Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung mit Mikroprozessor zum Steuern der Einspritzung bei einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor
mit mehreren Einspritzventilen, bei dem der Mikroprozessor die Einspritzdaucr berechnet und
das Erregen sowie das Aberregen der Einspritzventile steuert.
Es werden immer mehr solche Vorrichtungen zum Steuern von KFZ-Motoren entwickelt, weil sie ausser einer beträchtlichen
Anpassungsfähigkeit auch hohe Zuverlässigkeit mit sich ständig herabsetzenden Kosten haben.
Kit diesen Vorrichtungen kann man den sich oft widersprechen den, an den Steuersystemen der Verbrennungsmotoren gestellten
Anforderungen gerecht werden, und zwar mit äusserst zufriedenstellenden Ergebnissen beim Abbau der in den Abgasen
vorhandenen verunreinigenden Stoffe und bei der Verringerung des Kraftstoffverbrauches samt guten Leistungen hinsichtlich
der Anpassungsfähigkeit und der Leistungsabgabe der Motoren.
Gegenwärtig neigt man dazu, die Mikroprozessoren mit Bauelementen in grossem Integrationsausmass herzustellen, die eine
beträchtliche Anzahl Funktionen in kleinstem Raum konzentrie ren: zur Ausführung der Steuervorrichtungen sind jedoch oft
auch Hilfseinheiten erforderlich, die an sich einen nicht un bedeutenden Platzbedarf haben und ziemlich komplexe Kreise
zum Anschluss an den Mikroprozessor verlangen.
Bei Anwendung der kleinstmöglichen Anzahl solcher Hilfseinheiten
können raumsparende Vorrichtungen hergestellt werden, die sich vor allem an Bord von PKWs leichter anordnen lassen,
wo die Flatzverhältnisse oft kritisch sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Vorrichtung mit Mikroprozessor zum Steuern der Einspritzung bei ei
nem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit mehreren Einspritz- · ventilen zu schaffen, die nach einer bestimmten Einspritzfolge
erregbar sind, wobei die Steuerstufen zum Aberregen aller Einspritzventile stets der Reihe nach durch den Mikro
prozessor mit Unterstützung einer einzigen Hilfseinheit,
und zwar eines Zeitgebers, vorgenommen werden.
So kann die Vorrichtung auch in dem Fall arbeiten, wo ein zweites Einspritzventil zum Öffnen erregt wird, während ein
erstes Einspritzventil noch Kraftstoff abgibt, weil der Mikroprozessor den Unterschied zwischen der Öffnungszeit des
zweiten Einspritzventils und der restlichen Öffnungszeit des ersten Einspritzventils berechnet und den Zeitgeber mit diesem
Unterschied im Augenblick, in dem das erste Einspritzven til schliesst,' lädt, um am Ende der Zählung dieses Unterschiedes
seitens des einzigen Zeitgebers das Schliessen des zweiten Einspritzventils zu steuern.
Diese Lösung, der die Anwendung eines einzigen Zeitgebers zum Steuern mehrerer Einspritzventile zugrundeliegt, ermöglicht
die Kostenherabsetzung für die benutzten Bauelemente, bringt jedoch vor allem eine grosse Ersparnis von Raum bei
der Ausführung der Vorrichtung mit sich, weil der Anschluss eines Zeitgebers an den Mikroprozessor aus zahlreichen Spuren
besteht, die nebeneinander laufen und daher sperrig und schwer anzuordnen sind.
