DE3014251C2 - Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zur Steuerung einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
60
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
Derartige Steuervorrichtungen für Brennkraftmaschinen sind aus den Offenlegungsschriften 27 21 134 und
16 261 bekannt. Die DE-OS 27 21 134 befaßt sich insbesondere mit einer Vorrichtung zur Drehzahlbegrenzung, bei der durch Auswertung eines der Maschi
nendrehzahl entsprechenden Impulssignals festgestellt wird, ob die Drehzahl einen zulässigen Höchstwert
überschreitet.
Andere Steuersysteme der eingangs genannten Art weisen unter anderem die Fähigkeit auf, augenblicklich
zu ermitteln, daß die Maschine stehengeblieben ist, wenn die Drehzahl der Maschine unter einen vorgegebenen Wert abgefallen ist, so daß unverzüglich das
Ausgangssignal geändert und die angeschlossenen Betätigungsorgane zur Steuerung der Brennkraftmaschine in
eine dem Maschinenstillstand entsprechende Stellung gebracht werden.
Bei dem Einsatz derartiger Steuersysteme in Kraftfahrzeugen arbeiten die Steuersysteme unter Bedingungen, bei denen häufig äußere Störsignale erheblicher
Intensität auftreten. Es besteht daher die Gefahr, daß die Eingangs- oder Ausgangssignale, Speicher und/oder
arithmetisch-logischen Einheiten des Steuersystems durch diese Störsignale beeinflußt werden, so daß das
Ausgangssignal fehlerhaft sein kann.
Beispielsweise wird in der DE-OS 28 36 302, die sich mit einer Melde- und Abschaltvorrichtung zum
Abschalten der Brennkraftmaschine oder bestimmten Fehlerbedingungen befaßt, erwähnt, daß Störsignale zu
einem ungewollten Abschalten der Brennkraftmaschine führen können.
In entsprechender Weise können Störsignale auch derart auf das Steuersystem einwirken, daß bei der
Überpiüfung des Maschinenstillstands ein Maschinenstillstand vorgetäuscht und ein fehlerhaftes Ausgangssignal erzeugt wird. Zur Feststellung des Maschinenstillstands wird üblicherweise überprüft, ob die Impulse
eines drehzahlsynchronen Impulssignals länger als ein vorgegebenes Zeitintervall ausbleiben. Wenn ein von
dem Drehzahlgeber erzeugter Impuls infolge der Störeinflüsse gedämpft wird und sich nicht ausreichend über
den Rauschpegel erhebt, so verdoppelt sich die durch das Steuersystem abgetastete Impulspause. Dies wird
durch das Steuersystem fälschlich als Maschinenstillstand interpretiert, so daß es zu einer fehlerhaften
Reaktion des Steuersystems kommt.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine: gattungsgemäße Steuervorrichtung,
deren Ausgangssignal sich bei Stillstand der Brennkraftmaschine ändert, derart auszubilden, daß die Ermittlung des Maschinenstillstands nicht durch Störsignale
verfälscht wird.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß wird zunächst nur ein Anfragesignal erzeugt, wenn die Drehzahlimpulse länger als ein
vorgegebenes erstes Zeitintervall ausbleiben, d. h., wenn die Drehzahl unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt. Erst wenn sich diese Anfragesignale über einen
bestimmten Zeitraum hinweg periodisch wiederholen, wird der Maschinenstillstand festgestellt. Auf diese
Weise wird eine größere Unempfindlichkeit gegenüber Störungen des Drehzahlsignals erreicht. Andererseits
wird jedoch eine rasche Feststellung des Maschinenstillstands gewähricisici, da die Überprüfung bereits vor
dem endgültigen Maschinenstillstand einsetzt, sobald die Drehzahl den vorgegebenen Wert unterschreitet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung des
erfindungsgemäßen Steuersystems;
Fig. 2 zeigt in einem weiteren Blockdiagramm ein Beispiel der Vergleichsschaltung des Systems der
Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Typen der Signale
der verschiedenen Elemente der Vergleichsschaltung der Fig. 2 zeigt;
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der arithmetisch-logischen Einheit des
Steuersystems der Fig. 1 und 2;
Fig. 5 zeigt in einem Blockdiagramm eine Steuerschaltung für die Zündung der Maschine, die mit dem
Steuersystem der Fig. 1 und 2 verbunden ist;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Signalfonnen der
verschiedenen Elemente der Schaltung der Fig. 5 veranschaulicht.
