DE4204131A1

DE4204131A1 - Maschinen-steuervorrichtung

Info

Publication number: DE4204131A1
Application number: DE4204131A
Authority: DE
Inventors: Atsuko Hashimoto; Toshio Iwata; Wataru Fukui
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1992-02-12
Publication date: 1992-08-13
Anticipated expiration: 2012-02-13
Also published as: DE4204131C2; US5184590A; KR950009971B1; KR920016716A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung der Einstellung einer Brennkraftmaschine, insbesondere auf die Steuerung des Zündzeitpunkts. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auch auf eine Motoreinstellungssteuervorrichtung, die weniger anfällig gegenüber Maschinenrauschen ist als herkömmliche Einstellungssteuervorrichtungen.

Eine Maschineneinstellungssteuervorrichtung enthält typischerweise einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das eine vorgegebene Referenzstellung der Kurbelwelle einer Maschine anzeigt. Der Zündzeitpunkt, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, und der Zeitpunkt, bei dem die Zündspule leitend gemacht wird, werden bezüglich dieser Referenzstellung gemessen, so daß es sehr wichtig ist, die Referenzstellung genau zu bestimmen. Eine gewöhnliche Art von Signalgenerator zur Maschinensteuerung ist ein Kurbelwellenstellungssensor, der einen Impulszug erzeugt, der darin zu regelmäßigen Intervallen Lücken einer vorgegebenen Länge aufweist. Die Lücken in dem Impulszug identifizieren das Auftreten der Referenzstellung.

Zum Zündzeitpunkt wird in einer Maschine viel elektrisches Rauschen erzeugt. In einer herkömmlichen Maschineneinstellungssteuervorrichtung stimmen die Lücken in dem von dem Signalgenerator erzeugten Impulszug zeitmäßig mit der Zündung überein, und das durch die Zündung erzeugte elektrische Rauschen kann die Identifizierung der Lücken erschweren. Deswegen können die Referenzstellungen entsprechend der Lücken nicht bestimmt werden, und die Maschineneinstellung kann nicht genau gesteuert werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maschineneinstellungssteuervorrichtung zu schaffen, die gegenüber während der Zündung erzeugtem elektrischen Rauschen weniger anfällig ist als eine herkömmliche Maschineneinstellungssteuervorrichtung.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Maschineneinstellungssteuervorrichtung zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Maschineneinstellungssteuervorrichtung zu schaffen, die die Last auf einen in der Vorrichtung verwendeten Mikrocomputer verringern kann.

Eine Maschineneinstellungssteuervorrichtung entsprechend der Erfindung enthält einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Signals, das einen unterbrochenen Abschnitt aufweist, der eine vorgegebene Referenzstellung der Kurbelwelle einer Maschine anzeigt, und eine Zündsteuereinrichtung zur Steuerung des Zündzeitpunktes der Maschine aufgrund der Referenzstellung. Der Signalgenerator ist so ausgeführt, daß der unterbrochene Abschnitt nicht mit dem Zündzeitpunkt zusammenfällt.

In den bevorzugten Ausführungsbeispielen umfaßt der Signalgenerator einen Kurbelwellenstellungssensor, der die Umdrehung einer Kurbelwelle erfaßt und ein Ausgangssignal in Form einer Reihe von Impulsen erzeugt, die eine Lücke aufweisen, die darin zu regelmäßigen Intervallen gebildet wird. Die Lücke zeigt das Auftreten einer vorgegebenen Referenzstellung der Kurbelwelle an. Der Kurbelwellenstellungssensor wird auf einer Maschine an einem Ort befestigt, so daß der Zündzeitpunkt nicht während der Lücken auftritt. Als Folge davon hat elektrisches Rauschen, das die Zündung begleitet, keinen Einfluß auf die Erfassung der Lücken, so daß die durch die Lücken angezeigte Referenzstellung genau erfaßt werden kann. Aufgrund der Referenzstellung kann die Maschinen einstellung genau gesteuert werden.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Aufriß einer mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgerüsteten Maschine;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Schwungrads und des Kurbelwellenstellungssensors aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung des Kurvenverlaufs des Ausgangssignals des Kurbelwellenstellungssensors aus Fig. 2;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Steuereinheit aus Fig. 1;

