DE4034524C2 - Einrichtung und Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 5.

Für den richtigen Betrieb einer Mehrzylinder-Brennkraftma­ schine müssen die Kraftstoffeinspritzung, die Zündung und dergleichen für alle Zylinder bei jeweils vorbestimmten Kol­ benlagen oder Rotationswinkeln der Kurbelwelle der Maschine stattfinden, d. h. zu den Zeitpunkten, zu denen jeder Kolben der Maschine eine jeweils vorbestimmte Lage in Bezug auf den oberen Totpunkt (OT) einnimmt.

Aus der DE 28 51 336 A1 ist eine Einrichtung der eingangs ge­ nannten Art zum Steuern von Zünd- und/oder Einspritzvorgängen bekannt. Von einer Geberanordnung wird die Umdrehungsge­ schwindigkeit der Kurbelwelle erfaßt und ein der Kurbelwel­ lendrehzahl entsprechender Steuerimpuls abgegeben. Im Zeit­ raum zwischen jeweils zwei Steuerimpulsen wird eine Festfre­ quenz gezählt, wodurch ein drehzahlabhängiger Zahlenwert er­ mittelt wird. Auf der Basis dieses Zahlenwerts steuert ein Rechner eine Steuerendstufe zur Erzeugung von Zünd- und/oder Einspritzimpulsen. Der drehzahlabhängige Zahlenwert wird je­ weils in einem Zyklus neu bestimmt, der durch die Steuerim­ pulse festgelegt ist.

Nachteilig ist jedoch, daß jeweils nur für den nächstanste­ henden Zylinder die Steuerdaten neu festgelegt werden. Der Einfluß von Motorbetriebszustandsänderungen auf die anderen Zylinder werden nicht mitberücksichtigt.

In der DE 33 29 247 A1 ist ein Kraftstoffeinspritz-Kontroll­ verfahren beschrieben, mit dem bei einer abnorm arbeitenden Zylinderunterscheidungseinrichtung die Kraftstoffeinsprit­ zung allein durch eine Einrichtung zur Erfassung des oberen Totpunkts bewirkt wird. Von der Zylinderunterscheidungsein­ richtung abgegebene Signale werden in diesem Fall nicht be­ rücksichtigt.

Eine Möglichkeit, sich plötzlich ändernde Drehzahlen oder an­ dere Motorbetriebsbedingungen bei der Steuerung der Einsprit­ zung und Zündung zu berücksichtigen mit diesem Verfahren nicht gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine eingangs genannte Vorrich­ tung und ein eingangs genanntes Verfahren derart weiterzubil­ den, daß auch bei sich stark ändernden Maschinendrehzahlen bzw. bei sich plötzlich ändernden Maschinenbetriebsbedingun­ gen eine hohe Steuergenauigkeit für alle Zylinder möglich ist.

Diese Aufgabe wird vorrichtungstechnisch durch die im An­ spruch 1 und verfahrenstechnisch durch die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst.

Um beispielsweise einen hinreichend starken Zündfunken erzeu­ gen zu können, muß über eine bestimmte Zeitdauer Strom durch die Zündspule fließen. Andererseits soll aber auch nur eine solche Strommenge fließen, daß der Zündfunke die gewünschte Stärke hat und nicht mehr, weil sonst der Stromverbrauch steigt und die Zündspule unnötig erwärmt wird. Insofern soll die Zündenergie an die jeweiligen Betriebszustände der Masch­ ine angepaßt sein.

Im übrigen steht dann, wenn die Drehzahl der Maschine niedrig ist, eine lange Zeitperiode zwischen den einzelnen Zylinder­ erkennungssignalen zur Verfügung. Wenn die Drehzahl jedoch hoch oder die Zylinderzahl groß ist, reicht die zur Verfügung stehende Zeit nicht mehr aus, die gewünschte Zündenergie zu speichern.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung bzw. dem erfindungsge­ mäßen Verfahren ist es möglich, die Steuerzeitdauern auch derjenigen Zylinder zu aktualisieren und anzupassen, die nicht unmittelbar zur Zündung anstehen. Es wird dabei immer sichergestellt, daß beispielsweise eine ausreichende Zeit­ dauer zum Speichern von Energie in der Zündspule zur Verfü­ gung steht.

Ferner kann bei einer kontinuierlichen Berechnung die Berech­ nungsroutine, die für alle Drehzahlbereiche gilt, einfach ge­ halten werden. Auch bei höheren Drehzahlen ist so eine Echt­ zeit-Berechnung möglich.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Schema der mit der Erfindung ausgeführten Folge von Operationen;

Fig. 2 ein Flußdiagramm einer ersten Zeitgebersetz- Unterbrechungsroutine, die gemäß der Erfindung bei 75° vor OT ausgeführt wird;

Fig. 3 ein Flußdiagramm einer zweiten Zeitgebersetz- Unterbrechungsroutine, die gemäß der Erfindung bei 5° vor OT ausgeführt wird;

Fig. 4 ein Blockschaltbild, das Einzelheiten einer Rechen- und Steuereinheit nach der Erfindung zeigt;

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das den allgemeinen Auf­ bau einer konventionellen Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine zeigt;

Fig. 6 ein Blockschaltbild, das Einzelheiten einer Rechen- und Steuereinheit der Einrichtung von Fig. 5 zeigt;

Fig. 7 eine schematische Perspektivansicht eines Signalgebers von Fig. 5;

Fig. 8 eine schematische Darstellung der elektri­ schen Schaltung des Signalgebers; und

Fig. 9 die Signalverläufe des ersten und des zweiten Lagesignals SGT und SGC, die vom Signalgeber erzeugt werden.

