DE4133752C2

DE4133752C2 - Maschinensteuervorrichtung und Maschinensteuerverfahren zur Steuerung eines Betriebsparameters einer Maschine

Info

Publication number: DE4133752C2
Application number: DE4133752A
Authority: DE
Inventors: Wataru Fukui; Toshio Iwata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-10-11
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2011-10-12
Also published as: US5156125A; KR920008324A; KR940008275B1; DE4133752A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschinen-Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Steuerverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 21.

Eine derartige Steuervorrichtung und ein derartiges Steuerverfahren sind aus der DE 37 42 675 A1 bekannt. Eine Steuereinheit steuert den Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt in Abhängigkeit von einem Kurbelwinkel-Impulssignal und von einem Nockenwellen-Impulssignal. Das Nockenwellen-Impulssignal weist für jeden Zylinder der Maschine eine charakteristische Anzahl von Impulsen auf, die jeweils zwischen zwei Bezugskurbelwinkeln in dem Kurbelwinkel-Impulssignal auftreten. Das Kurbelwinkel- Impulssignal und das Nockenwellensignal werden dabei von Sensoren erzeugt, die jeweils charakteristische Stellungen der Kurbelwelle und der Nockenwelle erfassen. Der Bezugskurbelwinkel in dem Kurbelwinkel-Impulssignal zeigt dabei den oberen Totpunkt jedes Zylinders an und die Betriebsparametersteuerung erfolgt aufgrund einer gemeinsamen Auswertung der Impulse des Nockenwellensignals und des Bezugskurbelwinkels. Wenn der Bezugskurbelwinkel erfaßt wird, erfolgt somit eine Steuerung des Betriebsparameters für den jeweiligen Zylinder. Jedoch sind keinerlei Vorkehrungen getroffen, die Betriebsparametersteuerung für Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle zu korrigieren, die auch nach Erfassung des zur Steuerung verwendeten Bezugskurbelwinkels auftreten können. Somit wird hier bei Schwankungen der Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle, insbesondere zwischen wiederholtem Auftreten des Bezugskurbelwinkels eine ungenaue Einstellung des Betriebsparameters verursacht.

Um also einen Brennkraftmotor wirkungsvoll betreiben zu können, ist es notwendig, daß die Kraftstoffeinspritzung und Kraftstoffzündung in jedem Zylinder zu einem exakt definierten Zeitpunkt stattfindet. Deswegen werden Motoren typischerweise mit Stellungs-Sensoren ausgerüstet, um die Stellung jedes Kolbens des Motors bezüglich des oberen Totpunktes zu erfassen. Ein üblicherweise benutzter Stellungs-Sensor erfaßt die Umdrehung eines Elements, wie der Nockenwelle des Motors, die sich mit der Hälfte der Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle dreht und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal, das nicht nur die Umdrehungsstellung der Kurbelwelle anzeigt, sondern auch welcher Kolben des Motors sich an einer vorgeschriebenen Stellung befindet. Jedoch wird die Nockenwelle durch eine mechanische Übersetzungseinrichtung, die aus einem Antriebsriemen, Steuerketten oder ähnlichem besteht, angetrieben. Wenn ein Durchrutschen in der mechanischen Übersetzungseinrichtung auftritt, kann zwischen der durch den Stellungs-Sensor erfaßten Umdrehungsstellung und der echten Umdrehungsstellung der Kurbelwelle ein Phasenunterschied auftreten. Falls das Ausgangssignal zur Steuerung der Motoreinstellung des Stellungs-Sensors benutzt wird, kann deswegen die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung nicht zu den passenden Zeitpunkten stattfinden und ein optimaler Motorbetrieb kann nicht gewährleistet werden.

Die DD-PS 20 08 114 beschreibt eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Zündzeitpunktes eines Brennkraftmotors, bei der ebenfalls ein Bezugskurbelwinkel (Nullmarke) in einem Kurbelwinkel-Impulssignal erfaßt wird. Von dieser Nullmarke wird ein Zielkurbelwinkel zur Steuerung des Betriebsparameters bestimmt, der durch Zählung der einzelnen Impulse des Kurbelwellen-Impulssignals von der Nullmarke erfaßt wird. Wenn der Zielkurbelwinkel einer Winkelposition entspricht, die zwischen zwei Impulsen des Kurbelwinkel-Impulssignals zu liegen kommt, wird ab Erfassung eines Impulses eine Einstellung des Zielkurbelwinkels zur Betriebsparametersteuerung mittels einer Zeitsteuerung durchgeführt. Für den Fall einer Änderung der Drehzahl wird hier jedoch lediglich der Weg aufgezeigt, die Abstände der Kurbelwinkelwellenwinkelimpulse so fein zu wählen, daß die Drehungleichförmigkeit von einem Impuls zum nächsten vernachlässigbar ist, was einen erhöhten Aufwand bei der Herstellung des Kurbelwinkelsensors mit sich bringt.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Maschinensteuerverfahren und eine Maschinensteuervorrichtung für die Steuerung eines Betriebsparameters der Maschine vorzusehen, die auch dann den Betriebsparameter genau einstellen kann, wenn eine Drehungleichförmigkeit der Maschine auftritt, ohne daß ein erhöhter Aufwand bei der Herstellung des Kurbelwinkelsensors erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Maschinen-Steuervorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Maschinensteuerverfahren gemäß dem Patentanspruch 21 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine Motorsteuervorrichtung enthält entsprechend einem Aspekt der Erfindung einen Kurbelwinkel-Stellungssensor, um die Umdrehungsstellung einer Kurbelwelle eines Motors zu erfassen und eine Stellungs-Erfassungs-Einrichtung, um die Umdrehungsstellung eines Elements zu erfassen, das sich mit der Hälfte der Geschwindigkeit der Kurbelwelle dreht. Der Kurbelwellen-Stellungs-Sensor erzeugt ein Signal, das einen unstetigen Abschnitt aufweist, der eine vorgegebene Bezugsstellung der Kurbelwelle anzeigt. Die Stellungs-Erfassungs-Einrichtung erzeugt ein Ausgangssignal, das Impulse aufweist, die zwischen aufeinanderfolgenden unstetigen Abschnitten im Ausgangssignal des Kurbelwellen-Stellungs-Sensors auftreten. Eine Zylinder-Erkennungs-Einrichtung erkennt die Zylinder des Motors aufgrund des Ausgangssignals der Zylinder-Erkennungs-Einrichtung, das zwischen aufeinanderfolgenden unstetigen Abschnitten erzeugt wird. Eine Steuerstellung für einen Betriebsparameter des Motors, wie den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt oder den Kraftstoffzündzeitpunkt, wird aufgrund einer Betriebsbedingung des Motors berechnet, und der Betriebsparameter wird entsprechend der berechneten Steuerstellung unter Verwendung der Bezugsstellung der Kurbelwelle als Bezugswert, gesteuert.