Fig. 5 eine Darstellung eines Kurvenverlaufs, die den Betrieb der Steuereinheit aus Fig. 1 zeigt;

Fig. 6 eine Darstellung eines Kurvenverlaufs, die den Betrieb der Steuereinheit zeigt, wenn der Zündzeitpunkt mit der Lücke in dem POS-Signal übereinstimmt;

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Steuereinheit eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 8 eine Darstellung eines Kurvenverlaufs, die den Betrieb der Steuereinheit aus Fig. 7 zeigt;

Fig. 9 einen schematischen Aufriß einer mit einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgerüsteten Maschine;

Fig. 10 eine Darstellung eines Kurvenverlaufs der Ausgangssignale der Kurbelwellenstellungssensoren aus Fig. 9;

Fig. 11 ein Blockschaltbild der Steuereinheit aus Fig. 9;

Fig. 12 eine Darstellung eines Kurvenverlaufs, die den Betrieb der Steuereinheit aus Fig. 11 zeigt;

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines Schwungrades und von Kurbelwellenstellungssensoren eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 14 eine Darstellung eines Kurvenverlaufs der Ausgangssignale der Kurbelwellenstellungssensoren aus Fig. 13;

Fig. 15 ein Blockschaltbild der Steuereinheit aus Fig. 13; und

Fig. 16 eine Darstellung eines Kurvenverlaufs, der den Betrieb der Steuereinheit aus Fig. 15 zeigt.

Mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt schematisch eine Vielfachzylinder-Brennkraftmaschine 1, die mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgerüstet ist.

Die Maschine kann irgendeine Anzahl von Zylindern aufweisen, aber im folgenden wird der Fall beschrieben, bei dem es sich um eine Viertakt, Vierzylindermaschine handelt.

Die Maschine 1 weist eine Kurbelwelle 2 auf, auf der ein Schwungrad 3 befestigt ist. Der Umdrehungswinkel der Kurbelwelle 2 wird durch eine Signalerzeugungseinrichtung in Form eines herkömmlichen Kurbelwellenstellungssensors 10 erfaßt, der auf der Maschine 1 in der Nähe der Umgebung des Schwungrades 3 befestigt ist. Der Kurbelwellenstellungssensor 10 erzeugt ein Ausgangssignal in Form eines Kurbelwellenstellungssignals, das anzeigt, wenn die Kurbelwelle 2 sich an einer vorgegebenen Umdrehungsstellung befindet. Das Ausgangssignal, das im folgenden als POS-Signal bezeichnet wird, wird einer Steuereinheit 20 eingegeben, die die Einstellung eines Maschinensteuerparameters wie zum Beispiel den Zündzeitpunkt oder die Leit-Zeiten einer nicht dargestellten Zündspule für die Maschine 1 berechnet.