Fig. 1 veranschaulicht ein digitales Steuersystem in einer Ausführungsform der Erfindung, das zur Steuerung der Arbeitsweise einer nicht gezeigten Brennkraft-
maschine vorgesehen ist. Dieses Steuersystem umfaßt eine Eingangssteuerung 10, die zumeist eine Weiche
und einen Analog-Digital-Wandler umfaßt, der Eingangssignale, die repräsentativ sind für die Betriebsbedingungen der Maschine, in Digital-Signale umwandelt,
die für die Verarbeitung in dem Steuersystem geeignet sind. Sodann ist ein Register 12 vorgesehen, das die
Digital-Signale der Eingangssteuerung 10 speichert, sowie eine arithmetisch-logische Einheit 14, die mit dem
Register 12 verbunden ist, und ein Speicher 16, der konstante Daten speichert, die für die Rechenvorgänge
der Einheit 14 notwendig sind, sowie Zwischenergebnisse dieser Rechnungen und Programme für den
Ablauf der digitalen Steuerung. Weiterhin sind eine Vergleichsschaltung 18 und eine Anfrage-Steuerschaltung 20 vorgesehen. Die Vergleichsschaltung 18 nimmt
ein Drehzahlsignal S, auf, das ein für die Drehzahl der Kurbelwelle repräsentatives Impulssignal ist, sowie ein
Vergleichssignal S„ das durch die arithmetisch-logische
Einheit 14 geliefert wird und einen vorgegebenen Zeitwert repräsentiert, und in der Vergleichsschaltung wird
ein Vergleich zwischen dem Impulsintervall des Drehzahlsignals S1 und dem Zeitwert des Vergleichssignals Sr
durchgeführt. Wenn das Impulsintervall des Signals S, gleich oder länger als das durch das Signal S1. repräsentierte Zeitintervall ist, liefert die Vergleichsschaltung 18
ein Signal an die Anfrage-Steuerschaltung 20.
Die Anfrage-Steuerschaltung 20 nimmt ein Synchronisationssignal Sc auf und hat die Funktion einer Analyse des durch die Vergleichsschaltung 18 abgegebenen so
Signals, das bewirkt, daß Befehle an das Register 12 und die arithmetisch-logische Einheit 14 zur Durchführung einer Prüfung abgegeben werden, ob die Maschine
stillsteht oder nicht. Die Funktion dieser Anfrage-Steuerschaltung 20 soll anschließend näher erläutert
werden.
In dem erfindungsgemäßen Steuersystem ist eine Ausgangssteuerung 22 vorgesehen, die Register zur
Speicherung von Ausgangsdaten und einen Wandler zur Umwandlung der Ausgangsdaten und Erzeugung von
Ausgangssignalen für die Steuerung von wenigstens einem Betätigungsorgan umfaßt, das eine Funktion der
Maschine regelt, wie beispielsweise die Zufuhr von Brennstoff. Dies erfolgt auf der Grundlage des äußeren
Synchronisationssignals Sc. das ebenfalls der Ausgangssteuerung 22 zugeführt wird, und eines Steuersignals,
das die arithmetisch-logische Einheit 14 liefert.
einen Wandler erzeugt werden, dec die Drehzahl der Maschine abtastet, oder durch einen Zeitgeber. Im
ersteren Fall kann das Drehzahlsignal S1, das für die
Vergleichsschaltung 18 erzeugt wird, ebenfalls als Synchronisationssignai Sc für die Anfrage-Steuerschaltung
20 und die Ausgangssteuerung 22 verwendet werden.