Ein Beispiel einer an sich bekannten Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine ist im Blockschaltbild von Fig. 5 gezeigt. Die Einrichtung umfaßt einen Signalgeber 8, der ein Lagesignal L in Form von Impulsen erzeugt, die jeweils einen entsprechenden Zylinder bezeichnen und Sensoren 20, die ver­ schiedene Sensorarten zur Aufnahme verschiedener Maschinenbe­ triebsbedingungen wie der Maschinenlast, der Drehzahl, der Maschinentemperatur usw. umfassen und ein Maschinenbetriebs­ signal D erzeugen, das die aufgenommenen Maschinenbetriebsbe­ dingungen bezeichnet. Ferner ist eine Schnittstellenschaltung 9 und eine Steuereinheit 10 in Form eines Mikrocomputers vor­ gesehen, der das Lagesignal L vom Signalgeber 8 und das Ma­ schinenbetriebssignal D von den Sensoren 20 über die Schnitt­ stellenschaltung 9 empfängt und auf der Basis dieser Signale den Betriebszustand (d. h. den Kurbelwinkel oder die Rota­ tionslage) jedes Zylinders erkennt, so daß er die Betriebszu­ stände wie Zündung, Kraftstoffeinspritzung usw. der Zylinder richtig steuern kann.

Zu diesem Zweck enthält der Mikrocomputer 10 ein Register 11 zur Aufnahme des Lagesignals L in jeder Bezugs-Kolben­ lage der Zylinder in Form eines seriellen Musters, eine Kraftstoffsteuereinheit wie etwa eine Einspritzsteuerung 13, die die Kraftstoffzufuhr zu den jeweiligen Zylindern steuert, eine Zündsteuerung 14, die die Stromzufuhr zu jeder Zündspule sowie Zündzeitpunkte der jeweiligen Zylin­ der steuert, eine Verteilersteuerung 15, die einen nicht gezeigten Verteiler steuert, und eine Rechen- und Steuer­ einheit 12, die die Betriebs-Kolbenlage jedes Zylinders auf der Basis des Lagesignals 1 unter Zugriff auf das im Regi­ ster 11 gespeicherte serielle Muster erkennt und die Ein­ spritzsteuerung 13, die Zündsteuerung 14 und die Verteiler­ steuerung 15 steuert.

Fig. 6 zeigt schematisch im einzelnen den Aufbau der Re­ chen- und Steuereinheit 12. Diese umfaßt eine Signaldetek­ tiereinrichtung 31, die jede Bezugs-Kolbenlage auf der Basis des Lagesignals L detektiert, einen Impulsperioden­ dauer-Rechner 32, der die Impulsperiodendauer T des Lage­ signals L zwischen den vorhergehenden beiden aufeinander­ folgenden Impulsen in jeder Bezugs-Kolbenlage berechnet, eine Zylindererkennungseinrichtung 33, die auf der Basis eines seriellen Musters P aus dem Register 11 erkennt, wel­ chem Zylinder ein Impuls des Lagesignals L entspricht, einen Soll-Steuerlagerechner 34, der auf der Basis des Resultats der Zylindererkennung und des Maschinenbetriebs­ signals D eine Soll-Steuerlage A für einen Zylinder in jeder Bezugs-Kolbenlage des Zylinders berechnet, einen Steuerzeitdauerrechner 35, der auf der Basis der Impuls­ periodendauer T und der Soll-Steuerlage A des Zylinders eine Steuerzeitdauer Tx für den Zylinder berechnet, und einen Zeitgeber 36, der auf die Steuerzeitdauer Tx einge­ stellt ist und die Steuerungen 13-15 so beeinflußt, daß der Zylinder richtig gesteuert wird. Der Zeitgeber 36 enthält eine Vielzahl von Stromzufuhr-Startzeitgebern (nicht ge­ zeigt), die jeweils die Stromzufuhr zu einer entsprechenden Zündspule zum Zünden eines Zylinders starten, und eine Vielzahl von Stromzufuhr-Abschaltzeitgebern (nicht ge­ zeigt), die jeweils die Stromzufuhr zu einer entsprechenden Zündspule unterbrechen, so daß ein entsprechender Zylinder gezündet wird.

Fig. 7 zeigt ein typisches Beispiel für den Signalgeber 8. Dieser umfaßt eine auf einer Welle 1 (z. B. der Verteiler­ welle), die synchron mit der Kurbelwelle der Maschine um­ läuft, befestigte Scheibe 2. Die Scheibe 2 weist eine Grup­ pe von ersten Schlitzen 3a auf, die sie an vorbestimmten Stellen durchsetzen. Die Schlitze 3a sind in Umfangsrich­ tung der Scheibe 2 gleichbeabstandet angeordnet. Die Schlitze 3a, deren Anzahl der Anzahl Zylinder entspricht, sind so angeordnet, daß sie vorbestimmten Rotationswinkeln der Kurbelwelle und damit vorgegebenen Lagen jedes Kolbens in bezug auf den OT entsprechen, so daß erfaßt werden kann, wenn die Kurbelwelle eine vorbestimmte Drehlage für jeden Zylinder erreicht. Ein weiterer oder zweiter Schlitz 3b ist in der Scheibe 2 nahe einem der ersten Schlitze 3a an einer in bezug darauf radial innenliegenden Stelle gebildet, um zu erfassen, wenn der Rotationswinkel der Kurbelwelle der­ art ist, daß der Kolben eines bestimmten Bezugszylinders eine vorbestimmte Lage hat.