Fig. 2 zeigt weitere Einzelheiten des Schwungrades 3 und des Kurbelwellenstellungssensors 10, während Fig. 3 eine Darstellung eines Kurvenverlaufs des von dem Kurbelwellenstellungssensor 10 abgegebenen POS-Signals zeigt. Das Schwungrad 3 weist einen Zahnkranz 4 auf, der auf seinem Umfang befestigt ist. Der Zahnkranz 4 weist eine Vielzahl von Zähnen 5 auf, die zu gleichmäßigen Intervallen auf dem Umfang des Zahnkranzes 4 angeordnet sind, aber an einer Vielzahl von Orten auf dem Zahnkranz 4 sind Lücken 6 zwischen benachbarten Zähnen vorgesehen, wobei die Lücken 6 in der Umfangsrichtung weiter sind als die normalen Abstände zwischen benachbarten Zähnen 5. Die Anzahl von Lücken 6 ist normalerweise gleich der Anzahl der Zylinder der Maschine, die in einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle zünden, so daß auf einem Schwungrad für eine Viertakt, Vierzylindermaschine zwei Lücken 6 in dem Zahnkranz 4 vorgesehen sind, und zwar um 180° versetzt. Wenn der Kurbelwellenstellungssensor 10 in der Nähe des Zahnkranzes 4 angeordnet ist und das Schwungrad 3 und der Zahnkranz 4 gedreht werden, erzeugt der Kurbelwellenstellungssensor 10 einen Impuls entsprechend jedem Zahn des Zahnkranzes 4. Die Periode der Impulse, die in Winkelgraden der Kurbelwellenumdrehung gemessen werden, wird durch die Breite und durch den Abstand zwischen den Zähnen 5 des Zahnkranzes 4 bestimmt. Ein typischer Wert für die Periode ist zwei Winkelgrade, aber der exakte Wert ist nicht kritisch. Wenn die Lücke 6 in dem Zahnkranz 4 an dem Kurbelwellenstellungssensor vorbei läuft, weist das POS-Signal eine entsprechende Lücke 7 auf, so wie in Fig. 3 gezeigt. Ein Abschnitt dieser Lücke 7, wie zum Beispiel die steigende Flanke eines Impulses, der der Lücke 7 unmittelbar folgt, identifiziert eine Referenzstellung R_ref entsprechend einem vorgegebenen Umdrehungswinkels der Kurbelwelle 2.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der Steuereinheit 20 aus Fig. 1. Sie enthält eine Schnittstelle 21, die eine Kurvenverlaufsformung des POS-Signals von dem Kurbelwellenstellungssensor 10 vornimmt und das verarbeitete Signal an einem Referenzstellungssensor 22 und an einem Mikrocomputer 23 bereitstellt. Der Referenzstellungssensor 22 erfaßt die Referenzstellung R_ref durch Messung der Periode der Impulse in dem POS-Signal. Wenn er die Referenzstellung R_ref detektiert, erzeugt er ein Ausgangssignal (als Referenzsignal bezeichnet), das an dem Mikrocomputer 23 bereitgestellt wird. Der Mikrocomputer 23 steuert dann den Zündzeitpunkt unter Verwendung des Referenzsignals als eine Referenz.

Der Betrieb der Steuereinheit 20 wird nun unter Bezugnahme auf die Darstellung des Kurvenverlaufs aus Fig. 5 beschrieben. Wie in dem ersten Linienzug in Fig. 5 gezeigt, umfaßt das POS-Signal Impulse mit gleichmäßiger Periode und mit Lücken 7 zu jeden 180-Winkelgraden. In dem Ausführungsbeispiel enthält der Referenzstellungssensor einen nicht dargestellten Zähler, der die Anzahl der Ausgangsimpulse eines nicht dargestellten Taktgebers zählt, die zwischen der steigenden Flanke von aufeinanderfolgenden Impulsen des POS-Signals auftreten. Wie in dem zweiten Linienzug in Fig. 5 gezeigt, wird der Zähler als Folge jeder steigenden Flanke des POS-Signals auf Null zurückgesetzt. Wenn der durch den Zähler erreichte Wert einen vorgegebenen Referenzwert erreicht, erzeugt der Referenzstellungssensor 22 ein Referenzsignal, das in dem dritten Linienzug in Fig. 5 gezeigt ist, und mit der steigenden Flanke des Impulses übereinstimmt, der der Lücke 7 unmittelbar folgt. Der Schwellwert wird so ausgewählt, daß der Zählerwert den Schwellwert nur während einer der Lücken 7 im POS-Signal überschreitet. Der Referenzstellungssensor muß nicht unbedingt einen Zähler verwenden und andere Arten der Erfassung der Lücken 7 sind möglich.

Beim Empfang des Referenzsignals von dem Referenzstellungssensor 22 fängt der Mikrocomputer 23 an die Impulse des POS-Signals zu zählen, bis die Kurbelwelle 2 sich von der Referenzstellung R_ref um einen vorgegebenen Winkel R_B gedreht hat. Ein nicht dargestellter Zeitgeber in dem Mikrocomputer 23 fängt dann an die Zeit für eine vorgegebene Zeitspanne Ta zu erfassen. Wenn die Periode Ta abläuft, wird die Zündung ausgeführt, indem der Primärwicklungsstrom in einer Zündspule unterbrochen wird, die zu einem früheren Zeitpunkt anfing zu leiten. Der Strom in der Primärwicklung der Zündspule ist in dem Linienzug unten in Fig. 5 gezeigt.

