellen bekannt:

Electronics, January 2O₃ 1977, Seite 102 ff, Electronic Design 1, January 4, 1977> Seite 34 ff, Elektronik, 1977, Heft 4, Seite 48 ff, SAE-Paper Nr. 75Ο 432, Application of Microprocessors to the Automobile, Seite 65 ff, etz-b, Band 28, 1976, Heft 15, Seite 496 ff, Computer, August 1974, Seite 33 ff-

030030/0022

29ObI11

Weiterhin sind fest verdrahtete Rechner zur Steuerung von Vorgängen im Kraftfahrzeug, bzw. in der Brennkraftmaschine, z.B. aus der DE-PS 2 504 843 (US-PS 4 063 539) bekannt. Ein solcher fest verdrahteter Rechnest? hat gegenüber einem Mikroprozessor-System den Nachteil sohlechterer Variabilität, während die bekannten Mikroprozessor-Systerne in Abhängigkeit von der notwendigen Eingabe/AÜögabe-Einheit und der davon wiederum abhängigen notwendigen Speicherwerte im Pestspeicher aufgrund aufwendiger Programme zur Auf*- bereitung und Verarbeitung der extern angelegten Signale mehr oder weniger langwierige und damit langsame Rechenprozesse ausführen müssen, die insbesondere bei höheren Drehzahlen eine Beschränkung auf Kosten der Rechengenauigkeit erfahren müssen, oder sie müssen eine entsprechend hohe Anzahl von bits aufweisen, insbesondere für die Kraftstoffeinspritzung, bei der üblicherweise mehr als 8 bit benötigt werden.

In den deutschen Patentanmeldungen P 27 32781.7 und P 28 34 796.8 sind bereits Eingabe/Ausgabe-Einhöiten beschrieben, in der verschiedene Rechenoperationen ablaufen. Auf die speziellen Probleme bei der Erkennung von Parametergrenzwerten ist jedoch nicht näher eingegangen»

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß durch weitgehende \ferlagerung von Rechenoperationen₉ insbesondere Zählvorgängen, in die Eingabe/Ausgabe-Einheit das Mikrorechner-System mit einer geringeren Bit-Zahl ausgelegt werden kann, insbesondere 8 bit. Dabei kann die Erkennung eines Parametergrenzwerts, z.B. die Unterschreitung einer

030030/0022

Grenzdrehzahl, sowohl für die Zündung, wie auch für die Einspritzung oder die Getriebesteuerung verwendet werden. Die Eingabe/Ausgabe-Einheit ist leicht integrierbar und ermöglicht den programmgesteuerten Ablauf von Vorgängen, insbesondere der Variation dieses Grenzwerts, für die Mikroprozessoren der heutigen Generation noch nicht geeignet sind, bzw. eine zu aufwendige bit-Struktur aufweisen müßten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Zählvorrichtung zur Ermittlung eines Grenzwerts doppelt auszunutzen und ihn programmgesteuert auch als Prequenzgenerator mit frei programmierbarer Frequenz einzusetzen. Die Umschaltung erfolgt dabei durch eine vom Mikroprozessor gesteuerte Umschaltvorrichtung. Diese erzeugte Frequenz läßt sich entweder in der Eingabe/Ausgabe-Einheit selbst vorteilhaft einsetzen oder kann separaten Baugruppen wie z.B. einer elektronischen Getriebesteuerung zugeführt' werden, wo solche frei programmierbaren, -bzw. wählbaren Frequenzen benötigt werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Mikroprozessor-Systems für eine Brennkraftmaschine, Fig. das Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels.