In bevorzugten Ausführungsbeispielen enthält das Ausgangssignal des Kurbelwellen-Stellungs-Sensors eine Reihe von Impulsen. Der unstetige Abschnitt kann eine Lücke zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen enthalten, wobei die Lücke eine Länge besitzt, die sich von der Länge des normalen Intervalls zwischen Impulsen unterscheidet. Als Alternative kann der unstetige Abschnitt einen Impuls enthalten, der eine von der Impulsbreite von normalen Impulsen abweichende Impulsbreite besitzt. Das Ausgangssignal kann mehr als eine Art von unstetigen Abschnitten enthalten.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Steuervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt eines Motors, der das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 verwendet;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Schwungrades des Motors aus Fig. 2;

Fig. 4 eine Kurvendarstellung des Ausgangssignals des Kurbelwellen-Stellungs-Sensors und des Nockenwellen-Stellungs-Sensors aus Fig. 1;

Fig. 5 eine Kurvendarstellung, die darstellt, wie die REF-Stellung unter Verwendung des POS-Signals erfaßt wird;

Fig. 6 ein Flußdiagramm eines Programms zur Erkennung eines Zylinders des Motors;

Fig. 7 bis 9 Kurvendarstellungen, die die Ausgangssignale des Kurbelwellen-Stellungs-Sensors und des Nockenwellen-Stellungs-Sensors in anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels einer Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine Kurvendarstellung eines Ausgangssignals des Kurbelwellen-Stellungs-Sensors und des Nockenwellen-Stellungs-Sensors aus Fig. 10;

Fig. 12 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Schwungrads eines Motors, auf die das Ausführungsbeispiel aus Fig. 12 angewendet werden kann;

Fig. 14 eine Kurvendarstellung des Kurbelwellen-Stellungs-Sensors und des Nockenwellen-Stellungs-Sensors aus Fig. 12; und

Fig. 15 eine Kurvendarstellung des Ausgangssignals des Kurbelwellen-Stellungs-Sensors und des Nockenwellen-Stellungs-Sensors eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele einer Motorsteuervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels und Fig. 2 ist ein Aufriß eines Motors, der mit diesem Ausführungsbeispiel ausgestattet ist. Es wird nun der Fall beschrieben, bei dem der Motor ein Viertaktmotor mit vier Zylindern ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen Viertaktmotor oder einen Motor, der irgendeine besondere Anzahl von Zylindern aufweist, beschränkt. Der Motor 1 weist eine Kurbelwelle 2 auf, die antriebsmäßig mit den Kolben der vier Zylinder verbunden ist (nur einer von diesen ist gezeigt). Ein Schwungrad 3 ist an der Kurbelwelle 2 zu dessen Rotation befestigt und ein Kurbelwellen-Stellungs-Sensor 5 ist auf dem Motor 1 in der Nähe der Kurbelwelle 2 befestigt, um die Rotation der Kurbelwelle 2 zu erfassen und um ein Ausgangssignal (mit POS-Signal bezeichnet) zu erzeugen, aus dem die Umdrehungsstellung der Kurbelwelle 2 bestimmt werden kann. Jede Vorrichtung, die ein Ausgangssignal erzeugen kann, das die Kurbelwellenstellung dann anzeigen kann, wenn sich ein Kolben in einem Zylinder des Motors in einer vorbestimmten Stellung bezüglich des oberen Totpunktes befindet, kann als Kurbelwellen-Stellungs-Sensor 5 benutzt werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Schwungrad 3 mit einem Zahnkranz 4 ausgestaltet, das eine Vielzahl von Zähnen 4a aufweist, und der Kurbelwellen-Stellungs-Sensor 5 ist ein elektromagnetischer Sensor, der in der Nähe des Zahnkranzes 4 angeordnet ist und einen elektrischen Impuls erzeugen kann, jedesmal wenn sich einer der Zähne 4a des Zahnkranzes 4 an dem Sensor 5 vorbeibewegt. Fig. 3 zeigt den Kurbelwellen-Stellungs-Sensor 5, einen Teil des Schwungrads 3 und das Zahnrad 4 ausführlicher. Die Zähne 4a des Zahnkranzes 4 sind auf dem Umfang des Zahnkranzes 4 in gleichmäßigen Abständen angeordnet, bis auf eine oder mehrere Stellungen auf dem Umfang, wo eine Lücke 4b zwischen benachbarten Zähnen gebildet ist, wobei die Größe der Lücke 4b und die Abstände zwischen benachbarten Zähnen in Abschnitten des Zahnkranzes 4, wo keine Lücke 4b vorhanden ist, verschieden sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Lücke 4b größer als der normale Abstand zwischen benachbarten Zähnen 4a, aber sie kann andererseits auch kleiner sein. Die Lücke 4b kann z. B. durch Entfernen eines der Zähne 4a von dem Zahnkranz 4 erzeugt werden. Die Anzahl der Lücken 4b ist nicht kritisch. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Zahl der Lücken 4b gleich der Zahl der Zylinder n in dem Motor, geteilt durch 2, gesetzt worden, was im Falle eines Vierzylindermotors 4/2 = 2 Lücken ergibt. Die Lücken 4b sind am Umfang des Zahnkranzes 4 an gleichen Abständen angeordnet.

Der Motor ist auch mit einer Nockenwelle 6 ausgestaltet, die sich mit der Hälfte der Geschwindigkeit der Kurbelwelle 2 dreht. Ein Nockenwellen-Stellungs-Sensor 8, wie z. B. ein elektromagnetischer Sensor, ist in der Nähe der Nockenwelle 6 angeordnet, um die Umdrehung der Nockenwelle 6 zu erfassen und um ein Ausgangssignal (mit SGC-Signal bezeichnet) zu erzeugen, aus dem die Umdrehungsstellung der Nockenwelle 6 und die Stellung der Kolben in jedem Zylinder des Motors 1 bestimmt werden können. Der Nockenwellen-Stellungs-Sensor 8 erfaßt die Bewegung von einer Vielzahl von Vorsprüngen 7a, die am äußeren Umfang einer auf der Nockenwelle 6 befestigten rotierenden Scheibe 7 gebildet sind, und erzeugt einen Impuls jedesmal, wenn sich die Vorsprünge 7a an ihm vorbeibewegen. Nockenwellen-Stellungs-Sensoren sind wohl bekannter Stand der Technik, so daß eine genauere Beschreibung der Struktur des Sensors 8 unnötig ist.

Anstelle der Erfassung der Umdrehung der Nockenwelle 6 ist es möglich, die Umdrehung eines anderen Elements zu erfassen, das sich mit der Hälfte der Geschwindigkeit der Nockenwelle 2 dreht, wie z. B. die rotierende Welle eines Verteilers für den Motor 1. Sensoren zum Fühlen der Drehung einer Verteilerwelle sind ebenso wohl bekannter Stand der Technik und jeder herkömmliche Typ kann verwendet werden.

Fig. 4 ist ein Beispiel eines Ausgangssignals eines Kurbelwellen-Stellungs-Sensors 5 (des POS-Signals) und des Nockenwellen-Stellungs-Sensors 8 (des SGC-Signals) aus Fig. 2. Das POS-Signal enthält eine Reihe von im wesentlichen gleichmäßigen Impulsen, die sich zwischen einem hohen Pegel und einem niedrigen Pegel abwechseln und die den Zähnen 4a auf dem Zahnkranz 4 entsprechen. Die Abstände zwischen den Impulsen sind nicht kritisch und hängen von der Zahl der Zähne auf dem Zahnkranz 4 ab. Für einen typischen Zahnkranz ist der Abstand im allgemeinen ungefähr 2° der Kurbelwellendrehung. An gleichmäßigen Abständen hat das POS-Signal unstetige Abschnitte in Form von Lücken 11 zwischen Impulsen, wobei die Lücken 11 den Lücken 4b am äußeren Umfang des Zahnkranzes 4 entsprechen. Der Kurbelwellen-Stellungs-Sensor 5 ist so ausgelegt, daß das POS-Signal einen niedrigen Pegel in den Lücken 11 besitzt; es ist aber auch möglich, die Polarität umzudrehen, so daß der Signalpegel in den Lücken 11 hoch ist. Die steigende Flanke eines Impulses am Ende jeder Lücke 11 in dem POS-Signal zeigt eine Referenzstellung (mit REF-Stellung bezeichnet) der Kurbelwelle 2 an, die jedesmal auftritt, wenn sich ein Kolben in einem der Zylinder des Motors an einer vorbestimmten Stellung bezüglich des oberen Totpunkts befindet. Wie auch in Fig. 4 gezeigt, enthält das SGC-Signal Impulse, die dann auftreten, wenn sich die Vorsprünge 7a der rotierenden Scheibe 7 an dem Nockenwellen-Stellungs-Sensor 8 vorbeibewegen. Die rotierende Scheibe 7 ist auf der Nockenwelle 6 so befestigt, daß die Impulse des SGC-Signals zwischen aufeinanderfolgenden REF-Stellungen auftreten. Die Anzahl der Impulse in dem SGC-Signal ist für jeden Zylinder verschieden, so daß jeder Zylinder des Motors durch Zählung der Anzahl der Impulse, die zwischen aufeinanderfolgenden REF-Stellungen auftreten, erkannt werden kann.