Wenn sich die Referenzstellung R_ref bei 75° BTDC befindet, der Zielzündzeitpunkt ein Kurbelwellenwinkel R_A ist und T die Periode zwischen aufeinanderfolgendem Auftreten der Referenzstellung (zum Beispiel die Zeitspanne, die die Kurbelwelle benötigt, um sich um 180° zu drehen) ist, dann wird die Länge der Periode Ta durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

Ta = (75°-R_A-R_B)×T/180° (1)

Vorzugsweise wird der Kurbelwellenstellungssensor 10 auf der Maschine 1 in einer Stellung befestigt, so daß der Zündzeitpunkt R_A nicht während einer der Lücken 7 in dem POS-Signal auftritt. Der Grund hierfür wird aus Fig. 6 ersichtlich, die eine Darstellung eines Kurvenverlaufs zeigt, die darstellt, was passieren kann, wenn der Zündzeitpunkt R_A mit einer der Lücken 7 in dem POS-Signal übereinstimmt. Zum Zündzeitpunkt wird viel elektrisches Rauschen erzeugt. Falls dieses elektrische Rauschen während der Lücke 7 auftritt, kann es von dem Referenzstellungssensor mit einem Impuls in dem POS-Signal verwechselt werden. Die gestrichelte Linie in dem oberen Linienzug in Fig. 6 repräsentiert Rauschen aufgrund von einer während der Lücke 7 auftretenden Zündung. Falls der Referenzstellungssensor 22 dieses Rauschen mit einem Impuls des POS-Signals verwechselt, wird der Zähler in dem Referenzstellungssensor 22 durch den Rauschimpuls zurückgesetzt und der Zählerwert wird den Schwellwert nicht überschreiten. Daher wird der Referenzstellungssensor 22 kein Referenzsignal erzeugen. Nachdem der Mikrocomputer 23 kein Referenzsignal empfängt, kann er den Zündzeitpunkt aufgrund der Referenzstellung nicht steuern, so daß eine genaue Steuerung des Motors nicht ausgeführt werden kann.

Nachdem im Gegensatz dazu in dem Ausführungsbeispiel aus den Fig. 1 bis 5 eine Zündung nicht während der Lücke 7 in dem POS-Signal auftritt, ist es unmöglich, daß der Referenzstellungssensor 22 die Erfassung der Referenzposition nicht wahrnimmt. Daher kann der Zündzeitpunkt aufgrund der Referenzstellung genau gesteuert werden.

Die Referenzstellung R_ref wird vorzugsweise im voraus auf den frühestmöglichen Zündzeitpunkt eingestellt. In dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 ist die Referenzstellung R_ref auf 75° BTDC eingestellt, aber sie kann eingestellt werden wie gewünscht, solange keiner der Lücken 7 mit dem Zündzeitpunkt irgendeines Zylinders der Maschine übereinstimmt.

In dem Betriebsmodus, der in Fig. 5 dargestellt ist, erfaßt der Mikrocomputer 23, daß die Kurbelwelle den Umdrehungswinkel entsprechend dem Zündzeitpunkt erreicht hat durch Zählung einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen des POS-Signals von der Referenzposition R_ref und dann durch die Zeiterfassung für eine vorgegebene Zeitspanne Ta. Alternativ kann der Zündzeitpunkt R_A ausschließlich durch Zählung von Impulsen des POS-Signals von der Referenzstellung R_ref gesteuert werden, bis die Kurbelwelle 2 sich um eine vorgegebene Anzahl von Winkelgraden gedreht hat, oder er kann ausschließlich durch Messung einer vorgegegebenen Zeitperiode von dem Auftreten der Referenzstellung R_ref gesteuert werden.