Fig. 2 zeigt insbesondere den Aufbau der Vergleichsschaltung 18, die zur Abtastung des Stillstands der
Maschine geeignet ist. Diese Vergleichsschaltung 18 umfaßt einen Komparator 24, einen Zähler 26 und ein
Register 28. Der Zähler 26 nimmt ein Taktsignal Pc auf
und wird durch einen einzelnen Impuls des Drehzahlsignals S, ausgelöst, das als Zeitsignal dient, so daß die
Zählung der Anzahl der Impulse des Taktsignals Pc beginnt. Beim nächsten Impuls des Zeitsignals S1 wird
der Zähler 26 zurückgestellt, so daß der Zähl Vorgang von neuem beginnt. Der Zähler 26 gibt das Ergebnis der
Zählvorgänge als Ausgangssignal Ml ab. Der Komparator 24 nimmt dieses Signal Nl und ein Vergleichssignal
NR auf, das von der arithmetisch-logischen Einheit 14
über das Register 28 zugeführt wird. Der Komparator 28 vergleicht kontinuierlich zwischen diesen Signalen
ML und NR und erzeugt einen einzelnen Impuls P,
jeweils dann, wenn der vom Ausgang des Zählers 26 gelieferte Wert mit dem Vergleichssignal NR übereinstimmt. Jeder Impuls P„ der durch den Komparator 24
erzeugt wird, gelangt an die Trennschaltung 20 und dient zugleich zur Rückstellung des Zählers 26.
Die Vergleichsschaltung 18 liefert daher ein Impulssignal Ρ,-, wenn das Zeitsignal S, ein Impulsintervall
annimmt, das länger als ein vorbestimmter Zeitraum ist, oder wenn die Zufuhr des Zeitsignals S1 unterbleibt.
Dieses Impulssignal P1- weist ein konstantes Impulsintervall auf, das durch Daten vorgegeben wird, die in dem
Register 28 gespeichert sind. Bei der ursprünglichen Einstellung des Steuersystems wird ein erforderlicher
Wert, wie etwa eine kritische Drehzahl für die Maschine, die für jedes Maschinen-Modell festgelegt
wird, und unter der der Komparator 24 das Impulssignal P1- produzieren sollte, in das Register 28 eingespeichert.
Fig. 3 veranschaulicht die Beziehungen zwischen den Signalen S1, NRj Nl und P1. In der Praxis handelt es sich
bei diesen Signalen um Digitalsignale, jedoch sind sie der Einfachheit halber als Analogsignale dargestellt. Da
das Ausgangssignal N1 des Zählers 26 die Anzahl der
Impulse des Taktsignals Pe wiedergibt, die in einer
Zeitperiode zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Zeitsignals S1 gezählt worden sind, repräsentiert das Ausgangssignal Nl größere Werte, wenn
die Drehzahl der Maschine abnimmt oder die Maschine stehenbleibt. Wenn der Wert, der durch das Ausgangssignal Nl des Zählers repräsentiert wird, denjenigen
Wert erreicht, der in dem Register 28 gespeichert ist und durch das Vergleichssignal NR vorgegeben wird,
erzeugt der Komparator 24 ein einzelnes Impulssignal, wie zum Zeitpunkt 71 in dem Diagramm wiedergegeben ist. Wenn dieser Zustand des Zeitsignals S1 anhält,
erzeugt der Komparator 24 ein weiteres Impulssignal zum Zeitpunkt 72 in einem festgelegten Zeitraum nach
dem Zeitpunkt 71. Jeweils eine Reihe derartiger Impulse des Komparators 24 dient als Anfragesignal P1-.