Eine erste und eine zweite lichtaussendende Diode (LED) 4a, 4b sind auf einer Seite der Scheibe 2 auf einem ersten äußeren Kreis bzw. einem zweiten inneren Kreis angeordnet, auf denen die äußeren Schlitze 3a bzw. der innere Schlitz 3b angeordnet sind. Ein erster und ein zweiter Lichtemp­ fänger 5a, 5b jeweils in Form einer Fotodiode sind auf der anderen Seite der Scheibe 2 in Ausrichtung mit der ersten bzw. der zweiten LED 4a, 4b angeordnet. Der erste Lichtemp­ fänger 5a erzeugt jedesmal ein Ausgangssignal, wenn einer der äußeren Schlitze 3a zwischen dem ersten Lichtempfänger 5a und der ersten LED 4a durchläuft. Der zweite Lichtemp­ fänger 5b erzeugt ebenfalls jedesmal ein Ausgangssignal, wenn der innere Schlitz 3b zwischen dem zweiten Lichtemp­ fänger 5b und der zweiten LED 4b durchläuft. Wie Fig. 8 zeigt, werden die Ausgangssignale der beiden Lichtempfänger 5a, 5b den Eingängen entsprechender Verstärker 6a, 6b zu­ geführt, deren Ausgänge jeweils mit der Basis eines ent­ sprechenden Ausgangstransistors 7a oder 7b gekoppelt sind, wobei der offene Kollektor jedes Transistors mit der Schnittstellenschaltung 9 (Fig. 5) gekoppelt und der Emit­ ter geerdet ist.

Nachstehend wird der Betrieb der obigen konventionellen Steuereinrichtung gemäß den Fig. 5-9 im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 9 erläutert, die die Signalverläufe der Ausgangssignale des ersten und des zweiten Lichtempfängers 5a, 5b zeigt.

Wenn die Maschine läuft, läuft die mit der Kurbelwelle (nicht gezeigt) betriebsmäßig verbundene Welle 1 zusammen mit der drehfest darauf befestigten Scheibe 2 um, so daß der erste und der zweite Lichtempfänger 5a, 5b des Signal­ gebers 8 ein Lagesignal L erzeugen, das ein erstes und ein zweites Signal L1, L2 jeweils in Form eines Rechteckimpul­ ses umfaßt. Das erste Signal L1 ist ein als SGT-Signal bezeichnetes Kurbelwinkelsignal, dessen Anstiegsflanke der Vorderkante eines der äußeren Schlitze 3a (d. h. einem ersten vorgegebenen Kurbelwinkel bzw. einer Lage eines jeweiligen Kolbens) entspricht und dessen Abfallflanke der Hinterkante dieses Schlitzes (d. h. einem zweiten vorgege­ benen Kurbelwinkel des jeweiligen Kolbens) entspricht. Bei dem gezeigten Beispiel steigt jeder Rechteckimpuls des SGT-Signals L1 bei dem Kurbelwinkel von 75° vor OT (einer ersten Bezugslage B 75°) jedes Kolbens an und fällt bei dem Kurbelwinkel von 5° vor OT (einer zweiten Bezugslage B 5°) ab.

Das zweite Signal L2 ist ein als SGC-Signal bezeichnetes Zylindererkennungssignal, dessen Anstiegsflanke der Vorder­ kante des inneren Schlitzes 3b und dessen Abfallflanke dessen Hinterkante entspricht. Das SGC-Signal L2 wird im wesentlichen gleichzeitig mit der Ausgabe eines dem be­ stimmten Bezugszylinder #1 entsprechenden SGT-Signalimpul­ ses ausgegeben, so daß dieser erkannt werden kann. Zu die­ sem Zweck ist der innere Schlitz 3b so ausgelegt, daß seine Vorderkante einem Kurbelwinkel vor dem ersten Bezugswinkel des entsprechenden SGT-Signalimpulses (also einem Kurbel­ winkel von mehr als 75° vor OT) und seine Hinterkante einem Kurbelwinkel nach dem zweiten Bezugswinkel des entsprechen­ den SGT-Signalimpulses entspricht (also einem Kurbelwinkel, der kleiner als 5° vor OT ist). Somit tritt die Anstiegs­ flanke eines SGC-Signalimpulses tatsächlich vor derjenigen eines entsprechenden SGT-Signalimpulses auf, und die Ab­ fallflanke des SGC-Signalimpulses tritt nach derjenigen des entsprechenden SGT-Signalimpulses auf, so daß das SGC-Si­ gnal bei den Bezugs-Kolbenlagen von 75° und 5° vor OT einen hohen Pegel hat.