Ein Verfahren mit Zählung von Impulsen des POS-Signals von der Referenzstellung R_ref bis zum Zündzeitpunkt R_A besitzt jedoch den Nachteil, daß der Zündzeitpunkt nur mit einer Auflösung gleich der Periode der Impulse des POS-Signals gesteuert werden kann. Andererseits besitzt ein Verfahren, bei dem der Mikrocomputer 23 durch Zeitnehmung von der Referenzstellung R_ref für eine vorgegebene Zeitspanne erfaßt, daß der Zündzeitpunkt R_A erreicht worden ist den Nachteil, daß Umdrehungsgeschwindigkeits-Schwankungen der Maschine zwischen dem Auftreten der Referenzstellung R_ref und dem Auftreten der Zündstellung zur Folge haben können, daß der eigentliche Zündzeitpunkt von dem Ziel-Zündzeitpunkt abweicht. Das in Fig. 4 gezeigte Verfahren, bei dem der Mikrocomputer 23 eine vorgegebene Anzahl von Impulsen entsprechend der Kurbelwellenumdrehung um einen Winkel R_B zählt und dann die Zeit für eine vorgegebene Zeitspanne Ta erfaßt, erlaubt, daß der Zündzeitpunkt mit einer beliebigen Auflösung gesteuert wird, und nachdem die Länge der Zeitperiode Ta sehr klein gemacht werden kann, wird der Einfluß von Schwankungen in der Maschinenumdrehungsgeschwindigkeit auf dem Zündzeitpunkt minimiert.

Der Referenzstellungssensor 22 ist so dargestellt, daß er extern bezüglich des Mikrocomputers 23 angeordnet ist, aber er kann anstelle davon auch in den Mikrocomputer 23 eingebaut werden.

Der Zielzündzeitpunkt R_A kann durch eine bezüglich des Mikrocomputers 23 externe Steuereinheit berechnet werden und als Eingangssignal an dem Mikrocomputer 23 bereitgestellt werden, oder er kann von dem Mikrocomputer 23 selber berechnet werden. Algorithmen zur Berechnung eines Ziel-Zündzeitpunktes aufgrund einer Maschinenbetriebsbedingung sind in der Fachwelt wohl bekannt.

Der Mikrocomputer 23 kann zur direkten Steuerung eines Zünders für Zündkerzen der Maschine verwendet werden, oder er kann ein Steuersignal an einer getrennten Steuereinheit bereitstellen, die die Zündung ausführt.

Der Mikrocomputer 23 wurde im Zusammenhang mit der Steuerung des Zündzeitpunkts beschrieben. Jedoch kann der Mikrocomputer 23 in einer ähnlichen Art und Weise zur Bestimmung des Auftreten des Kurbelwellenwinkels benutzt werden, zu dem eine nicht gezeigte Zündspule für die Maschine 1 anfängt zu leiten.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinheit 30 eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Wie im ersten Ausführungsbeispiel enthält es eine Schnittstelle 31, die ein Kurbelwellenstellungssignal (ein POS-Signal) von einem auf einer Maschine 1 befestigten Kurbelwellenstellungssensor 10 empfängt, in derselben Art und Weise wie in Fig. 1. Die Schnittstelle 31 führt eine Kurvenverlaufformung des POS-Signals durch und stellt das geformte Signal an einen Referenzstellungssensor 32, an einen rücksetzbaren Zähler 33 und an einen Mikrocomputer 34 bereit. Der Referenzstellungssensor 32 entspricht dem Referenzstellungssensor 22 aus Fig. 2 und arbeitet in einer ähnlichen Art und Weise. Er stellt ein Ausgangssignal (ein Referenzsignal) an dem Mikrocomputer 34 und an dem Zähler 33 als Folge des Auftretens der Referenzstellung R_ref bereit. Die Aufgabe des Zählers 33 ist es das Auftreten von vorgegebenen Kurbelwellenwinkel R₁ und R₂ zu bestimmen, die nach der Referenzstellung R_ref auftreten, und an dem Mikrocomputer 34 ein Eingangssignal bereitzustellen, daß das Auftreten dieser Kurbelwellenwinkel anzeigt. Der Mikrocomputer 34 erfaßt in der gleichen Art und Weise wie in dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel, wenn die Kurbelwelle sich an dem Ziel-Zündzeitpunkt R_A befindet und zusätzlich dazu führt er Berechnungen zur Erfassung des Drucks innerhalb der Zylinder der Maschine und zum Auftreten von Fehlzündungen aufgrund der Eingangssignale von dem Zähler 33 aus. Der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels ist ansonsten ähnlich wie jenes des ersten Ausführungsbeispiels.