Ein digitaler Steuerprozeß des Steuersystems der Fig. 1 läuft entsprechend dem Flußdiagramm gemäß
Fig. 4 ab. Bei Beginn des Betriebs werden die Anfangsdaten in die jeweiligen Register als Eingangs- und Ausgangssignale eingespeichert, und die Vergleichsschaltung 18 sowie die Trennschaltung 20 beginnen mit ihrer
Funktion. Wenn die Vergleichsschaltung 18 jeweils
einen Impuls P1- als Anfragesignal erzeugt, analysiert die
Trennschaltung 20 dieses Signal P1 und gibt den Befehl
an das Register 12 und die arithmetisch-logische Einheit 14 weiter, eine Abtastung eines etwaigen Stillstands der
Maschine durchzuführen, beispielsweise die n-te Routi- s neüberprüfung unter einer Anzahl von vorgeschriebenen
Routineprüfungen 1, 2, ... n. Ein bestimmter Speicherbereich des Speichers 16 bildet einen Zähler,
der die Anzahl der Wiederholungen dieser Prüfungen η zählt. In der arithmetisch-logischen Einheit 14 wird die
Zahl, die diesem Zählvorgang entspricht, mit einer vorgegebenen Zahl nach jeder Überprüfung η verglichen;
wenn der Vergleich eine Übereinstimmung der beiden Zahlen ergibt, das heißt, wenn die Anzahl der
Überprüfungen η eine vorgegebene Anzahl von wiederhohen Prüfungen anzeigt, wird auf den tatsächlichen
Stillstand der Maschine geschlossen. Sodann beginnt die Einheit 14 mit der Durchführung einer bestimmten, für
den Stillstand der Maschine vorgeschriebenen Funktion. Diese Funktion besteht darin, daß bewirkt wird,
daß die Ausgangssteuerung 22 bestimmte Daten in ihren Registern festhält, die beim Stillstand der
Maschine notwendig sind, und gleichzeitig wird die Ausgangsseite der Ausgangssteuerung 22 auf unveränderliche,
vorgeschriebene Werte geschaltet. Der erwähnte Zähler in dem Speicher 16 wird durch das für
die Maschinendrehzahl repräsentative Signal zurückgeschaltet.
In dem Steuersystem der Fig. 1 und 2 erzeugt die Vergleichsschaltung 18 einen Impuls als Anfragesignal
jeweils dann, wenn das Drehzahlsignal S1 ausfällt oder
einen vorgeschriebenen niedrigen Wert erreicht. Die logische Einheit 14 schließt jedoch nicht unverzüglich
aus dem Eintreffen des Impulssignals P1 auf den Stillstand
der Maschine, sondern führt eine Überprüfung durch, ob das Anfragesignal P,- immer wieder über einen
vorgegebenen Zeitraum erzeugt wird und zuverlässig auf einen Stillstand schließen läßt. Da im allgemeinen
ein Fehlersignal, das auf äußere Störungen zurückgeht, nicht kontinuierlich abgegeben wird, bietet die Verwendung
der beschriebenen digitalen Steuerung die Möglichkeit, einen zu raschen und falschen Rückschluß auf
den Stillstand der Maschine auszuschalten, obgleich das Steuersystem in der Umgebung äußerer Störgeräusche
arbeitet. Wenn die logische Einheit 14 die beschriebene Funktion nicht aufweisen würde, d. h., wenn das Ausgangssignal
P, der Vergleichsschaltung 18 direkt als Signal zur Anzeige des Maschinenstillstands verwendet
werden würde, müßte mit der Möglichkeit gerechnet werden, daß irrtümlich aufgrund eines Fehlersignals auf so
einen Maschinenstillstand geschlossen wird. Die arithmetisch-logische Einheit 14 und die Anfrage-Steuerschaltung
20 bilden somit einen Diskriminator, der einen echten Maschinenstillstand von einem vorgetäuschten
Stillstand unterscheidet.