Die beiden so erhaltenen Signalarten aus ersten und zweiten Signalen L1, L2 werden über die Schnittstellenschaltung 9 der Rechen- und Steuereinheit 12 des Mikrocomputers 10 zu­ geführt, die auf der Basis dieser Signale den bestimmten Bezugszylinder #1 und die Betriebs-Kolbenlagen (d. h. Kur­ belwinkel oder Rotationslagen) der übrigen Zylinder #2 bis #4 erkennt, so daß verschiedene Maschinenoperationen wie die Zündzeitpunkte, die Einspritzzeitpunkte usw. richtig gesteuert werden.

Insbesondere detektiert die Signaldetektiereinrichtung 31 der Rechen- und Steuereinheit 12 das Lagesignal L, das das SGT-Signal L1 und das SGC-Signal L2 umfaßt, und erzeugt ein serielles Muster P, das den Hoch- oder Niedrigpegel (d. h. 1 oder 0) des SGC-Signals L2 zu den jeweiligen Bezugs-Kol­ benlagen (nämlich 75° und 5° vor OT) des SGT-Signals L1 annimmt. Das so gebildete serielle Muster P wird in das Register 11 eingeschrieben. Der Impulsperiodendauer-Rechner 32 berechnet die Impulsperiodendauer T des SGT-Signals L1 zwischen vorgegebenen Bezugs-Kolbenlagen. Die Zylinderer­ kennungseinrichtung 33 erkennt auf der Basis des im Regi­ ster 11 gespeicherten seriellen Musters P die Betriebslage eines Kolbens in jedem Zylinder und liefert das Resultat dieser Zylindererkennung an den Soll-Steuerlagerechner 34, der außerdem das Maschinenbetriebssignal D von den Sensoren 20 über die Schnittstellenschaltung 9 empfängt.

Der Soll-Steuerlagerechner 34 berechnet auf der Basis des Resultats der Zylindererkennung und des Maschinenbetriebs­ signals D eine optimale Soll-Steuerlage A wie etwa einen optimalen Zündzeitpunkt, einen optimalen Einspritzzeitpunkt usw. für einen dem momentanen Impuls des SGT-Signals L1 entsprechenden Zylinder und liefert die so gebildete Soll- Steuerlage A an den Steuerzeitdauer-Rechner 35, der außer­ dem die Impulsperiodendauer T vom Impulsperiodendauer-Rech­ ner 32 empfängt.

Der Steuerzeitdauer-Rechner 35 berechnet auf der Basis der Impulsperiodendauer T und der Soll-Steuerlage A für den Zylinder eine geeignete Steuerzeitdauer Tx für den Zylinder und setzt den Zeitgeber 36 entsprechend. Um beispielsweise den Stromzufuhr-Startzeitpunkt und den Stromzufuhr-Ab­ schaltzeitpunkt bzw. den Zündzeitpunkt für einen Zylinder zu steuern, wird ein entsprechender Stromzufuhr-Startzeit­ geber des Zeitgebers 36 auf eine Stromzufuhr-Startzeitdauer Tsx (x = 1 bis 4 für die Zylinder #1 bis #4) gesetzt, und ein entsprechender Stromzufuhr-Abschaltzeitgeber des Zeit­ gebers 36 wird ebenfalls auf eine Stromzufuhr-Abschaltzeit­ dauer bzw. Zündzeitdauer Tox (x = 1 bis 4 für die Zylinder #1 bis #4) gesetzt, so daß sie die Kraftstoffsteuerung 13, die Zündsteuerung 14 und die Verteilersteuerung 15 zu den so gesetzten jeweiligen Zeitpunkten so steuern, daß die optimalen Steuersignale auf die Zylinder verteilt werden.

Die Stromzufuhr-Startzeitdauer Tsx und die Stromzufuhr-Ab­ schaltzeitdauer Tox für einen Zylinder sind jedoch für jede erste Bezugs-Kolbenlage bzw. für jede zweite Bezugs-Kolben­ lage eines entsprechenden Zylinders gesetzt, und nachdem sie einmal gesetzt sind, werden sie nicht aktualisiert, bevor die folgende erste oder zweite Bezugs-Kolbenlage für den entsprechenden Zylinder auftritt. Infolgedessen wird, wenn die Impulsperiodendauer T des SGT-Signals L1 sich auf­ grund einer plötzlichen Änderung der Maschinendrehzahl stark ändert, die Steuergenauigkeit für diejenigen Zylin­ der, deren Steuerungen 13-15 relativ lang warten müssen, bis sie zu vorgegebenen Zeitpunkten zu arbeiten beginnen, erheblich vermindert. Insbesondere wird bei hohen Drehzah­ len der Maschine eine Stromzufuhrperiodendauer zwischen einer Stromzufuhr-Startzeitdauer und einer Stromzufuhr-Ab­ schaltzeitdauer für einen Zylinder relativ zu der Impuls­ periodendauer T des SGT-Signals L1 relativ länger als bei niedrigen Drehzahlen, so daß bei einer Vielzylindermaschine mit vielen Zylindern die Steuerzeitdauern der jeweiligen Zylinder einander überlappen können, wodurch die obigen Steuervorgänge viel schwieriger und komplizierter werden.