Der Betrieb der Steuereinheit 30 aus Fig. 7 wird nun unter Bezugnahme auf die Darstellung des Kurvenverlaufs aus Fig. 8 beschrieben. Fig. 8 zeigt von oben nach unten das POS-Signal von dem Kurbelwellenstellungssensor 10, den Ausgang eines internen Zählers des Referenzstellungssensors 32, das von dem Referenzstellungssensor 32 erzeugte Referenzsignal, den Primärwicklungsstrom einer nicht dargestellten Zündspule, und die Einstellung der Kurbelwellenwinkel R₁ und R₂. In derselben Art und Weise wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben identifiziert der Referenzstellungssensor 32 die Referenzstellung R_ref durch Erfassung, wann der Wert eines internen Zählers des Referenzstellungssensors 32 einen Schwellwert überschreitet und ein Referenzsignal erzeugt, das die Referenzstellung R_ref an der steigenden Flanke eines Impulses identifiziert, der der Lücke 7 in dem POS-Signal unmittelbar folgt. Nach Erhalt des Referenzsignals zählt der Mikrocomputer 34 eine vorgegebene Anzahl von Impulsen des POS-Signals, bis sich die Kurbelwelle um einen Winkel R_B von der Referenzstellung R_ref gedreht hat, und dann erfaßt er die Zeit für eine durch die Gleichung 1 definierte vorgegebene Zeitspanne Ta. Wenn Ta abgelaufen ist, wird eine Zündung in derselben Art und Weise wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel ausgeführt.

Wenn der Referenzstellungssensor 32 die Referenzposition R_ref identifiziert, stellt er an dem Zähler 33 ein Eingangssignal bereit, das den Zähler 33 zurücksetzt, und der Zähler 33 fängt an die Impulse des POS-Signals von der Referenzstellung R_ref zu zählen, bis er einen vorgeschriebenen Zählwert entsprechend der Kurbelwellenumdrehung von der Referenzstellung R_ref bis zu einem ersten vorgegebenen Kurbelwellenwinkel R₁ erreicht. Die Anzahl von Impulsen entsprechend dem Winkel zwischen der Referenzstellung R_ref und R₁ wird in dem Zähler 33 durch den Mikrocomputer 34 im voraus eingestellt. Wenn der Zähler 33 den voreingestellten Zählwert erreicht, erzeugt er ein Ausgangssignal, das an dem Mikrocomputer 34 bereitgestellt wird und das Auftreten eines ersten vorgegebenen Winkels R₁ anzeigt. Der Mikrocomputer 34 nimmt dann eine Voreinstellung des Zählers 33 auf einen Wert ein entsprechend dem Umdrehungswinkel zwischen R₁ und R₂. Wenn der Zähler den voreingestellten Wert erreicht, erzeugt er ein Ausgangssignal, das an dem Mikrocomputer 34 bereitgestellt wird und das Auftreten des zweiten vorgegebenen Winkels R₂ anzeigt. Aufgrund der an dem Mikrocomputer 34 zu Kurbelwellenwinkeln R₁ und R₂ bereitgestellten Eingangssignalen bestimmt der Mikrocomputer 34 den Verbrennungszustand der Maschine 1. Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 34 den internen Druck eines Zylinders der Maschine 1 zu beiden Kurbelwellenwinkel R₁ und R₂ messen. Die Differenz zwischen den Drücken zu diesen zwei Winkeln zeigt den Verbrennungszustand der Maschine 1 an. Der Mikrocomputer 34 kann auch Fehlzünden der Maschine 1 durch Messung der Zeitspanne, die zwischen zwei Winkeln R₁ und R₂ abläuft erfassen, wobei die Zeitspanne sich erhöht, wenn ein Zylinder der Maschine Fehlzündungen ausführt. Verfahren zur Bestimmung des Verbrennungszustandes und zur Erfassung von Fehlzündungen, bei dem zwei Kurbelwellenwinkel verwendet werden, sind in der Fachwelt wohlbekannt.