Im Zusammenhang mit Fig. 2 bis 4 soll davon ausgegangen werden, daß eine fortgesetzte Erzeugung des
Signals P; über einen Zeitraum von drei Sekunden in der logischen Einheit 14 abgetastet werden kann, wenn
ein Wert, der mit 30 angenommen werden soll, in dem Register 28 gespeichert ist und die vorgeschriebene
Anzahl η der Wiederholungen der Überprüfungen mit 1 (eins) angesetzt wird. Es ist dann möglich, in ähnlicher
Weise den Zeitraum von drei Sekunden abzutasten, indem der in dem Register 28 gespeicherte Wert auf 10
festgesetzt wird und die vorgeschriebene Anzahl der Überprüfungen π auf 3 angesetzt wird. Das letztere
Verfahren ist jedoch vorteilhaft, wenn der Einfluß von Störgeräuschen, die dem Anfragesignal P1 ähnlich sind,
berücksichtigt werden soll.
Fig. 5 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung eines Signals zur Abschaltung der Zündung als Beispiel zur
Erläuterung einer Funktion der logischen Einheit 14 nach Feststellung des Maschinenstillstands. Ein Register
32 speichert das Ergebnis eines Rechenprozesses, beispielsweise entweder den Winkelabstand oder einen
Zeitabstand von einer Position, in der das Zeitsignal erzeugt wird, zu einer Zündposition. Ein Zähler 36 wird
durch das Zeitsignal S, ausgelöst und zählt die Impulse des Taktsignals Pc oder alternativ ein Winkelsignal. Ein
Komparator 34 erzeugt einen Ausgangsimpuls, wenn eine exakte Übereinstimmung zwischen dem in dem
Register 32 gespeicherten Wert und dem Zählerstand des Zählers 36 erreicht ist. Dieser Ausgangsimpuls stellt
den Zähler 36 zurück und bewirkt gleichzeitig, daß eine Flip-Flop-Schaltung 44 in die erste Stellung geschaltet
wird. Ein Register 38 speichert entweder einen Winkelabstand oder einen Zeitabstand zwischen der Position
der Zündung und der Position, in der die nächste Abgabe des Zündstroms erfolgt. Ein Zähler 42 und ein
Komparator 40 entsprechen funktionell dem zuvor erwähnten Zähler 36 und dem Komparator 34. Das
besagt, daß der Zähler 42 durch einen Ausgangsimpuls des Komparators 34 getriggert wird und die Impulse des
Taktsignals Pc zählt, und das Ausgangssignal des Komparators
40 stellt den Zähler 42 zurück und schaltet zugleich die Flip-Flop-Schaltung 44 in die zweite Stellung
um. Das Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung 44 gelangt an eine Antriebseinheit 48 eines Betätigungsorgans über ein NICHT-UND-Gatter 46.
Fig. 6 veranschaulicht die Art der Ausgangssignale der einzelnen Elemente der Schaltung 5. Diese Ausgangssignale
sind Digitalsignale, werden jedoch der Einfachheit halber als Analogsignale dargestellt. In
Fig. 6 entsprechen die in Klammern gesetzten Bezugsziffern denjenigen der Fig. 5. Der Schalter 36 beginnt
mit der Zählung entsprechend jedem Impuls des Zeitsignals S, und wird zurückgestellt, wenn die gezählte
Anzahl den im Register 32 gespeicherten Wert erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt liefert der Komparator 34 ein
Ausgangssignal, das bewirkt, daß die Flip-Flop-Schaltung 44 in die erste Stellung geschaltet wird, und
sogleich beginnt der Zähler 42 mit dem Zählen. Wenn das Ergebnis dieser Zählung des Schalters 42 den in
dem Register 38 gespeicherten Wert erreicht, wird der Schalter 42 zurückgestellt, und gleichzeitig liefert der
Komparator 40 ein Ausgangssignal, das die Flip-Flop-Schaltung 44 in die zweite Stellung umschaltet.
Wenn die arithmetisch-logische Einheit 14 durch den zuvor beschriebenen Ermittlungsvorgang den Stillstand
der Maschine feststellt und ein Signal Sd zur Abschaltung
der Zündung, etwa ein 0-Volt-Signal an die andere Eingangsklemme des NICHT-ODER-Gatters 46
abgibt, unterbricht die Antriebseinheit 48 die Zufuhr von Strom zu der Zündspule.