Der Motor 1 ist außerdem mit einem oder mehreren Sensoren 9 (nicht in Fig. 2 gezeigt) ausgerüstet, die verschiedene Betriebsparameter erfassen, wie z. B. die Lufteinlaß-Menge in den Motor, den Grad einer Drosselventilöffnung und den Druck innerhalb einer Lufteinlaßverzweigung, und erzeugen dementsprechende elektrische Ausgangssignale.

Die Ausgangssignale des Kurbelwellen-Stellungs-Sensors 5, des Nockenwellen-Stellungs-Sensors 8 und der anderen Sensoren 9 werden einer Steuereinheit 20 durch eine Schnittstelle 10 eingegeben. Die Steuereinheit 20, die vorzugsweise einen Mikrocomputer enthält, ist begrifflich in Fig. 1 dargestellt und enthält einen REF-Erfassungs- Abschnitt 21, einen Zylinder-Erkennungs-Abschnitt 22 und einen Motorsteuerabschnitt 23. Der REF-Erfassungs-Abschnitt 21 empfängt das POS-Signal des Kurbelwellen-Stellungs-Sensors 5, erfaßt die REF-Stellung und erzeugt ein Ausgangssignal, das das Auftreten der REF-Stellung anzeigt. Der Zylinder-Erkennungsabschnitt 22 empfängt das SGC-Signal des Nockenwellen-Stellungs-Sensors 8 und des Ausgangssignals des REF-Erfassungs-Abschnitts 21, und entscheidet, welcher Zylinder sich in einem vorgegebenen Hub befindet (wie z. B. welcher Zylinder gegenwärtig in seinem Kompensionshub ist) und erzeugt ein Ausgangssignal, das diesen Zylinder erkennt. Der Motorsteuerabschnitt 23 empfängt die Ausgangssignale des Kurbelwellen-Stellungs-Sensors 5, anderer Sensoren 9, des REF-Erfassungs-Abschnitts 21 und des Zylinder-Erkennungsabschnitts 22. Aufgrund dieser Eingangssignale berechnet der Motorsteuerabschnitt 23 die Einstellung eines Motorbetriebsparameters, wie z. B. den Zündzeitpunkt und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, und steuert den Motor entsprechend der berechneten Einstellung.

Der REF-Stellungs-Sensor 21 erkennt die REF-Stellung durch Erfassung, wenn das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen des POS-Signals länger ist als ein vorgeschriebener Wert. Wie in Fig. 5 gezeigt, kann der REF-Stellungssensor 21 zum Beispiel einen Spannungsgenerator enthalten, der ein Signal erzeugt, das eine Spannung aufweist, die an der fallenden Flanke jedes Impulses des POS-Signals mit der Zeit linear von Null Volt ansteigt und dann an der steigenden Flanke des nächsten Impulses auf Null Volt zurückgesetzt wird. Wenn die Spannung einen vorgeschriebenen Bezugspegel überschreitet, wird entschieden, daß das Intervall, das gerade gemessen wird, eines der Lücken 11 in dem POS-Signal ist, das einer der Lücken 4b in dem Zahnkranz 4 entspricht. Die fallende Flanke eines Signals, das eine Spannung aufweist, die größer ist als der Bezugspegel, zeigt das Auftreten der REF-Stellung an.

Fig. 6 zeigt einen Programmablauf, der mit dem Zylinder-Erkennungsabschnitt 22 ausgeführt werden kann, um die Zylinder des Motors 1 zu erkennen. Im Schritt S1 zählt der Zylinder-Erkennungsabschnitt 22 die Anzahl der Impulse in dem SGC-Signal zwischen dem aufeinanderfolgenden Auftreten der REF-Stellung. Im Schritt S2 vergleicht er die Anzahl der im Schritt S1 gezählten Impulse mit einer Vielzahl von Bezugswerten, die in einem nicht dargestellten Speicher der Steuereinheit 20 gespeichert sind, wobei jeder Bezugswert einem Zylinder des Motors entspricht. Der Zylinder, der den zuletzt aufgetretenen Impulsen des SGC-Signals entspricht, wird durch die Bestimmung des Bezugswerts, der der Anzahl der in Schritt S1 gezählten Impulsen gleicht, erkannt. Im Schritt S3 wird die Nummer des erkannten Zylinders in ein Speicherregister des Zylinder-Erkennungsabschnitts 22 eingeschrieben.

Die Impulse des SGC-Signals sind bezüglich der REF-Stellungen um eine ausreichende Größe versetzt, so daß sogar, wenn ein Durchrutschen in der Übersetzungseinrichtung, die die Kurbelwelle 2 und die Nockenwelle 8 verbindet, auftritt, die Impulse in dem SGC-Signal nicht mit den REF-Stellungen überlappen und die Zylinder mit Sicherheit erkannt werden können.

Der Motorsteuerabschnitt 23 berechnet den Zündzeitpunkt und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt aufgrund der durch die Eingangssignale des Kurbelwellen-Stellungs-Sensors 5, anderer Sensoren 9, und des REF-Stellungs-Sensors 21 bestimmten gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen. Kraftstoffeinspritzung und Zündung des passenden Zylinders werden dann so gesteuert, daß sie mit den von einer der REF-Stellungen gemessenen, berechneten Zeitpunkten auftreten. Beispiele von Motorbetriebsbedingungen, die typischerweise benutzt werden, um den Zündzeitpunkt und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zu berechnen, sind die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors und die Motorbelastung. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors kann durch die Messung des Zeitintervalls zwischen aufeinanderfolgendem Auftreten der REF-Stellung bestimmt werden. Die Motorbelastung kann durch verschiedene Parameter- bestimmt werden, wie z. B. durch den Grad einer Drosselventilöffnung oder durch die Luftansaugmenge in den Motor. Die anderen Sensoren 9 können entsprechend der Parameter, die von dem Motorsteuerabschnitt 23 benützt werden, gewählt werden. Algorithmen zur Verwendung für die Berechnung der Einstellungen der Motorbetriebsparameter, wie den Zündzeitpunkt und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, aufgrund von Eingangssignalen externer Sensoren, sind wohl bekannt, so daß sich eine ausführliche Beschreibung des Motorsteuerabschnitts 23 erübrigt. Außerdem kann der Motorsteuerabschnitt 23 zur Steuerung anderer Motorbetriebsparameter als den Zündzeitpunkt- und die Kraftstoffeinspritzungsparametern benutzt werden.