Es wurde daher eine elektronische Vorrichtung zum Steuern der Einspritzung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit
•mehreren Einspritzventilen und mit wenigstens einer Luft-
copy
drosselklappe geschaffen, die einen programmierten Mikropro
zessor (CPU), einen Lese-Schreibspeicher (RAM)/ einen die
Rechenprogramme des Mikroprozessors und die Tabellen der zur Berechnung erforderlichen Daten enthaltenden Festwertspeicher
(ROM) und eine Ein-Ausgabeeinheit umfasst, die über parallele Sammelschienen (Bus) für die Daten, die Adressen
und die Steuersignale miteinander und mit dem Mikroprozessor verbunden sind, wobei die Ein-Ausgabeeinhcit mit Aufnehmern
von vorgewählten Motorparametern, mit ersten Impulsgebermitteln zur Abgabe eines impulsförmigen Signals für jede je Motorumdrehung
vorzunehmende Kraftstoffabgabe, mit zweiten Impulsgebermitteln
zur Abgabe jeines weiteren impulsförmigen Signals für jeden Motortakt und mit Mitteln zum Erregen der
Einspritzventile verbunden ist, wobei die Vorrichtung ausser dem mit dem Mikroprozessor verbundene Zeitgebermittel umfasst
und der Mikroprozessor dazu programmiert ist,
- um die Öffnungszeit der Einspritzventile in Abhängigkeit
von den Motorparametern zu berechnen,
- um das Erregen zum Öffnen eines Einspritzventils bei Ankunft des entsprechenden, von den ersten Impulsgebermitteln abgegebenen,
impulsförmigen Signals zu steuern,
- um die Zeitgebermittel mit der berechneten Öffnungszeit
bei Ankunft des impulsförmigen Signals zu laden,
- um das Aberregen zum Schliessen des Einspritzventils am Ende der Zählung der Öffnungszeit seitens der Zeitgebermittel
zu steuern,
wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zeitgebermittel aus einem einzigen Zeitgeber bestehen und
der Mikroprozessor dazu programmiert ist,
- um bei Erregen zum öffnen eines nächsten Einspritzventils,
-während ein vorher arbeitendes Einspritzventil schon Kraft-
coPY j
stoff abgibt und der Zeitgeber mit der entsprechenden Öffnungszeit
geladen ist, den Unterschied zwischen der Öffnungs zeit des nächsten Einspritzventils und der restlichen Öffnungszeit
des vorher arbeitenden Einspritzventils zu berechnen,
- um zu schätzen, ob dieser Unterschied grosser, kleiner als
oder gleich Null ist,
- um den Zeitgeber mit dem betreffenden Unterschied zu laden, wenn derselbe im Augenblick des Schliessens des vorher
arbeitenden Einspritzventils grosser als Null ist, und
- um das Aberregen zum Schliessen des nächsten Einspritzventils am Ende der Zählung des Unterschiedes seitens des Zeitgebers
zu steuern,
- um die Zählung des Zeitgebers beim Erreichen.der um den
betreffenden Unterschied verkürzten Öffnungszeit zu unterbrechen, wenn derselbe kleiner als Null ist, und . .
- um am Ende dieser Zählung das gleichzeitige Schliessen der beiden vor- und nachher arbeitenden Einspritzventile zu
steuern,
- um am Ende der Zählung der Öffnungszeit des vorher a. beitenden Einspritzventils das gleichzeitige Schliessen der
beiden vor- und nachher arbeitenden Einspritzventile zu steuern, wenn der betreffende Unterschied gleich Null ist.
Das Ergebnis ist eine beträchtlich genaue und zuverlässige Vorrichtung sowohl zum Rechnen als auch zum Steuern der Ej—
regung der Einspritzventile, und zwar auch im Fall einer Überlagerung der Arbeit der Einspritzventile, obwohl als
Hilfseinheit nur ein Zeitgeber zur Anwendung kommt.
Weitere Eigenschaften des erfindungsgemässen Gegenstandes
werden nachstehend anhand der beiliegenden Figur geschil-
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dert, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
als nicht beschränkendes Beispiel dargestellt ist. ·
Die in der Figur dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Mikroprozessor (CPU) 11, einem Lese-Schreibspeicher (RAM)
12, einem Festwertspeicher (ROM) j 3, der die Datentabellen und die Arbeitsprogramme des Mikroprozessors enthält, und
aus einer Ein-Ausgabeeinheit 14.
Mikroprozessor, Speicher und Ein-Ausgabeeinheit sind über eine parallele Sammelschiene. (Bus) 15 für die Daten, eine paral
lele Sammelschiene 16 für die Adressen und eine parallele
Sammelschiene 17 für die Innensteuersignale miteinander ver bunden.
Mit 18 ist eine Verbindungslinie zwischen Ein-Ausgabeeinheit 14 und Mikroprozessor 11 zur Übertragung der Unterbrechungssignale bezeichnet; diese Unterbrechungssignale dienen zur
Unterbrechung der laufenden Rechenprogramme, wenn gewisse Ereignisse eintreten.