In gleicher Weise kann die Brennstoffzufuhr zur Maschine durch Schließung eines Einspritzventils und/
oder Unterbrechung des Betriebs einer Brennstoffpumpe unter Verwendung einer Steuerschaltung unterbrochen
werden, die derjenigen der Fig. 5 ähnlich ist. Beispielsweise wird entweder eine Antriebseinheit des
Einspritzventils oder der Brennstoffpumpe abgeschaltet, indem die Flip-Flop-Schaltung im Ausgangsbereich
der Steuerschaltung in der ersten Stellung gehalten wird, und/oder indem das NICHT-UND-Gatter verwendet
wird.
Das erfindungsgemäße digitale Steuersystem gestattet eine genaue Abtastung des Stillstands der Maschine
durch Überwachung der Drehzahl der Maschine und darüber hinaus durch Abtastung der Dauer einer besonders
niedrigen Maschinendrehzahl. Wenn der Stillstand der Maschine feststeht, werden die Ausgangswerte des
Steuersystems, die mit den zu steuernden Organen verbunden sind, unveränderlich festgehalten, so daß vermieden
werden kann, daß eine unbeabsichtigte Steuerung aufgrund fehlerhafter Funktionen einzelne Teile
des Steuersystems zu nachteiligen Folgen führt.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
15
20
25 30
45 50 55 60 65
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit einem Sensor zur Erzeugung elektri-
scher Signale entsprechend den Betriebsparametern der Maschine und einem digitalen Steuersystem zur
wiederholten Durchführung von Rechenvorgängen unter Verwendung der elektrischen Signale als Eingangsinformation und zur Erzeugung eines Steuersi-
gnals, das wenigstens ein Betätigungsorgan steuert, durch das eine Funktion der Maschine gesteuert
wird, welches digitale Steuersystem eine Vergleichsschaltung zur Auswertung eines der Maschinendrehzahl entsprechenden Impulssignals aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (18) die Pausen zwischen aufeinabderfolgeoden Impulsen des Impulssignals (S1) mit einem
vorgegebenen ersten Zeitintervall vergleicht und ein Anfragesignal (/*,) erzeugt, wenn innerhalb des
ersten vorgegebenen Zeitintervalls kein Impuls des Impulssignals (S,) auftritt und daß ein Diskriminator
(14, 16, 20) vorgesehen ist, der den Stillstand der Maschine ermittelt, wenn das Anfragesignal (P1) sich
über ein zweites vorgegebenes Zeitintervall hinweg periodisch wiederholt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Steuersystem eine
Ausgangssteuerung (22) umfaßt, deren Ausgangswerte unverändert festgehalten werden, wenn der
Maschinenstillstand ermittelt worden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (18)
ein Register (28) zur Speicherung eines Vergleichssignals (NR) entsprechend dem vorgegebenen ersten
Zeitintervall, einen Zähler (26) zur Erfassung der Länge der Impuls-Pausen des Impulssignals (S,) und
einen Komparator (24) umfaßt, der das Anfragesignal (P1) erzeugt, wenn die Länge der Impuls-Pause
mit dem Wert des Vergleichssignals (NR) übereinstimmt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (26) die Anzahl der
Impulse eines Taktsignals zählt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator eine arithmetisch-logische Einheit (14) und eine Anfrage-Steuerschaltung (20) umfaßt, die ein Signal an die
arithmetisch-logische Einheit (14) jeweils dann liefert, wenn die Vergleichsschaltung (18) das Anfrage- so
signal (P1) erzeugt, daß die arithmetisch-logische
Einheit bei Aufnahme des Anfragesignals jeweils eine vorgeschriebene Überprüfung durchführt und
daß zur Feststellung des Maschinenstillstands die Anzahl der Überprüfungen mit einer vorgegebenen
Anzahl verglichen wird.
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