030030/0022

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Mikrorechner-* Sys tem ist ein Mikroprozessor 10 mit einem Arbeitsspeicher (ftAM) 11, mit einem Pestwertspeicher (ROM, PROM oder EPROM) 12 sowie mit einer Eingabe/Aus gäbe-Einheit 13 über einen Datenbus 1*} und einen Adressenbus 15 verbunden. In Abhängigkeit von dem zu übertragenden Informationsgehalt, bzw. in Abhängigkeit von der Anzahl der anwählbaren Adressen kann ein solcher Datenbus 14 z.B. aus drei Einzelleitungen bestehen. Ein die Bauteile 10 bis 12 verbindende Lese-Befehlsleitung 16 ist über eine Klemme 17 mit der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 verbunden und dient dazu, anliegende oder gespeicherte Informationen abzurufen. Eine die Bauteile 10, 11 verbindende Schreib-Befehlsleitung 18 ist über eine Klemme 19 ebenfalls mit der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 verbunden und dient dazu, Informationen in Zwischenspeicher einzulesen. Eine Programmunterbrechungs-Befehlsleitung (Interrupt) 20 führt von der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 über eine Klemme 21 zum Mikro- . prozessor 10. Diese Leitung dient dazu, bei Vorliegen bestimmter Informationen ein gerade im Mikroprozessor ablaufendes Programm zu unterbrechen. Von einer Rücksetzschaltung 22 führt eine Lösch-Befehlsleitung (Clear) 23 zur Eingabe/ Ausgabe-Einheit und zum Mikroprozessor 1Ö. Sie dient dazu, bestimmte Anfangsbedingungen, z.B. bei einem Programmbeginn, zu schaffen. Ein Frequenzgenerator 24 ist mit dem Mikroprozessor 10 verbunden. Vorzugsweise eine daraus durch Teilung gewonnene Frequenz wird über die Klemme 25 der Eingabe/Ausgabe-Einheit zugeführt. Eine eine Versorgungsspannung führende Klemme 26 ist mit einer Spannungsstabilisierungsschaltung 27 verbunden, deren stabilisierte Ausgangs* spannung einer Klemme 28, sowie sämtlichen Bauelementen zugeführt ist, die Elektronik beinhalten.

03003070022

.S-

Eine Eingangsschaltung 29 weist sieben Eingänge 30 bis 36 auf, die mit externen Signalgebern verbunden sind. Dadurch wird der jeweilige Zustand, z.B. einer Brennkraftmaschine an das Bechensystem gemeldet. Eine mit den Eingängen 30» verbundene Geberanordnung 37 besteht aus einer vorzugsweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenen Zahnscheibe 370, auf der umfangsseitig eine Vielzahl von Zähnen 371 angebracht sind. Diese Zähne werden durch einen ersten Aufnehmer 372 abgetastet, indem jeder ferromagnetische Zahn in diesem induktiven Aufnehmer 372 eine Flußänderung hervorruft, die ein Spannungssignal zur Folge hat. Die dadurch erzeugte drehzahlabhängige Signalfolge wird dem Eingang 30 zugeführt. Statt ferromagnetischer Zähne können auch andere Marken vorgesehen sein, die durch andere Aufnehmer abtastbar sind. So kann z.B. die Scheibe in Umfangsrichtung streifenförmig magnetisiert sein oder eine Lochanordnung aufweisen, die durch optische Vorrichtungen abtastbar ist. Eine Bezugsmarke 373 ist ebenfalls auf der Scheibe 370 angeordnet. Diese Bezugsmarke 373 kann natürlich auch auf einer anderen Scheibe oder einem anderen Drehteil angeordnet sein. Die Bezugsmarke 373 wird von einem zweiten Aufnehmer 374 abgetastet und das Bezugsmarkensignal dem Eingang 31 zugeführt. Weitere Informationen der Brennkraftmaschine, bzw. des Fahrzeugs liegen als Versorgungsspannung U, Temperatur T, angesaugte Luftmenge L, Stellung des Drosselklappenschalters 38 und Stellung des Startschalters 39 an den Eingängen 32 bis 36 an. Die Zahl dieser weiteren Informationen ist noch beliebig erweiterbar und nicht auf die dargestellten Informationen beschränkt. Die dargestellten sieben Eingangsinformationen an den Eingängen 30 bis 36 werden in der Eingangsschaltung aufbereitet, entstört und soweit erforderlich, digitalisiert. Ausgangs-

030030/0022

Woo Hi

- f- . I

seitig werden diese Informationen über die Klemmen 40 bis 46 der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 zugeführt. Sofern Informationen an der Eingangsschaltung 29 in analoger Form vorliegen, werden sie durch einen in der Eingangsschaltung 29 enthalte" nen Analog-Digital-Wandler, z.B. einen VGO (voltage controlledoscillator), in Frequenzen umgewandelt. Eine Signalaufbereitung kann z.B. mit Hilfe von Schmitt-Triggern erfolgen* Zur Entstörung können an sich bekannte Entprell-Schaltungen sowie Schaltungen zum Schutz gegen Überspannung eingesetzt werden.