Mit 19 ist ein Taktimpulsgeber bezeichnet, der in der Lage ist, über die Linie 20 dem Mikroprozessor 11 e.inen Impulszug
mit einer bestimmten Frequenz zu liefern.
Mit 21, 22, 23, 24 sind die Linien bezeichnet, die die Einheiten
14, 11, 12, 13 an einer Stromquelle gleichförmiger Spannung anschliessen, die durch den Block 25 dargestellt
v. In die Ein-Ausgabeeinheit 14 tritt über die Linie 26 ein
von einem Aufnehmer der Winkelstellung der Luftdrosselklap-
-pe des Motors abgegebenes Signal, über die Linie 27 ein von
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einem Aufnehmer der Motorkühlwassertemperatur abgegebenes Signal, über die Linie 28 ein von einem Aufnehmer der Motor
lufttemperatur abgegebenes Signal ein.· Diese Signale gelangen zu einem mit 30 bezeichneten Multiplexer, der sie aufgrund
der Mikroprozessor-Anforderungen über die Innenlinie 29 einem Analog-Digital-Umsetzungskreis 31 weiterleitet.
Über die Linie 32 tritt in die Ein-Ausgabeeinheit 14 auch
ein impulsförmiges Signal ein, das vom Magnetfühler 33 beim
Vorbeirücken der Rasten 34 des mit der Kurbelwelle verbünde nen Rades 36 abgegeben wird.
Im betreffenden Fall ist die Steuervorrichtung der Einspritzung
für einen Viertakt-Vierzylindermotor vorgesehen, bei dem je Motorumdrehung zwei Einspritzventile zum Öffnen
erregt werden sollen; das Rad 36, das auch das Motorschwung rad sein kann, ist daher mit zwei um 180 angeordneten und
zum o.T. der Zylinder zweckmSssig eingestellten Rasten 34 versehen. Wenn sie an den Fühler 33 vorbeirücken, geben die
se beiden Rasten bei jeder Motorumdrehung zwei Bezugsimpulse ab, die jeweils vom Mikroprozessor benutzt werden, um
das Erregen zum Öffnen des Einspritzventils zu steuern, das dem Zylinder zugeordnet ist, der den Einlasshub vornehmen
soll.
über die Linie 37 tritt in die Einheit 14 ein zweites impulsförmiges
Signal ein, das vom Magnetfühler 38 beim Vorbeirücken der Raste 39 des Rades 40 abgegeben wird, das mit
einer Welle verbunden ist, die bei halber Motordrehzahl umläuft. Auch die Raste 39 ist zum o.T. dar Zylinder zweckmSssig
eingestellt und das von derselben alle zwei Motorum-•drehungen abgegebene impulsförmige Signal dient zur Zählung
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der Motortakte, da es sich ja um einen Viertaktmotor handelt.
Die von den Linien 32 und 37 geführten impulsförmigen Signale
treten in einen Anpassungskreis 41 ein, wo sie ausgeviert und über die Innenlinie 61 einem Zählregister 35 und, in
Form von ünterbrechungssignalen, dem Mikroprozessor 11 weitergeleitet
werden.
Die Ein-Ausgabeeinheit 14 ist über die Linien 42, 43, 44, 45 mit den Endleistungsstufen 46 und 47 verbunden, die über die
Leiter 48, 49, 50 und 51 die beiden Einspritzventilpaare 52-53 und 54-55 steuern.
Die Endleistungsstufen sind ganz herkömmlich und bestehen aas Leistungstransistoren, die mit der Stromquelle und mit den
Erregungsspulen der Einspritzventile verbunden sind.
In der Figur ist mit 56 ein Dekrement-Zeitgeber bezeichnet, der über die parallelen Sammelschienen 57 und 58 und über
die Linie 59 zur Übertragung der Unterbrechungssignale mit der Mikroprozessor-Zentraleinheit 11 verbunden ist. Der Zeit
geber 56 ist über die Linie 60 auch mit dem Block 25 verbunden.