Sobald der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt berechnet sind, können sie von der REF-Stellung in Kurbelwellenumdrehungsgraden oder in Zeitgraden gemessen werden. Wenn z. B. der Zündzeitpunkt so berechnet wird, daß er N-Grad nach dem Auftreten der REF-Stellung ist, können N-Winkelgrade durch Zählung von Impulsen des POS-Signals mit einem Zähler bestimmt werden, oder durch Verwendung eines Zeitnehmers ein Zeitintervall gemessen werden, das N-Winkelgraden der Kurbelwellenumdrehung bei vorgegebener, gegenwärtiger Motorumdrehungsgeschwindigkeit entspricht. Die Messung der Einstellungen durch Zählung von Impulsen des POS-Signals hat den Vorteil, daß die Einstellungen genau gesteuert werden können, sogar dann, wenn die Motorgeschwindigkeit schwankt.

In der vorliegenden Erfindung wird von keinem der Sensoren 5 oder 8 eine hohe Auflösung gefordert, so daß beide billige Sensoren sein können, wie z. B. elektromagnetische Sensoren. Nachdem die REF-Stellung, auf dessen Basis die Einstellungen der Kraftstoffeinspritzung und Zündung gesteuert werden, direkt von der Kurbelwelle 2 anstelle von der Nockenwelle 6 detektiert wird, kann sie immer genau detektiert werden, sogar dann, wenn in der mechanischen Übersetzungseinrichtung, das die Kurbelwelle und die Nockenwelle verbindet, ein Durchrutschen auftritt. Deswegen kann die Kraftstoffeinspritzung und Zündung immer mit der geeigneten Einstellung gesteuert werden.

In dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 hat jede der Lücken 4b in dem Zahnkranz 4 dieselbe Länge am Umfang des Zahnkranzes 4. Wenn jedoch die Zylinder des Motors in Reihen unterteilt werden, ist es möglich, die Lücken 4b auf verschiedene Längen einzustellen, wobei jede der Lücken 4b einer verschiedenen Zylinderreihe entspricht. Wenn dies so gemacht wird, können die Zylinderreihen aufgrund der Länge der entsprechenden Lücke 4b und deswegen aufgrund der Länge der entsprechenden Lücke 11 in dem POS-Signal erkannt werden.

Die Zahl der unstetigen Abschnitte in dem POS-Signal zu jeder Umdrehung der Kurbelwelle 2 ist nicht auf irgendeine besondere Zahl beschränkt, solange mindestens ein unstetiger Abschnitt existiert.

Fig. 7 ist eine Kurvendarstellung des POS-Signals und des SGC-Signals für ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem das POS-Signal einen einzigen unstetigen Abschnitt in Form einer Lücke 11 zu jeder Umdrehung der Kurbelwelle 2 besitzt. Die Struktur dieses Ausführungsbeispiels ist dieselbe wie die des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1, bis auf die Tatsache, daß der Zahnkranz 4 nur eine Lücke 4b aufweist, die auf seinem Umfang gebildet ist. Der REF-Stellungssensor 21 detektiert ein erstes Auftreten der REF-Stellung zu jeder Umdrehung der Kurbelwelle 2 in der oben unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschriebenen Art, indem die Breite des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen des POS-Signals gemessen wird. Der REF-Stellungssensor 21 detektiert ein zweites Auftreten der REF-Stellung durch Zählung der Impulse des POS-Signals und durch Bestimmung, wann sich die Kurbelwelle durch eine vorgegebene Anzahl von Winkelgraden von dem ersten Auftreten der REF-Position weitergedreht hat. Die vorgeschriebene Anzahl von Winkelgraden, die das erste und zweite Auftreten der REF-Stellung trennt, hängt von der Anzahl der Zylinder in dem Motor ab. In einem Motor mit einer geraden Anzahl von Zylindern n werden die REF-Stellungen durch 720/N-Winkelgrade der Kurbelwellenumdrehung getrennt, was für einen Vierzylindermotor 720/4 = 180 Winkelgrade bedeutet. In einem Sechszylindermotor würden drei REF-Stellungen pro Umdrehung der Kurbelwelle existieren, wobei jede durch 720/6 = 120 Winkelgrade der Kurbelwellenumdrehung getrennt ist. In diesem Fall könnte das erste Auftreten der REF-Stellung in der in Fig. 5 dargestellten Art erfaßt werden, wohingegen das zweite und dritte Auftreten der REF-Stellung zu jeder Umdrehung der Kurbelwelle durch Zählung von Impulsen des POS-Signals bestimmt werden könnte, bis 120 Winkelgrade bzw. 240 Winkelgrade der Kurbelwellenumdrehung seit dem ersten Auftreten der REF-Stellung aufgetreten sind. Die Betriebsweise dieses Ausführungsbeispiels ist sonst dieselbe wie die des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1, und Zylinder werden erkannt durch Zählung der Anzahl von Impulsen in dem SGC-Signal zwischen aufeinanderfolgenden Auftreten der REF-Stellung.

Das SGC-Signal ist nicht auf die Kurvenform, wie in Fig. 4 gezeigt, beschränkt. Fig. 8 ist eine Kurvendarstellung des POS-Signals und des SGC-Signals eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Die Struktur dieses Ausführungsbeispiels ist dieselbe wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, bis auf die Tatsache, daß der Nockenwellen-Positionssensor 8 so ausgelegt ist, daß er ein SGC-Signal erzeugt, das einen Impulszug von Rechteckimpulsen einer vorgegebenen Impulsbreite zwischen aufeinanderfolgenden REF-Stellungen aufweist. Die Anzahl der Impulse in jedem Impulszug ist von Zylinder zu Zylinder verschieden, so daß jeder Zylinder durch Zählung der Anzahl der Impulse in dem Impulszug erkannt werden kann. Der erste Impuls in jedem Impulszug besitzt eine vorgegebene Impulsbreite P1 und irgendwelche darauffolgenden Impulse in demselben Impulszug besitzen eine davon verschiedene Impulsweite P2. Impulse dieses Typs können z. B. durch Verwendung eines Hallsensors oder eines optischen Sensors als Nockenwellen-Stellungs-Sensor 8 erhalten werden. Die steigende Flanke des ersten Impulses in jedem Impulszug tritt zu einer vorbestimmten Zahl von Winkelgraden der Kurbelwellenumdrehung nach der REF-Stellung auf. Die fallende Flanke desselben Impulses entspricht der Kurbelwellenstellung (durch INI-Position bezeichnet), zu der an eine nicht gezeigte Zündspule für den Motor Strom zugeführt wird. Das Zylindererkennungssignal, das eine Breite P1 aufweist, kann benutzt werden, um eine sogenannte Umleitungszündung in einer nicht gezeigten Reserveschaltung auszuführen. Die Betriebsweise dieses Ausführungsbeispiels ist ansonsten dieselbe wie die des vorhergehenden Ausführungsbeispiels.

Die Anzahl der verschiedenen Typen von Impulszügen kann kleiner sein wie die Anzahl der Zylinder. Zum Beispiel können zwei verschiedene Impulszüge existieren, wobei einer von ihnen einen vorbestimmten Bezugszylinder erkennt, und der andere davon für all die verbleibenden Zylinder verwendet wird.

Fig. 9 stellt das POS-Signal und das SGC-Signal eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dar. Das SGC-Signal weist dieselbe Form auf, wie die in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 8, während das POS-Signal dieselbe Form hat wie in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 7. Das POS-Signal weist nämlich einen unstetigen Abschnitt zu jeder Umdrehung der Kurbelwelle 2 auf. Das erste Auftreten der REF-Stellung in jeder Umdrehung der Kurbelwelle 2 wird in der unter Bezugnahme auf Fig. 5 oben beschriebenen Art bestimmt, und das zweite Auftreten der REF-Stellung wird durch Zählen der Impulse des POS-Signals und durch Bestimmung, wenn die Kurbelwelle sich um eine vorgeschriebene Anzahl von Winkelgraden (wie z. B. 180° in einem Vierzylindermotor) von dem ersten Auftreten der REF-Stellung weiter gedreht hat. Die Betriebsweise dieses Ausführungsbeispiels ist ansonsten dieselbe wie in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 8.