Zwei Endstufenausgänge der Eingabe/Ausgabe-Einheit sind über Klemmen 47, 48 mit Schaltendstufen 49, 50 verbunden* die als Zündungsendstufen ausgebildet sind. Solche Zündungsendstufen enthalten in bekannter Weise einen Halbleiterschalter im Primärstromkreis einer Zündspule, in deren Sekundärstromkreis wenigstens eine Zündstrecke 51» 52> bzw* 2Ünd"^w kerze geschaltet ist. Eine weitere Schaltendstufe 54 zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung über vier darge- ' stellte Einspritzdüsen 55 bis 58 ist ebenfalls mit der Eingabe/Aus gäbe-Einheit 13 verbunden. Schließlich is,t noch eine Ausgangsklemme 59 vorgesehen, an der eine frei programmierbare Ausgangsfrequenz anliegt, wie sie¹ z.B. für elektronische Getriebesteuerungen benötigt Wird.

Die Wirkungsweise des dargestellten, an sich bekannten Kikroprozessors-Systems ist bekannt und vielfach in der Literatur beschrieben. Neben dem eingangs genarinten Stand der Technik sei in diesem Zusammenhang vor allem auf die Gebrauchshandbücher der verschiedenen Mikroprozessor-Hersteller verwiesen, in denen detalliert "sowohl der Aufbau und die Besehaltung der einzelnen Bausteine, wie auch deren Wirkungsweise und Programmierung beschrieben ist. Aufbauvarianten und Schaltungs-

030030/0022

möglichkeiten, bzw. -Vorschläge sind sehr detalliert angegeben. Als Beispiel sei auf die Handbücher der Firma RCA "User Manual for the CDP 1802 Cosraac Microprocessor MPM-201A" und "RCA, Integrated Circuits, SSD-210, 4-76" verwiesen.

Im Rahmen eines im Pestwertspeicher 12 gespeicherten Programms werden vom Mikroproezosser 10 extern an der Eingabe/ Ausgabe-Einheit 13 anliegende Informationen im Zusammenhang mit fest gespeicherten Informationen verarbeitet. Das errechnete Ergebnis, im vorliegenden Fall die Signale zur Steuerung von Zündung und Einspritzung, werden den Schaltendstufen 49, 50, 54, weitergegeben zur Ausführung der gewünschten Schaltbefehle. Endergebnisse und Zwischenergebnisse werden zum Teil im Arbeitsspeicher 11 zwischengespeichert, um dann bei Bedarf durch den Mikroprozessor wieder abgerufen zu werden.

Die Anzahl der verwendeten Mikroprozessoren, Festwertspeicher und Arbeitsspeicher ist nicht gemäß der Darstellung beschränkt, sondern kann in Abhängigkeit der zu,verarbeitenden Informationen, dem Umfang des Programms und dem Umfang der gespeicherten Daten beliebig erweitert werden. Diese Anzahl hängt natürlich auch vom jeweils verwendeten Bauteiltyp ab, bzw. von dessen Arbeits- und Speichermöglichkeiten.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine mit einer Taktfrequenz fx beaufschlagte Klemme 60 mit dem Takteingang C eines Zählers 61 verbunden, dessen Zahleneingänge über einen Zwischenspeicher 62 mit dem Datenbus 14 verbunden sind. Der Übernahmeeingang des Zwischenspeichers 62 wird über eine Klemme 6j> gesteuert. Die mit der Drehzahlsignalfolge beaufschlagte Klemme 40

030030/0022

ist über eine Umsehaltvorriehtung 64 mit dem Setzeingang (Preset Enable) des Zählers 6l verbunden. In einer Zweiten Schaltsteilung der Umsehaltvorriehtung 6k ist dieser Setzeingang PE über ein D-Flipflop 67 mit dem überlaufausgang CO (Carry Out) des Zählers 6l verbunden. Der Ausgang des D-Flipflops 67 ist weiterhin mit einer Ausgangsklemme 59 und.mit dem Eingang eines UND-Gatters 65 verbunden, dessen Ausgang zur Steuerung der Interrupt-Funktion mit der Klemme 21 verbunden ist. Eine Steuerklemme 66 ist sowohl mit dem Steuereingang der Umsehaltvorriehtung 64, wie auch mit einem weiteren Eingang des UND-Gatters 65 verbunden. Der Takteingang des Flipflops 67 ist mit einer Klemme 68 verbunden^ an die eine Taktfrequenz angelegt ist, z.B. die Grundtaktfrequenz fo. ·

Die Schaltung gemäß dem in Fig..2 dargestellten Aüsführungsbeispiel ist in der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 enthalten. Diese Einheit enthält natürlich noch weitere, hier nicht näher dargestellte Bauelemente zur Steuerung von Zündung und· Einspritzung, wie dies z.B. im eingangs angegebenen Stand der Technik näher dargestellt und beschrieben ist.