Der Mikroprozessor 11 führt die Rechenprogramme aus und benutzt
die im Festwertspeicher 13 enthaltenen Datentabellen,
um die Motorbetriebsbedingungen anzeigenden Signale zu verar beiten, die in den Multiplexer 30 eintreten, um die vom
Magnetfühler 33 kommenden impulsförmigen Signale zu verarbei ten, wobei die Motordrehzahl (zum Beispiel nach dem in der
italienischen Patentanmeldung Nr. 24 076 der Anmelderin beschriebenen
Verfahren) ermittelt wird, und um die Öffnungszeit T. der Einspritzventil 52-55 in Abhängigkeit von den
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von den Motorparametern übernommenen Werten zu berechnen.
Der Mikroprozessor 11 ist programmiert, um die Berechnung
der Öffnungszeit T. je Motorumdrehung zwei Mal zu ändern, wobei seine Rechenfrequenz der Frequenz der Kraftstoffabgaben
angemessen ist, während zum Beispiel im Fall eines Sechs zylindermotors die Berechnung je Motorumdrehung drei Mal geändert
werden sollte.
Bei Ankunft eines impulsförmigeri Signals des Fühlers 33
schickt die Ein-Ausgabeeinheit 14 dem Mikroprozessor ein Unter br echungs signal über die Linie 18: nun liest der Mikroprozessor
am Zählregister 35 das zu erregende Einspritzventil ab, da jeder Impuls mit einem Einspritzventil 52-55 gepaart
ist, und schickt der entsprechenden Leistungsstufe (46 oder 47) ein Steuersignal zum Erregen der Öffnung des
betreffenden Einspritzventils.
Das vom Mikroprozessor abgegebene Signal wird in der Leistungsstufe
(46 oder 47) in ein zum Erregen der Spule des Einspritzventils nach dem gewünschten Gesetz geeignetes
Signal umgewandelt: zum Beispiel kann dieses Signal aus einer Stromspitze zum Beschleunigen der Öffnung und einer -anschliessenden
Stufe minderer Stärke, um das Einspritzventil offen zu halten, bestehen.
Während er dem Einspritzventil die Offnungssteuerung schickt t
lädt der Mikroprozessor über die Linie 58 den Zeitgeber 5 6 mit dem Zahlenwert, der die berechnete Öffnungszeit T. darstellt,
und steuert den Zeitgeber dazu, ^diese Zeit zu zählen;
am Ende der Zählung schickt der Zeitgeber, über die Linie 59, dem Mikroprozessor ein Unterbrechungssignal, das zum Steuern
der Aberregung beim Schiiessen des betreffenden Einspritzven
tils benutzt wird.
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Wenn nun der Mikroprozessor,während sich ein erstes Einspritz
ventil (zum Beispiel 52) gerade in der Abgabestufe befindet, ein impulsförmiges Signal von der Raste 34 erhält, die
einem in der Kraftstoffabgabefolge anschliessenden Einspritz
ventil (zum Beispiel 53) zugeordnet ist, steuert er das Erregen zum Öffnen dieses zweiten Einspritzventils (53) und ermittelt
gleichzeitig, nach Ablesen des Zä'hlpunktes, zu dem
der Zeitgeber 56 im Augenblick der Öffnung des zweiten Einspritzventils
(53) gelangt ist, den Rest ^T,. der Öffnungs
i1 —
zeit des ersten Einspritzventils (52); dieser Rest wird von der ebenfalls vom Mikroprozessor berechneten Öffnungszeit
T des zweiten Einspritzventils abgezogen, um einen Zeitunterschied
AT = T - Δτ.. zu berechnen.
I^ I^ Ii
Dieser Unterschied Δύ kann grosser, kleiner als oder
gleich Null sein, zum Beispiel wenn der Motor mit Beschleunigung, Verzögerung oder gleichbleibender Belastung läuft.
Im ersten Fall ~ Δ ■ 0 ^O beim Schliessen des ersten Einspritz
ventils (52) - wird der Zeitgeber 56 mit dem berechneten Unterschied ΔΤ beladen, um gezählt zu v/erden; am Ende der
Zählung schickt der Zeitgeber 56 dem Mikroprozessor ein Unterbrechungssignal, das benutzt wird, um das zweite Einspritz
ventil (53) zum Schliessen abzuerregen.