Fig. 10 ist ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in dem der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt von der REF-Stellung entweder zu einer vorbestimmten Anzahl von Winkelgraden der Kurbelwellenumdrehung gemessen wird, oder zu einem vorbestimmten Zeitintervall durch einen Zähler gemessen wird.

Der allgemeine Aufbau dieses Ausführungsbeispiels ist ähnlich zu dem des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1. Wie dieses Ausführungsbeispiel, enthält es einen Kurbelwellen-Stellungs-Sensor 5, einen Nockenwellen-Stellungs-Sensor 8 und andere Sensoren 9, die Ausgangssignale erzeugen, die durch ein Interface 10 einer Steuereinheit 30 eingegeben werden, die begrifflich in den Elementen 31 bis 37 zusammengefaßt dargestellt ist. Vorzugsweise enthält die Steuereinheit 30 einen Mikrocomputer. Die Elemente 5, 8, 9 und 10 können dieselbe Ausführungsform wie im Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 besitzen. Das POS-Signal von dem Kurbelwellen-Stellungs-Sensor 5 wird einem REF-Stellungssensor 31 und einem Zielpositionsrechner 32 eingegeben. Der REF-Stellungssensor 31 entspricht dem Element 21 aus Fig. 1 und erzeugt ein Ausgangssignal, das das Auftreten der REF-Stellung anzeigt. Der Zielstellungsrechner 32 empfängt Eingangssignale des Kurbelwellen-Stellungs-Sensors 5 und der anderen Sensoren 9, und berechnet eine Zielsteuerstellung P, zu der eine bestimmte Motorfunktion, wie z. B. Zündung eines Zylinders, stattfinden soll. Die Zielsteuerstellung P wird aufgrund der durch die Periode T des POS-Signals und durch verschiedene andere von den anderen Sensoren 9 erfaßte Motorbetriebsbedingungen wie z. B. die Motorbelastung und die bestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors berechnet.

Algorithmen, die von dem Zielstellungsrechner 32 zur Berechnung der Zielsteuerstellung benutzt werden können, sind wohl bekannter Stand der Technik, und die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf irgendeinen besonderen Algorithmus. Der Zielstellungsrechner 32 erzeugt ein Ausgangssignal, das die Zielsteuerstellung P anzeigt, und dieses Signal wird einem Steuerwinkelrechner 33 eingegeben, der einen Steuerwinkel α berechnet, der gleich der Anzahl der Winkelgrade der Kurbelwellenumdrehung von der REF-Stellung auf die Zielsteuerstellung P ist. Das Ausgangssignal des REF-Stellungssensors 31 wird in den Periodenberechnungsabschnitt 35 eingegeben, der die Periodenlänge T zwischen aufeinanderfolgenden Auftreten der REF-Stellung berechnet und ein dementsprechendes Ausgangssignal erzeugt. Die Ausgangssignale des Steuerwinkelrechners 33 und des Periodenberechnungsabschnitts 35 werden einem Steuerzeitrechner 36 eingegeben, der, unter der Annahme einer konstanten Motorumdrehungsgeschwindigkeit, basierend auf der Periode T die Zeitdauer berechnet, die die Kurbelwelle benötigt, um sich um den Steuerwinkel α zu drehen, und erzeugt ein dementsprechendes Ausgangssignal. Die Zeitdauer wird als Steuerzeit t_α bezeichnet und wird im Falle eines Vierzylindermotors durch die Formel t_α = α/180 × T berechnet. Die Zahl im Nenner (180) gleicht der Anzahl von Winkelgraden der Kurbelwellenumdrehung zwischen aufeinanderfolgenden Auftreten der REF-Stellung und ändert sich deswegen mit der Anzahl der Zylinder in dem Motor. In einem Viertaktmotor mit einer geraden Anzahl von Zylindern n, treten die REF-Stellungen im allgemeinen n/2 nach pro Umdrehung der Kurbelwelle auf, so daß die Zahl im Nenner im allgemeinen gleich 720/n ist. Die Ausgangssignale des Steuerwinkelrechners 33 und des Steuerzeitrechners 36 werden einem Auswähler 37 eingegeben, der auswählt, ob die Motoreinstellungen aufgrund des Steuerwinkels α oder der Steuerzeit t_α gesteuert werden. Die Ausgangssignale des REF-Stellungssensors 31 und des Nockenwellen-Stellungs-Sensors 8 werden dem Zylinder-Erkennungs-Abschnitt 34 eingegeben, der jeden Zylinder in der gleichen Art wie der Zylinder-Erkennungs-Abschnitt 22 aus Fig. 1 erkennt und ein Ausgangssignal erzeugt, das den erkannten Zylinder anzeigt.

Das Signal, das von dem Auswähler 37 abgegeben wird, hängt davon ab, ob sich die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors erhöht, erniedrigt oder im wesentlichen konstant ist. Die Betriebsweise des Auswählers 37 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschrieben, die ein Kurvendiagramm des POS-Signals und des SGC-Signals zeigt. Wenn der Auswähler 37 den Steuerwinkel α und die Steuerzeit t_α empfängt, wählt er zwei Stellungen P1 und P2 so aus, daß P1 < P P2 gilt. P1 und P2 werden so ausgewählt, daß sie mit einer der steigenden und fallenden Flanken des PoS-Signals zusammenfallen, so daß das exakte Auftreten von P1 und P2 bestimmt werden kann. Danach zählt der Auswähler 37 die Anzahl von Impulsen des POS-Signals, die erzeugt worden sind und mißt die Zeitdauer, die seit dem letzten Auftreten der REF-Stellung vergangen ist. Wenn die Position P2 auftritt, bevor die Zeit t_α abgelaufen ist, dann erhöht sich die Motorgeschwindigkeit gerade, so daß der Auswähler 37 ein Ausgangssignal beim Auftreten von P2 erzeugt und die Stellung P2 wird als eine Steuerstellung zur Kraftstoffeinspritzung und Zündung benutzt. Falls die Zeit t_α vor dem Auftreten der Stellung P1 abgelaufen ist, fällt die Motorgeschwindigkeit gerade, so daß der Auswähler 37 ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Stellung P2 erreicht wird. Falls die Zeit t_α abläuft, wenn oder nachdem die Stellung P1 und bevor die Stellung P2 erreicht wird, dann ist die Motorgeschwindigkeit im wesentlichen konstant, so daß der Auswähler 37 ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Zeit t_α abgelaufen ist. Die Betriebsweise kann wie folgt zusammengefaßt werden:

Motorgeschwindigkeit konstant: Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und Zündung unter Verwendung der Steuerzeit t_α
Motorgeschwindigkeit ansteigend: Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und Zündung unter Verwendung der Stellung P2 als eine Steuerstellung
Motorgeschwindigkeit fallend: Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und Zündung unter Verwendung der Stellung P2 als eine Steuerstellung.