Die Wirkungsweise des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels wird im folgenden anhand des in Fig» 3 dargestellten Signaldiagramms erläutert. Voraussetzung für das Funktionieren der einzelnen Befehle vom Mikroprozessor ist ein Programmsteuerwerk, vorzugsweise als Dekodidreinrichtung ausgebildet, das nach einem im Festwertspeicher 12 (ROM) gespeicherten Programm die einzelnen Bauelemente steuert. Solche Steuersignale liegen an den Klemmen 63, 66 an. Ein solches, als Dekodiereinrichtung ausgebildetes Programmsteuerwerk ist bei allen Mikrorechnern notwendig und aus dem eingangs angegebenen Stand der Technik bekannt.

- 9 030030/0022

Liegt an der Klemme 66 als Steuerbefehl ein 1-Signal an, so ist die Umschaltvorrichtung 6k in der in Fig. 2 gezeichneten Schaltstellung. Jedes Drehzahlsignal U^O setzt demzufolge den Zähler 6l auf den im Zwischenspeicher 62 vorliegenden Zahlenwert Zl. Der als Abwärts zähler geschaltete Zähler 6l zählt von diesem Zahlenwert Zl an mit den Taktsignalen fx abwärts, bis er durch ein erneutes Signal U*IO wieder auf den Zahlenwert Zl gesetzt wird. Das dritte dargestellte Taktsignal U40 weist infolge einer Absenkung der Drehzahl einen größen zeitlichen Abstand gegenüber dem vorangehenden Signal U40 auf. Diese Verringerung der Drehzahl soll eine Unterschreitung der durch den Zähler 6l festzustellenden Grenzdrehzahl darstellen. Der Zähler 6l erreicht nun seinen niedrigsten Zählerstand, wodurch ein Signal an seinem überlaufausgang CO erzeugt wird. Dieses Signal gelangt über das UND-Gatter 65 zur Klemme 21, wo es als Interrupt-Signal dem Mikroproezssor zugeführt wird. Dieces Interrupt-Signal meldet dem Mikroprozessor die Unterschreitung der Grenzdrehzahl,- der daraufhin z.B. auf ein anderes Programm für solche niedrigen Drehzahlen umschaltet.

Wechselt das Signal U66 an der Klemme 66 zu einem 0-Signal, so arbeitet der Zähler 6l nicht mehr in seiner Funktion als Drehzahlerkennungs-Einrichtung, sondern als frei programmierbarer Frequenzgenerator. Dies ist in Fig. 3 ab dem vierten dargestellten Zählzyklus der Fall. Der Zähler 6l wird jetzt nicht mehr durch Signale U40 auf den im Zwischenspeicher 62 vorliegenden Zählerstand gesetzt, sondern nach Erreichen seines niedrigsten Zählerstands durch Signale an seinem Überlaufausgang CO. Diese Überlaufsignale werden im Flipflop 67 in Abhängigkeit der dort anliegenden Taktfrequenz um einem geringeren Betrag verzögert. Zusätzlich wird zum Zeitpunkt ti in den Zwischenspeicher auf ein Signal an der Klemme 63 ein anderer Speicherwert Z2 vom Datenbus 1*1 übernommen und beibehalten. Diese Übernahme

- 10

030030/0022

eines anderen Zählerstands ist für die Punktion als Frequenzgenerator natürlich nicht Bedingung, sondern dient zur Festlegung einer bestimmten Frequenz, im vorliegenden Fall zu einer Erhöhung der Frequenz. Diese Frequenz liegt an der Klemme 59 als Signalfolge U59 vor. Das gesperrte UND-Gatter 65 verhindert die Erzeugung von Interrupt-Signalen beim Betrieb des Zählers 6l als Frequenzgenerator.