Für die Einrichtung gemäß der Erfindung kann die gerade beschriebene konventionelle Steuereinrichtung gemäß den Fig. 5-9 verwendet werden. Es braucht nur die Rechen- und Steuereinheit 12 im Mikrocomputer 10 der konventionellen Einrichtung und ein Teil eines von der Rechen- und Steuereinheit 12 ausgeführten konventionellen Steuerprogramms geändert zu werden.

Die Steuereinrichtung nach der Erfindung für eine Brenn­ kraftmaschine umfaßt (obwohl nicht gezeigt) die gleichen Elemente 8-15 und 20 wie die bekannte Einrichtung nach Fig. 5. Wie Fig. 4 jedoch zeigt, sind Aufbau und Betrieb der Rechen- und Steuereinheit 12′ von der konventionellen Rechen- und Steuereinheit 12 von Fig. 6 insofern verschie­ den, als zusätzlich zu den Elementen 31-36 eine Zeitgeber­ betrieb-Bestimmungseinrichtung 37 vorgesehen ist, die bei jeder Bezugs-Kolbenlage feststellt, ob der Zeitgeber 36 bereits eine Steuerung der Zylinder der Maschine durchge­ führt hat, und den Zeitgeber auf der Basis des Ergebnisses dieser Feststellung setzt bzw. rücksetzt.

Insbesondere führt die Rechen- und Steuereinheit 12′ nach Fig. 4 die Zylindererkennung auf der Basis des Kurbelwin­ kelsignals (SGT) L1 und des Zylindererkennungssignals (SGC) L2 in der bereits beschriebenen Weise durch, und sie führt auch eine erste Unterbrechungsroutine in jeder ersten Be­ zugs-Kolbenlage (z. B. 75° vor OT) gemaß Fig. 2 und eine zweite Unterbrechungsroutine in jeder zweiten Bezugs-Kol­ benlage (z. B. 5° vor OT) gemäß Fig. 3 aus und setzt den Zeitgeber 36 auf geeignete Zündzeitdauern für die entspre­ chenden Zylinder #1 bis #4.

Insbesondere führt der Mikrocomputer die erste Unterbre­ chungsroutine wie folgt aus. Nach Fig. 2 berechnet in Schritt S1 der Impulsperiodendauer-Rechner 32 der Rechen- und Steuereinheit 12 die Impulsperiodendauer T zwischen zwei konsekutiven ersten Bezugs-Kolbenlagen (d. h. den An­ stiegsflanken von zwei konsekutiven Rechteckimpulsen des Kurbelwinkelsignals L1) in jeder ersten Bezugs-Kolbenlage (z. B. 75° vor OT jedes Zylinders). Dann berechnet in Schritt S2 der Soll-Steuerlagerechner 34 eine Soll-Steuer­ lage oder einen Kurbelwinkel As für jeden Zylinder, bei dem die Zündung eines Zylinders erfolgen sollte.

In Schritt S3 berechnet der Steuerzeitdauer-Rechner 35 auf der Basis der Impulsperiodendauer T und der Soll-Zündlage As für den ersten Zylinder #1 eine geeignete Soll-Stromzu­ fuhr-Abschaltzeitdauer oder Zündzeitdauer Ts1 für den ersten Zylinder #1, auf die ein entsprechender Stromzu­ fuhr-Abschaltzeitgeber des Zeitgebers 36 gesetzt wird. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß eine Soll-Zünd­ zeitdauer Tsx (x = 1 bis 4) für einen entsprechenden Zylin­ der (#1 bis #4) einer Zeitdauer entspricht, nach deren Ab­ lauf ein jeweiliger Stromzufuhr-Abschaltzeitgeber die Stromzufuhr zu einer Zündspule unterbricht, so daß die Zündung des entsprechenden Zylinders erfolgt.

Anschließend wird in Schritt S4 unter Bezugnahme auf ein Zeitgebersteuerjob-Flag im Register 11 von der Rechen- und Steuereinheit 12′ abgefragt, ob ein erster Stromzuzfuhr- Abschaltzeitgeber die Stromzufuhr zu einer ersten Zündspule bereits unterbrochen hat, um den ersten Zylinder #1 zu zünden. Bei NEIN (d. h. wenn kein Zeitgebersteuerjob-Flag für den ersten Zeitgeber im Register 11 gesetzt ist) geht das Programm zu Schritt S5 weiter, in dem der erste Strom­ zufuhr-Abschaltzeitgeber auf die oben berechnete erste Soll-Zündzeitdauer Ts1 für die momentane Zündung des ersten Zylinders #1 rückgesetzt wird. Wenn dagegen die Antwort JA ist, geht das Programm zu Schritt S8, in dem der erste Stromzufuhr-Abschaltzeitgeber in Vorbereitung der nächsten Zündung des ersten Zylinders #1 auf die erste Soll-Zünd­ zeitdauer Ts1 gesetzt wird.

Dann wird in Schritt S6 ein nicht gezeigter Kanalzähler im Mikrocomputer 10 auf den folgenden Zylinder #3 gesetzt. Dann wird in Schritt S7 abgefragt, ob der Kanalzähler bereits für sämtliche Zylinder gesetzt worden ist. Bei NEIN springt das Programm zu Schritt S3 zurück, wonach die Schritte S3-S7 für den Zylinder #3 wiederholt werden. In gleicher Weise werden die gleichen Schritte S3-S7 nachein­ ander für die Zylinder #4 und #2 ausgeführt, bis die Ant­ wort in Schritt S7 JA wird. Wenn die Antwort in Schritt S7 JA ist, endet die erste Unterbrechungsroutine.