Wenn die Motorgeschwindigkeit im wesentlichen konstant ist, können so die Einstellungen der Kraftstoffeinspritzung und Zündung durch Messung der verstrichenen Zeit von der REF-Stellung gesteuert werden, und wenn die Motorgeschwindigkeit schwankt, können die Zeitpunkte durch Messung der Anzahl der Impulse des POS-Signals gemessen werden, die seit der REF-Stellung erzeugt worden sind. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, daß bei im wesentlichen konstanter Maschinengeschwindigkeit die Steuerungsauflösung nicht durch die Genauigkeit des Kurbelwellen-Stellungssensors 5 oder der Anzahl der Zähne auf dem Zahnkranz 4 beschränkt ist. Wenn z. B. der Kurbelwellen-Stellungssensor 5 Impulse mit einer Periode von zwei Winkelgraden (ein typischer Wert für einen Kurbelwellen-Stellungssensor) erzeugt und das Auftreten der Steuerstellung P durch Zählen der Impulse des POS-Signals von dem Auftreten der REF-Stellung bestimmt wird, kann im Endeffekt die Steuerstellung P nur in Einheiten von zwei Winkelgraden variiert werden. Wenn jedoch das Auftreten der Steuerstellung durch Messung der abgelaufenen Zeit t_α bestimmt wird, kann die Steuerstellung P mit einer Auflösung eines Bruchteils eines Winkelgrades gesteuert werden, nachdem Zeit einfach bis auf eine tausendstel Sekunde gemessen werden kann. Deswegen kann der Kurbelwellen-Stellungs-Sensor 5 ein billiger Sensor, wie z. B. ein elektromagnetischer oder Hallsensor, sein und dennoch die Einstellungen mit hoher Auflösung steuern.

P1 und P2 sind vorzugsweise durch eine so klein wie mögliche Anzahl von Winkelgraden der Kurbelwellenumdrehung getrennt, so daß, unabhängig von dem Betriebszustand des Motors, die Steuerstellung nahe der Zielstellung P sein wird. In dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 11 entspricht z. B. P1 und P2 den steigenden Flanken von aufeinanderfolgenden Impulsen des POS-Signals. In dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 11 tritt ein unstetiger Abschnitt in Form einer Lücke 11 in dem POS-Signal n/2 mal zu jeder Umdrehung der Kurbelwelle (zweimal pro Umdrehung im Fall eines Vierzylindermotors) auf, aber der unstetige Abschnitt kann nicht weniger oft zu jeder Umdrehung auftreten, sowie in den Ausführungsbeispielen aus Fig. 7. Außerdem weist in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 11 das SGC-Signal, das durch den Nockenwellen-Stellungs-Sensor 8 erzeugt wird, denselben Verlauf auf wie in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 4, aber es kann keinen anderen Verlauf haben, wie z. B. den Verlauf wie in den Fig. 8 und 9 dargestellt.

Fig. 12 bis 14 stellen ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, in dem das durch einen Kurbelwellen-Stellungssensor erzeugte POS-Signal, einen ersten und zweiten unstetigen Abschnitt aufweist. Der erste unstetige Abschnitt entspricht dem unstetigen Abschnitt in den letzten Ausführungsbeispielen und zeigt das Auftreten einer ersten Bezugsstellung der Kurbelwelle an, die die REF-Stellung ist. In dem zweiten unstetigen Abschnitt weist das POS-Signal einen zu dem ersten unstetigen Abschnitt verschiedenen Wert auf und zeigt das Auftreten einer zweiten Bezugsstellung der Kurbelwelle an, die die INI-Stellung ist, die den Beginn der Stromzuführung an eine nicht gezeigte Zündspule für den Motor anzeigt.

Fig. 12 ist ein Blockschaltbild dieses Ausführungsbeispiels, Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Schwungrads zur Verwendung in diesem Ausführungsbeispiel, und Fig. 14 ist eine Kurvendarstellung des POS-Signals und des SGC-Signals in diesem Ausführungsbeispiel. Die allgemeine Struktur dieses Ausführungsbeispiels ist ähnlich zu der des vorhergehenden Ausführungsbeispiels. Wie in Fig. 12 gezeigt, enthält es einen Kurbelwellen-Stellungssensor 5, einen Nockenwellen-Stellungssensor 8 und andere Sensoren 9, die Eingangssignale an eine Steuereinheit 40 durch ein Interface 10 anlegen. Der Nockenwellen-Stellungssensor 5 ist demjenigen identisch, der in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel benutzt wird, und bestimmt die Bewegung der Zähne 4a auf dem Zahnkranz 4, der auf dem Schwungrad 3 befestigt ist. Jedoch unterscheidet sich der Zahnkranz 4 in Fig. 13 von dem Zahnkranz aus Fig. 3 dadurch, daß er zusätzlich zu einer Vielzahl von Lücken 4b zwischen normalen Zähnen 4a eine Vielzahl von verlängerten Zähnen 4c aufweist, die zu gleichmäßigen Intervallen am Umfang des Zahnkranzes 4 angeordnet sind und von den Lücken 4b getrennt sind. Jeder verlängerte Zahn 4c ist länger als ein gewöhnlicher Zahn 4a und die Anzahl der verlängerten Zähne 4c ist gleich der Anzahl der Lücken 4b. Der Kurbelwellen-Stellungssensor 5 ist in der Nähe des Zahnkranzes 4 angeordnet und bei Drehung der Kurbelwelle, erzeugt der Kurbelwellen-Stellungssensor 5 ein Ausgangssignal, wie das in Fig. 14 gezeigte, das einen ersten unstetigen Abschnitt in Form von Lücken 11 aufweist, die den Lücken 4b in dem Zahnkranz 4 entsprechen, und einen zweiten unstetigen Abschnitt in Form von verlängerten Impulsen 12, die den verlängerten Zähnen 4c in dem Zahnkranz 4 entsprechen. Das POS-Signal hat einen niedrigen Pegel während des ersten unstetigen Abschnitts und einen hohen Pegel während des zweiten unstetigen Abschnitts mit umgekehrter Polarität. Die Länge der ersten und zweiten unstetigen Abschnitte ist nicht kritisch, solange sich die Länge des ersten unstetigen Abschnitts von der normalen Lücke zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen des POS-Signals unterscheidet und solange sich die Länge des zweiten unstetigen Abschnitts von der normalen Impulsbreite der Impulse unterscheidet. Die verlängerten Zähne 4c sind auf dem Zahnkranz 4 so angeordnet, daß die fallende Flanke von jedem der verlängerten Impulse 12 dem Auftreten der INI-Stellung entspricht. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gibt es für jede Umdrehung der Kurbelwelle n/2 erste unstetige Abschnitte und n/2 zweite unstetige Abschnitte, wobei n die Anzahl der Zylinder in dem Motor ist.

Der Nockenwellen-Stellungssensor 8 und die anderen Sensoren 9 können jenen, die in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 verwendet werden, ähnlich sein. Jedoch ist in diesem Ausführungsbeispiel die Drehscheibe 7 auf der Nockenwelle 6 des Motors befestigt, so daß Impulse in dem SGC-Signal zwischen dem Auftreten einer REF-Stellung und dem nächsten Auftreten einer INI-Stellung auftreten. Die Gründe, warum die SGC-Impulse so angeordnet sind, daß sie während dieser Periode abfallen, ist, um gewisse Kurbelwellenwinkel zu vermeiden, bei denen ein hoher Rauschpegel und eine höhere Wahrscheinlichkeit für eine falsche Erfassung der Impulse des SGC-Signals existiert.