Die Variation der an der Klemme 59 vorliegenden Frequenz kann entweder dadurch erfolgen, daß der auszuzählende Zahlenwert, der im Zwischenspeicher 62 vorliegt j variiert wird, oder dadurch, daß die Taktfrequenz fx an der Klemme 60, insbesondere 'durch Frequenzteilung, ebenfalls variiert wird. Die Umschaltung auf verschiedene Taktfrequenzen fx kann gemäß dem eingangs angegebenen Stand der Technik über eine durch den Mikroprozessor gesteuerte Umschaltvorrichtung erfolgen.

Falls eine Zwischenspeicherung weiterer, vorkommender Signale erforderlich ist (z.B. zur zeitlichen Verzögerung dieser Signale), so können weitere Zwischenspeicher, z.B. Flipflops, vorgesehen werden. Ein Bedürfnis kann z.B. bei den Interrupt-Signalen bestehen.

Die Umschaltung der Betriebsweise des Zählers Sl über die Klemme 66 kann z.B. zyklisch erfolgen oder während Prograimnintervallen, in denen gerade eine erforderliehe Information benötigt, bzw. nicht benötigt wird.

Im folgenden sollen in tabellarischer Form im Handel erhältliche Bauteile aufgeführt werden, die z,B» in den angegebenen Schaltungen Verwendung finden können. Die angegebenen Bauteile stammen sämtliche von der Firma RCA (mit einer Ausnahme) und sind mit ihrer Nummer bezeichnet:

- 11 -

030030/0022

Mikroprozessor 10 Arbeitsspeicher 11 Pestwertspeicher 12 Zähler 6l

Zwischenspeicher 62 Umschaltvorrichtung Prequenzuntersetzerstufe CDP 1802 D oder CDP 1802 CD CDP 1824 CDP 1833 CD CD 4029 CD 4042 CD 4016 oder CD 4052 CD 4040

030030/0022

Claims

2&001.1

^R· 5 175

27.II.1978 Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Ansprüche ■

Einrichtung, insbesondere zum Steuern der Zünd- und/oder Kraftstoffeinspritzvorgänge bei Brennkraftmaschinen, mit einem Mikrorechner-System bestehend aus einem MikrOprozessor, der über einen Datenbus und über einen Adreissenbus mit je wenigstens einem Festwertspeicher (ROM, PROM, EPROM)j einem Arbeitsspeicher (RAM) sowie einer Eingabe/Ausgabe*- Einheit verbunden ist, an die externe Signalgeber zur Erzeugung von betriebsparameterabhängigen .Signalen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Eingabe/Ausgabe-Einheit (13) eine mit einer Taktfrequenz beaufschlagte Zählvorrichtung (6l) vorgesehen ist, der über den Datenbus (14) Zahlenwerte zuführbar sind, daß diese Zahlenwerte im Rhythmus der Signale eines externen Signalgebers (37), insbesondere eines Gebers zur Erzeugung von der Drehzahl einer Brennkraftmaschine proportionaler Signale, ausgezählt werden, wobei bei einer vollständigen Auszählung ein Unterbrechungssignal (Interrupt) erzeugt und dem

030030/0022 .

290311*

— ρ —

Mikroprozessor (10) rückgeführt wird, das die Unterschreitung eines Grenzwerts des dem Signalgeber (37) zugeordneten Parameters meldet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Befehlseingang der Zählvorrichtung (6l) zur Festlegung des Beginns eines Aus zählVorgangs eine durch den Mikroprozessor (ΙΟ) gesteuerte Umschaltvorrichtung (64) vorgeschaltet ist, zur wahlweisen Steuerung dieses · Beginns in einer ersten Schaltstellung durch Signale des externen Signalgebers (37) oder in einer zweiten Schaltstellung durch Signale, die bei vollständiger Auszählung der der Zählvorrichtung (61) zugeführten Zahlenwerte erzeugt werden, wobei diese Signale einer Ausgangsklemme (59) zugeführt sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die die Unterbrechungssignale (Interrupt) führende Leitung eine Torstufe (65) geschaltet ist, durch die diese Unterbrechungssignale bei Vorli-egen der zweiten Schaltstellung der Umschaltvorrichtung (64) sperrbar sind.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählvorrichtung (6l) über

_ "X —

030030/0022

eine durch den Mikroprozessor gesteuerte Umsehältvorrichtung verschiedene Taktfrequenzen (fx) zuführbar äind.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Datenbus (14) und die Zählvorrichtung (6l) ein Zwischenspeicher (62) geschaltet ist.

030030/0022