In gleicher Weise wird gemäß Fig. 3 die zweite Unterbre­ chungsroutine bei jeder zweiten Bezugs-Kolbenlage (also bei 5° vor OT) ausgeführt, um die Stromzufuhr-Startzeitgeber des Zeitgebers 36 auf entsprechende Stromzufuhr-Startzeit­ dauern zu setzen. In diesem Zusammenhang entsprechen die Schritte S11 bis S18 von Fig. 3 den Schritten S1 bis S8 von Fig. 2.

Insbesondere berechnet dabei in Schritt S11 der Impuls­ periodendauer-Rechner 32 die Impulsperiodendauer T zwischen zwei konsekutiven zweiten Bezugs-Kolbenlagen (d. h. den Abfallflanken von zwei konsekutiven Rechteckimpulsen des Kurbelwinkelsignals L1) in jeder zweiten Bezugs-Kolbenlage (z. B. 5° vor OT). Dann berechnet in Schritt S12 der Soll- Steuerlagerechner 34 eine Soll-Stromzufuhrstartlage oder einen Kurbelwinkel Ao für jeden Zylinder, bei dem die Stromzufuhr zu einer entsprechenden Zündspule beginnen sollte.

In Schritt S13 berechnet der Steuerzeitdauerrechner 35 auf der Basis der Impulsperiodendauer T und der Soll-Stromzu­ fuhr-Startlage Ao für den ersten Zylinder #1 eine geeignete Soll-Stromzufuhr-Startzeitdauer To1 für den ersten Zylinder #1, auf die ein entsprechender Stromzufuhr-Startzeitgeber des Zeitgebers 36 gesetzt wird. In diesem Zusammenhang ent­ spricht eine Soll-Stromzufuhr-Startzeitdauer Tox (x = 1 bis 4) für einen entsprechenden Zylinder (#1 bis #4) einer Zeitdauer, nach deren Ablauf ein jeweiliger Stromzufuhr- Startzeitgeber wirksam wird und die Stromzufuhr zu einer entsprechenden Zündspule startet.

Anschließend wird in Schritt S14 unter Bezugnahme auf ein Zeitgebersteuerjob-Flag im Register 11 von der Rechen- und Steuereinheit 12 abgefragt, ob ein erster Stromzufuhr- Startzeitgeber bereits aktiviert wurde, um die Stromzufuhr zur ersten Zündspule zu starten. Bei NEIN (d. h. wenn im Register 11 kein Zeitgebersteuerjob-Flag für den ersten Zeitgeber gesetzt ist) geht das Programm zu Schritt S15, in dem der erste Stromzufuhr-Startzeitgeber auf die oben be­ rechnete erste Soll-Stromzufuhr-Startzeitdauer To1 für die momentane Zündung des ersten Zylinders rückgesetzt wird. Wenn dagegen die Antwort JA ist, geht das Programm zu Schritt S18, in dem der erste Stromzufuhr-Startzeitgeber auf die erste Soll-Stromzufuhr-Startzeitdauer To1 in Vor­ bereitung der nächsten Zündung des ersten Zylinders #1 gesetzt wird.

Danach wird in Schritt S16 der Kanalzähler auf den folgen­ den Zylinder #3 gesetzt. Dann wird in Schritt S17 abge­ fragt, ob der Kanalzähler bereits durchweg für sämtliche Zylinder gesetzt wurde. Bei NEIN springt das Programm zu Schritt S13 zurück, wonach die Schritte S13 bis S17 für den Zylinder #3 wiederholt werden. Ebenso werden die gleichen Schritte S13 bis S17 nacheinander für die Zylinder #4 und #2 wiederholt, bis die Antwort in Schritt S17 JA ist. Bei JA in Schritt S17 endet die zweite Unterbrechungsroutine.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, werden in einer ersten Bezugs-Kolbenlage P11 von 75° vor OT eines Zylinders (z. B. des Zylinders #1) der erste bis vierte Stromzufuhr-Ab­ schaltzeitgeber zuerst auf die Zündzeitdauern Ts1 bis Ts4 für die entsprechenden Zylinder #1 bis #4 gesetzt, die in der ersten Bezugs-Kolbenlage P11 berechnet werden, und dann werden sie in der folgenden ersten Bezugs-Kolbenlage P12 von 75° vor OT eines weiteren Zylinders (z. B. des Zylin­ ders #3) im Prinzip auf die neuen Zündzeitdauern Ts1′ bis Ts4′ rückgesetzt oder aktualisiert, die bei der folgenden ersten Bezugs-Kolbenlage P12 berechnet werden. In diesem Fall jedoch war der erste Stromzufuhr-Abschaltzeitgeber bei der folgenden ersten Bezugs-Kolbenlage P12 bereits akti­ viert und hat die Abschaltung der Stromzufuhr zu der ersten Zündspule ausgelöst, um die Zündung des ersten Zylinders #1 zu bewirken. Daher wird bei P12 der erste Stromzufuhr-Ab­ schaltzeitgeber nicht rückgesetzt, sondern nur auf die neue Zündzeitdauer Ts1′ für die nächste Zündung des ersten Zy­ linders #1 gesetzt. Andererseits werden der zweite bis vierte Stromzufuhr-Abschaltzeitgeber, die noch keine Strom­ zufuhr-Abschaltvorgänge ausgelöst haben, auf die neuen Zündzeitdauern Ts2′ bis Ts4′ rückgesetzt oder aktualisiert.