Die Steuereinheit 40, die vorzugsweise einen Mikrocomputer enthält, ist begrifflich in den Elementen 41-48 zusammengefaßt. Das POS-Signal von dem Kurbelwellen-Stellungssensor 5 wird einem REF-Stellungssensor 41, einem INI-Stellungssensor 42 und einem Zielstellungsrechner 43 eingegeben. Der REF-Stellungssensor 41 und der Zielstellungsrechner 43 entsprechen den Elementen 31 bzw. 32 aus Fig. 10 und arbeiten in derselben Weise. Der INI-Stellungssensor 42 bestimmt jedes Auftreten der INI-Stellung und erzeugt ein dementsprechendes Ausgangssignal. Der INI-Stellungssensor 42 kann die INI-Stellung durch eine Methode bestimmen, die ähnlich jener ist, die von dem REF-Stellungssensor 41 benutzt wird, um die REF-Stellung zu bestimmen. Er kann nämlich die Impulsbreite jedes Impulses in dem POS-Signal messen und das Auftreten eines zweiten unstetigen Abschnitts in dem POS-Signal bestimmen, wenn die Impulsbreite einen vorbeschriebenen Wert überschreitet. Die fallende Flanke von einem verlängerten Impuls zeigt die INI-Stellung an. Der Steuerwinkelrechner 44 entspricht dem Steuerwinkelrechner 33 aus Fig. 10 und berechnet den Winkel α, der in Winkelgraden der Kurbelwellenumdrehung von der REF-Stellung auf die Zielsteuerstellung P, die durch den Zielstellungsrechner 43 bestimmt wird, gemessen wird. Der Periodenberechnungsabschnitt 46 entspricht dem Periodenberechnungsabschnitt 35 aus Fig. 10 und berechnet die Periodendauer T zwischen aufeinanderfolgenden Auftreten der REF-Stellung. Der Zylinder-Erkennungs-Abschnitt 45 empfängt die Ausgangssignale des Nockenwellen-Stellungssensors 8, des REF-Stellungssensors 41 und des INI-Stellungssensors 42. Er arbeitet in einer ähnlichen Weise wie der Zylinder-Erkennungs-Abschnitt 34 aus Fig. 10, bis auf die Tatsache, daß er Zylinder durch Zählen einer Anzahl von Impulsen in dem SGC-Signal zwischen dem Auftreten einer REF-Stellung und dem Auftreten einer darauffolgenden INI-Stellung erkennt. Er erzeugt dann ein Ausgangssignal, das einen Zylinder erkennt. Der Steuerzeitrechner 47 entspricht dem Steuerzeitrechner 36 aus Fig. 10 und berechnet eine Steuerzeit t_α, die gleich der Zeitlänge ist, die die Kurbelwelle braucht, um sich unter der Annahme einer konstanten Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors um den Steuerwinkel α zu drehen. Die Ausgangssignale des Steuerwinkelrechners 44 und des Steuerzeitrechners 47 werden einem Auswähler 48 eingegeben, der in der gleichen Weise arbeitet, wie der Auswähler 37 aus Fig. 10, und ein Ausgangssignal erzeugt, um die Einstellungen der Kraftstoffeinspritzung und Zündung zu steuern, entweder basierend auf dem Steuerwinkel α oder der Steuerzeit t_α. Dieses Ausführungsbeispiel weist dieselben Vorteile auf wie die vorhergehenden Ausführungsbeispiele.

In dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 12 bis 14 tritt jeweils ein erster und zweiter unstetiger Abschnitt in dem POS-Signal n/2 mal pro Umdrehung der Kurbelwelle (zweimal pro Umdrehung für den Fall eines Vierzylindermotors) auf, aber die unstetigen Abschnitte können weniger oft auftreten wie in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 7. Außerdem weist das SGC-Signal in den Ausführungsbeispielen aus Fig. 12 bis 14, das durch den Nockenwellen-Stellungssensor 8 erzeugt wird, denselben Verlauf wie in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 4 auf, aber es kann einen anderen Verlauf besitzen. Fig. 15 ist eine Kurvendarstellung des POS-Signals und des SGC-Signals eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in der das SGC-Signal einen Verlauf hat, so wie in Fig. 8 dargestellt. Das SGC-Signal enthält nämlich einen Impulszug von Rechteckwellenimpulsen mit vorgegebenen Impulsbreiten zwischen aufeinanderfolgenden REF-Stellungen. Die Anzahl der Impulse in jedem Impulszug ändert sich derart, daß die Zylinder durch Zählen der Anzahl der Impulse in dem Impulszug erkannt werden können. Der erste Impuls in jedem Impulszug hat eine Impulsbreite P1 und irgendwelche darauffolgende Impulse in demselben Impulszug weisen eine unterschiedliche Impulsbreite P2 auf. Die steigende Flanke des ersten Impulses in jedem Impulszug tritt zu einer vorbestimmten Anzahl von Winkelgraden der Kurbelwellenumdrehung nach der REF-Stellung auf, und die fallende Flanke desselben Impulses stimmt mit der INI-Stellung überein. Dieses Ausführungsbeispiel ist ansonsten dasselbe wie das vorhergehende Ausführungsbeispiel.

Claims

1. Maschinen-Steuervorrichtung zur Steuerung eines Betriebsparameters einer Maschine, umfassend:

a) eine Kurbelwellen-Sensoreinrichtung (4, 5) zur Erzeugung eines eine Umdrehung einer Kurbelwelle (2) der Maschine (1) und einen Bezugskurbelwinkel (REF) der Kurbelwelle (2) anzeigenden Kurbelwinkel- Impulssignals (POS);
b) eine Zylinder-Identifikationseinrichtung (6, 8) zur Erzeugung eines einen Zylinder der Maschine (1) anzeigenden Zylinderidentifikationssignals (SGC) in einer Betriebsperiode zwischen dem aufeinanderfolgenden Auftreten des Bezugskurbelwinkels (REF);
c) eine Betriebszustands-Sensoreinrichtung (9) zur Erfassung eines Betriebszustands der Maschine (1); und
d) eine Steuereinheit (30; 40) zur Steuerung des Betriebsparameters der Maschine in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel-Impulssignal (POS), dem Zylinderidentifikationssignal (SGC) und dem erfaßten Betriebszustand;

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (30; 40) umfaßt:

e) eine Berechnungseinrichtung (32; 43) zur Berechnung eines Zielkurbelwinkels (P) aufgrund des erfaßten Betriebszustandes und des Kurbelwinkel-Impulssignals (POS);
f) eine Winkelberechnungs-Einrichtung (33; 44) zur Berechnung eines Steuerwinkels (α) zwischen dem Bezugskurbelwinkel (REF) und dem Zielkurbelwinkel (P);
g) eine Steuerzeit-Berechnungseinrichtung (36; 47) zur Berechnung einer Steuerzeit (t_α), die die Kurbelwelle benötigt, um sich von dem Bezugskurbelwinkel (REF) auf den Zielkurbelwinkel (P) zu drehen; und
h) eine Auswähl-Einrichtung (37; 48)
- h1) zur Auswahl einer ersten Kurbelwinkelstellung (P1), die kleiner als der Zielkurbelwinkel (P) ist und einer zweiten Kurbelwinkelstellung (P2), die größer als der Zielkurbelwinkel (P) ist, jeweils an einer steigenden oder fallenden Flanke des Kurbelwinkel-Impulssignals (POS);
- h2) zur Messung der abgelaufenden Zeit und zur Erfassung des Kurbelwinkels durch Zählung des Kurbelwinkel-Impulssignals (POS) nach Auftreten des Bezugskurbelwinkels (REF);
- h3) zur Auswahl der Steuerzeit (t_α) zur Steuerung des Betriebsparameters bei Erfassung der ersten Kurbelwinkelstellung (P1) vor Ablauf der Steuerzeit (t_α) und vor Erfassung der zweiten Kurbelwinkelstellung (P2); und
- h4) zur Auswahl der zweiten Kurbelwinkelstellung (P2) zur Steuerung des Betriebsparameters bei Erfassung der zweiten Kurbelwinkelstellung (P2) vor Ablauf der Steuerzeit (t_α) oder bei Ablauf der Steuerzeit (t_α) vor der Erfassung der ersten Kurbelwinkelstellung (P1).

2. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelwinkel-Impulssignal (POS) einen stetigen Abschnitt mit einer Reihe von sich zwischen einem hohen Pegel und einem niedrigen Pegel abwechselnden Impulsen und einen ersten unstetigen Abschnitt (11) aufweist.

3. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste unstetige Abschnitt eine Lücke (11) ist, in der das Kurbelwinkel-Impulssignal (POS) auf einem niedrigen Pegel liegt.

4. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste unstetige Abschnitt eine Lücke (11) ist, in der das Kurbelwinkel-Impulssignal (POS) auf einem hohen Pegel liegt.

5. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die steigende Flanke eines Impulses am Ende jeder Lücke (11) den Bezugskurbelwinkel (REF) der Kurbelwelle (2) anzeigt.

6. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse durch Intervalle einer ersten Länge (20) getrennt sind und der erste unstetige Abschnitt eine Lücke (11) enthält, die eine von der ersten Länge (20) verschiedene Länge aufweist.

7. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste unstetige Abschnitt bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle (2) mehrmals auftritt.

8. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (1) mit n Zylindern ausgestattet ist und der erste unstetige Abschnitt n/2 mal pro Umdrehung der Kurbelwelle (2) auftritt.

9. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste unstetige Abschnitt bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle (2) nur einmal auftritt.

10. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse eine erste Impulsbreite (20) und der erste unstetige Abschnitt einen Impuls enthält, der eine Impulsbreite aufweist, die von der ersten Impulsbreite (20) verschieden ist.

11. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwellen-Sensoreinrichtung (4, 5) umfaßt:

a) einen Zahnkranz (4), der auf dem Motor zur Drehung mit der Kurbelwelle (2) befestigt ist, wobei der Zahnkranz (4) eine Vielzahl von Zähnen (4a), die durch Intervalle einer ersten Länge getrennt sind, und eine Lücke (4b) zwischen benachbarten Zähnen (4a) mit einer von der ersten Länge verschiedenen Länge aufweist; und
b) einen Sensor (5), der in der Nähe des Zahnkranzes (4) angeordnet ist, um im Ansprechen auf die Bewegung der Zähne (4a) das Kurbelwinkel-Impulssignal (POS) zu erzeugen.

12. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwellen-Sensoreinrichtung (4, 5) umfaßt:

a) einen Zahnkranz (4), der auf dem Motor zur Drehung mit dem Schwungrad (3) befestigt ist, wobei der Zahnkranz (4) eine Vielzahl von ersten Zähnen (4a) und einen zweiten Zahn (4c) aufweist, der eine Länge aufweist, die zur Länge des ersten Zahns (4a) unterschiedlich ist;
b) einen Sensor (5), der in der Nähe des Zahnkranzes (4) angeordnet ist, um im Ansprechen auf die Bewegung der Zähne (4a, 4c) das Kurbelwinkel-Impulssignal (POS) zu erzeugen.

13. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderidentifikations- Einrichtung (4, 5) umfaßt: eine Sensoreinrichtung (8) zur Erfassung einer Umdrehung eines Elements (6), welches sich mit der Hälfte der Kurbelwellen-Umdrehungsgeschwindigkeit dreht, wobei die Sensoreinrichtung (8) das Zylinder- Identifikationssignal (SGC) für die Identifikation des Zylinders der Maschine (1) erzeugt, wenn sich das Element (6) an einer vorgegebenen Drehstellung befindet.

14. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (8) zur Erzeugung des Zylinderidentifikationssignals (SGC) ein Nockenwellensensor (8) zur Bestimmung der Umdrehungsstellung einer Nockenwelle (6) der Maschine (1) ist.

15. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelwinkel-Impulssignal (POS) einen zweiten unstetigen Abschnitt (12) aufweist, der einem weiteren Bezugskurbelwinkel der Kurbelwelle (2) entspricht.

16. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelwinkel-Impulssignal (POS) in dem ersten und dem zweiten unstetigen Abschnitt (11, 12) unterschiedliche Pegel aufweist.

17. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Bezugskurbelwinkel eine Stellung der Kurbelwelle (2) ist, bei der Strom an die Zündspule der Maschine (1) zugeführt wird.

18. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderidentifikationssignal (SGC) zwischen einem Auftreten des Bezugskurbelwinkels (REF) und einem sofortigen darauffolgenden Auftreten des weiteren Bezugskurbelwinkels erzeugt wird.

19. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Betriebsparameter die Einstellung der Kraftstoff-Zuführung an die Maschine (1) ist.

20. Maschinen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Betriebsparameter der Zündzeitpunkt eines Zylinders der Maschine (1) ist.

21. Verfahren zur Steuerung eines Betriebsparameters einer Maschine, umfassend die folgenden Schritte:

a) Erzeugen (4, 5) eines eine Umdrehung einer Kurbelwelle (2) der Maschine (1) und einen Bezugskurbelwinkel (REF) der Kurbelwelle (2) anzeigenden Kurbelwinkel-Impulssignals (POS);
b) Erzeugen (6, 8) eines einen Zylinder der Maschine (1) anzeigenden Zylinderidentifikationssignals (SGC) in einer Betriebsperiode zwischen dem aufeinanderfolgenden Auftreten des Bezugskurbelwinkels (REF);
c) Erfassen (9) eines Betriebszustands der Maschine (1); und
d) Steuern (30; 40) des Betriebsparameters der Maschine in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel-Impulssignal (POS), dem Zylinderidentifikationssignal (SGC) und dem erfaßten Betriebszustand;
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
e) Berechnen (32; 43) eines Zielkurbelwinkels (P) aufgrund des erfaßten Betriebszustandes und des Kurbelwinkel-Impulssignals (POS);
f) Berechnen (33; 44) eines Steuerwinkels (α) zwischen dem Bezugskurbelwinkel (REF) und dem Zielkurbelwinkel (P);
g) Berechnen (36; 47) einer Steuerzeit (t_α), die die Kurbelwelle (2) benötigt, um sich von dem Bezugskurbelwinkel (REF) auf den Zielkurbelwinkel (P) zu drehen; und
- h1) Auswählen einer ersten Kurbelwinkelstellung (P1), die kleiner der Zielkurbelwinkel (P) ist und einer zweiten Kurbelwinkelstellung (P2), die größer als der Zielkurbelwinkel (P) ist, jeweils an einer steigenden oder fallenden Flanke des Kurbelwinkel-Impulssignals (POS);
- h2) Messen der abgelaufenden Zeit und Erfassen des Kurbelwinkels durch Zählung des Kurbelwinkel- Impulssignals (POS) nach Auftreten des Bezugskurbelwinkels (REF);
- h3) Auswählen der Steuerzeit (t_α) zur Steuerung des Betriebsparameters bei Erfassung der ersten Kurbelwinkelstellung (P1) vor Ablauf der Steuerzeit (t_a) und vor Erfassung der zweiten Kurbelwinkelstellung (P2); und
- h4) Auswählen der zweiten Kurbelwinkelstellung (P2) zur Steuerung des Betriebsparameters bei Erfassung der zweiten Kurbelwinkelstellung (P2) vor Ablauf der Steuerzeit (t_α) oder bei Ablauf der Steuerzeit (t_α) vor der Erfassung der ersten Kurbelwinkelstellung (P1).