Ist dagegen der Unterschied J\ T. kleiner als Null, so unterbricht
der Mikroprozessor die Zählung des Zeitgebers 56, wenn derselbe den Zählpunkt erreicht, bei dem der Rest der
Öffnungszeit des ersten Einspritzventils dem Unterschied ΔΤ
\ X^
entspricht; in diesem Augenblick steuert der Mikroprozessor das erste und das zweite Einspritzventil dazu, gleichzeitig
zu schliessen, und stellt den Zeitgeber auf Null.
Ist dann der Unterschied ZT,9 gleich Null, so steuert der
Mikroprozessor am Ende der Zählung der Öffnungszeit T.., mit
COPY ,
der der Zeitgeber 56 beladen ist, das erste und das zweite Einspritzventil dazu, gleichzeitig zu schliessen.
Im Fall eines Motors mit mehr als vier, zum Beispiel mit
sechs Zylindern,kann es vorkommen, dass während sich ein erstes
und ein zweites Einspritzventil in der Kraftstoffabgabestufe befinden, ein drittes Einspritzventil zum Offnen erregt wird. In diesem Fall ermittelt der Mikroprozessor durch
Ablesen des Zählpunktes, zu dem der Zeitgeber 56 im Augenblick der Öffnung des dritten Einspritzventils gelangt ist,
den Rest /St . der Öffnungszeit des ersten Einspritzventils;
dieser mit dem für das zweite Einspritzventil berechneten Unterschied ΔΤ summierte Rest wird von der berechneten
X^
Öffnungszeit T des dritten Einspritzventils abgezogen, ujt.
Ij 4
eine weitere Unterschiedszeit ^T = T - Δτ - Δύ.λ zu
Xj X ^j X^ Xl
ermitteln.
Ist dieser Unterschied ^1T grosser als Null, so wird im Augenblick
des Schliessens des zweiten Einspritzventils der Zeitgeber 56 zur Zählung desselben damit beladen und am Ende
der Zählung steuert der Mikroprozessor das Schliessen des dritten Einspritzventils.
Ist dagegen dieser Unterschied kleiner als Null, so steuert der Mikroprozessor sofort das Schliessen des ersten Einspritz
ventils, stellt den Zeitgeber 56 auf Null und lädt denselben mit der Öffnungszeit des dritten Einspritzventils; sobald
der Zeitgeber diese Zählung beendet, steuert der Mikroprozessor das gleichzeitige Schliessen des zweiten und des drit
ten Einspribzventils.
Bei einer raschen Motorbeschleunigung, die vom Mikroprozessor aufgenommen wird, wenn in einer vorbestimmten Zeitspanne
GOPY
eine einen bestimmten Wert überschreitende Zunalune des öffnungswinkels
der Drosselklappe stattfindet, zum Beispiel Δ Ol
> 3,5° in der Zeit, in der die Kurbelwelle 180 zurück legt, berechnet der Mikroprozessor einen um die Öffnungszeit
der Einspritzventile gesteigerten Wert und benutzt dabei die in einer entsprechenden Tabelle des Speichers 13 ent
haltenen Daten.
Dieser gesteigerte Wert, mit dem der Zeitgeber 55 geladen wird, wird benutzt, um das Einspritzventil, das dem Zylinder
zugeordnet ist, der den Einlasshub vornehmen sroll, und gleich
zeitig auch das Einspritzventil des in der Verbrennungsfolge unmittelbar vorangehenden Zylinders zum Offnen zu erregen.
Es wird dadurch die grössere Menge Kraftstoff eingespritzt,
die von der grösseren vom Motor angesaugten Luftmenge mit
dem raschen Öffnen der Drosselklappe verlangt wird, und es" gelingt, das Mischungsverhältnis innerhalb der für eine rieh
tige Verbrennung erforderlichen Werte zu halten.
Als Beispiel werden nachstehend die Kurzzeichen der Bauelemente aufgeführt, die zur Ausführung der erfindungsgemässen
Vorrichtung benutzt worden sind:
Mikroprozessor 11 SGSZ80
Speicher ROM 13 M36.000-5B1AS
Speicher RAM 12 2114
Zeitgeber 56 CTCZ80
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