In gleicher Weise werden gemäß Fig. 1 bei einer zweiten Bezugs-Kolbenlage P21 von 5° vor OT des ersten Zylinders #1 der erste bis vierte Stromzufuhr-Startzeitgeber zuerst auf Stromzufuhr-Abschaltzeitdauern To1 bis To4 für die jeweili­ gen Zylinder #1 bis #4 gesetzt, die bei der zweiten Bezugs- Kolbenlage P21 berechnet werden, und bei der folgenden zweiten Bezugs-Kolbenlage P22 von 5° vor OT des dritten Zylinders #3 werden sie im Prinzip auf neue Stromzufuhr- Startzeitdauern To1′ bis To4′ rückgesetzt, die bei der folgenden zweiten Bezugs-Kolbenlage P22 berechnet werden. In diesem Fall hat jedoch bei der folgenden zweiten Bezugs- Kolbenlage P22 der dritte Stromzufuhr-Startzeitgeber be­ reits die Stromzufuhr zu einer dritten Zündspule für die momentane Zündung des dritten Zylinders #3 ausgelöst und wird daher auf die neue Stromzufuhr-Startzeitdauer To3′ für die nächste Zündung des dritten Zylinders #3 gesetzt. An­ dererseits werden der erste, der zweite und der vierte Stromzufuhr-Startzeitgeber, die noch keine Stromzufuhr- Startvorgänge ausgeführt haben, auf die neuen Zündzeit­ dauern To1′, To2′ bzw. To4′ rückgesetzt oder aktualisiert.

In der oben beschriebenen Weise werden bei jeder ersten und zweiten Bezugs-Kolbenlage von 75° und 5° vor OT die Strom­ zufuhr-Abschaltzeitgeber und die Stromzufuhr-Startzeitgeber auf neue Zündzeitdauern und neue Stromzufuhr-Startzeit­ dauern rückgesetzt oder aktualisiert, wenn sie ihre Strom­ zufuhr-Abschalt- oder -Startvorgänge, die bei den vorher­ gehenden Bezugs-Kolbenlagen gesetzt wurden, noch ausführen müssen, so daß die Zündsteuerung an den jeweiligen Zylin­ dern einer beispielsweise durch eine plötzliche Änderung der Maschinendrehzahl hervorgerufenen plötzlichen Änderung der Impulsperiodendauer T des Kurbelwinkelsignals L1 im Echtzeitbetrieb sofort folgen kann.

Zu diesem Zweck ist es nur notwendig, aufeinanderfolgend die jeweiligen unabhängigen Zeitgeber jedesmal zu aktuali­ sieren, wenn die Stromzufuhr- oder die Zündsteuerung durch­ geführt wird. Um also Probleme wie eine Überlappung der Steuerzeitdauern oder eine erhöhte Anzahl von Steuerkanälen für die Zylinder zu eliminieren, kann ein relativ einfaches Steuerprogramm verwendet werden, ohne daß die Belastung der Hardware-Komponenten wie etwa eine Zunahme von Betriebs­ rechenvorgängen erhöht wird.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel werden zwar die Strom­ zufuhr-Abschaltzeitdauern Tsx bei jeder ersten Bezugs-Kol­ benlage von 75° vor OT gesetzt oder rückgesetzt, und die Stromzufuhr-Startzeitdauern Tox werden bei jeder zweiten Bezugs-Kolbenlage von 5° vor OT gesetzt oder rückgesetzt, es ist aber auch möglich, gleichzeitig sämtliche Zeitgeber bei jeder ersten und zweiten Bezugs-Kolbenlage auf die Zeitdauern Tsx und Tox zu setzen oder rückzusetzen, wenn der Mikrocomputer eine ausreichende Rechen- und Zeitgeber­ setzkapazität hat.

Ferner werden zwar bei diesem Ausführungsbeispiel zwei gesonderte Signale, umfassend ein erstes Signal in Form eines Kurbelwinkelsignals L1 und ein zweites Signal in Form eines Zylindererkennungssignals L2, verwendet, es kann aber auch ein einziges Signal genützt werden, das eine Serie von Impulsen umfaßt, die eine Vielzahl von Kurbelwinkelimpulsen aufweisen, die jeweils eine erste und eine zweite Bezugs- Kolbenlage eines entsprechenden Zylinders sowie einen einem bestimmten Zylinder entsprechenden Zylindererkennungsimpuls enthalten. Auch in diesem Fall werden im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erhalten.

In der obigen Beschreibung wurde zwar auf die Zündzeit­ punkteinstellung einer Brennkraftmaschine Bezug genommen, die Erfindung eignet sich aber auch für verschiedene andere zeitgebergesteuerte Betriebsvorgänge der Maschine, z. B. eine zeitgebergesteuerte Einspritzsteuerung, wobei im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erzielt werden.

Wie oben beschrieben, wird gemäß der Erfindung bei jeder Bezugs-Kolbenlage der Zylinder daraufhin abgefragt, ob ein zeitgebergesteuerter Betrieb durchgeführt wurde, und wenn ein solcher Betrieb erst noch durchzuführen ist, werden die Zeitgeber auf neue Steuerzeitdauern rückgesetzt oder aktu­ alisiert. Dadurch wird es also möglich, eine Echtzeit- Steuerung verschiedener Maschinenbetriebsvorgänge durchzu­ führen, um einer Änderung der Drehzahl der Maschine (d. h. einer Änderung der Impulsperiodendauer des Kurbelwinkel­ signals) sofort folgen zu können, und zwar unter Anwendung eines einfachen Steuerprogramms, wodurch die Genauigkeit dieser Maschinensteuerung in einfacher Weise erheblich ver­ bessert wird.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Steuerung des Betriebs einer Mehrzylin­ der-Brennkraftmaschine, umfassend:
einen Signalgeber (8), der synchron zur Drehung einer Kurbelwelle der Maschine ein Lagesignal (L) in Form von Impulsen, die Bezugs-Kolbenlagen jedes Zylinders be­ zeichnen, erzeugen;
eine Sensorgruppe (20), welche die Betriebsbedingungen der Maschine aufnimmt und ein die aufgenommenen Maschi­ nenbetriebsbedingungen bezeichnendes Ausgangssignal er­ zeugt; und
eine Steuereinheit (12′) mit Zeitgebern (36), um Steuer­ zeiten zur Steuerung des Betriebs der Zylinder auf der Basis des Lagesignals und des Ausgangssignals der Sen­ sorgruppe (20) vorzugeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (12′) derart ausgebildet ist, daß Steuerzeiten für alle Zylinder bei jeder Bezugs-Kolben­ lage berechnet werden und bei jeder Bezugs-Kolbenlage festgestellt wird, ob Steuerzeiten für Steuervorgänge an den Zylindern bereits abgelaufen sind, und daß Steuer­ zeiten aufgrund der aktuellen Maschinenbetriebsbedingun­ gen aktualisiert werden, wenn die jeweiligen Steuerzei­ ten für die Steuervorgänge an den Zylindern noch nicht abgelaufen sind, jedoch neue Steuerzeiten gesetzt wer­ den, wenn die jeweiligen Steuerzeiten abgelaufen sind und bereits Steuervorgänge an den Zylindern ausgeführt wurden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (12′) aufweist:
eine Detektiereinrichtung (31), die auf der Basis des Lagesignals (L) die Bezugs-Kolbenlage detektiert;
einen Impulsperiodendauer-Rechner (32), der die Impuls­ periodendauer des Lagesignals (L) zwischen den beiden vorhergehenden Impulsen bei jeder Bezugs-Kolbenlage be­ rechnet;
eine Zylindererkennungseinrichtung (33′), die auf der Ba­ sis des Ausgangssignals der Detektiereinrichtung (31) erkennt, welchem Zylinder ein Impuls des Lagesignals (L) entspricht;
einen Soll-Steuerlagerechner (34), der auf der Basis des Resultats der Zylindererkennung und des Ausgangssignals der Sensorgruppe (20) eine Soll-Steuerlage für jeden Zy­ linder berechnet;
einen Steuerzeitdauerrechner (35) der auf der Basis der Impulsperiodendauer und der Soll-Steuerlage Steuerzeiten für alle Zylinder bei jeder Bezugs-Kolbenlage berechnet; und
eine Zeitgeberbetrieb-Bestimmungseinrichtung (37), die bei jeder Bezugs-Kolbenlage bestimmt, ob Steuerzeiten für Steuervorgänge an den Zylinder bereits abgelaufen sind und in vorbeschriebener Weise die Steuerzeiten aktualisiert oder neu setzt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (12′) eine Zündsteuerung (14) um­ faßt, die von den Zeitgebern (3) zur ordnungsgemäßen Steuerung der Zündung jedes Zylinders aktivierbar ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (12′) eine Kraftstoffeinspritz­ steuerung (13) umfaßt, die von den Zeitgebern (36) zur ordnungsgemäßen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in jeden Zylinder aktivierbar ist.

5. Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine mit den Verfahrensschritten:
Erzeugen eines Lagesignals (L) in Form von Impulsen, die Bezugs-Kolbenlagen jedes Zylinders bezeichnen, synchron mit der Rotation einer Kurbelwelle;
Erfassen der Betriebszustände der Maschine und Erzeugen eines oder mehrerer die erfaßten Betriebszustände be­ zeichnenden Ausgangssignale; gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Berechnen von Steuerzeiten für alle Zylinder bei jeder Bezugs-Kolbenlage auf der Basis des Lagesignals (L) und des Ausgangssignals;
Feststellen bei jeder Bezugs-Kolbenlage ob Steuerzeiten für Steuervorgänge in den Zylindern bereits abgelaufen sind;
Aktualisieren der Steuerzeiten auf Grund der aktuellen Maschinenbetriebszustände, wenn die jeweiligen Steuer­ zeiten für die Steuervorgänge an den Zylindern noch nicht abgelaufen sind und
Setzen von neuen Steuerzeiten, wenn die jeweiligen Steu­ erzeiten für Steuervorgänge abgelaufen sind und Steuer­ vorgänge an den Zylindern ausgeführt wurden.