Das Ausführungsbeispiel aus den Fig. 7 bis 8 besitzt den Vorteil, daß nur ein einzelner Zähler verwendet wird, um zwei verschiedene Werte zu zählen und daher ist es in seinem Aufbau sehr einfach. Es gibt verschiedene Verfahren, zusätzlich zu dem oben beschriebenen, bei dem ein einzelner Zähler 33 verwendet werden kann, um zwei verschiedene Werte zu zählen und dadurch zwei Kurbelwellenwinkel R₁ und R₂ zu erfassen. Zum Beispiel kann der Zähler 33 ein Zähler sein, der von einem vorgegebenen Wert rückwärtszählt und ein Ausgangssignal beim Erreichen eines Zählwertes von Null erzeugt. In diesem Fall, zum Zeitpunkt des Empfangs des Referenzsignals, kann der Mikrocomputer 34 den Zähler 33 auf einen Wert R₁/ΔR voreinstellen, wobei ΔR die in Winkelgraden der Kurbelwellenumdrehung von den Impulsen des POS-Signals gemessene Periode ist. Nachdem er voreingestellt ist, fängt der Zähler 33 an von dem voreingestellten Wert zurückzuzählen, und wenn er beim Winkel R₁ Null erreicht, erzeugt er ein Signal, das an dem Mikrocomputer 34 bereitgestellt wird. Der Mikrocomputer 34 setzt dann den Zähler 33 auf einen Wert R₁/ΔR und der Zähler 33 fängt von neuem an zurückzuzählen. Wenn der Zähler 33 einen Zählstand von Null erreicht, stellt er an dem Mikrocomputer 34 ein Eingangssignal bereit, das anzeigt, daß der zweite vorgegebene Kurbelwellenwinkel R₁ erreicht worden ist.

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht einer Maschine 1, die mit einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgerüstet ist. Das Ausführungsbeispiel enthält einen ersten Kurbelwellenstellungssensor 10 entsprechend der Kurbelwellenstellung 10 aus Fig. 1, und einen zweiten Kurbelwellenstellungssensor 11, der auf der Maschine 1 an einer anderen Winkelposition von dem ersten Kurbelwellenstellungssensor 10 befestigt ist. Die ersten und zweiten Kurbelwellenstellungssensoren 10 bzw. 11 erzeugen ein erstes Kurbelwellenstellungssignal (als POS1 bezeichnet) und ein zweites Kurbelwellenstellungssignal (als POS2 bezeichnet), die einer Steuereinheit 40 eingegeben werden. Fig. 10 ist eine Darstellung eines Kurbelverlaufs des POS1-Signals und des POS2-Signals. Das POS1-Signal ist identisch mit dem POS-Signal, das in Fig. 3 gezeigt ist und das POS2-Signal, das durch den zweiten Kurbelwellenstellungssensor 11 erzeugt wird, ist mit dem POS1-Signal identisch bis auf die Tatsache, daß die periodische Lücke 8 in dem POS2-Signal zu einem anderen Kurbelwellenwinkel als die Lücke 7 in dem POS1-Signal auftritt. Dies beruht auf der Tatsache, daß die zwei Kurbelwellenstellungssensoren 10 und 11 an verschiedenen Positionen auf der Maschine 1 befestigt sind. Die steigende Flanke eines Impulses, der der Lücke 7 in dem POS1-Signal unmittelbar folgt, zeigt eine Referenzstellung R_ref1 der Kurbelwelle 2 an, wohingegen die steigende Flanke des Impulses der der Lücke 8 in dem POS2-Signal unmittelbar folgt, eine zweite Referenzstellung R_ref2 der Kurbelwelle 2 anzeigt. In dem Ausführungsbeispiel entspricht der ersten Referenzstellung R_ref 75° BTDC und der zweiten Referenzstellung R_ref2 5° BTDC, aber die genauen Werte der Bezugsstellungen sind unkritisch. Die erste Referenzstellung R_ref1 wird vorzugsweise so gewählt, daß eine Zündung nicht während der Lücke 7 in dem POS1-Signal auftritt. Die erste Referenzstellung R_ref wird als Referenz verwendet, um den Zündzeitpunkt der Maschine zu steuern, und die zweite Referenzstellung R_ref2 wird als Referenz verwendet zur Steuerung des Zeitpunkts, zu der eine nicht gezeigte Zündspule der Maschine 1 anfängt zu leiten.

Fig. 11 ist ein Blockschaltbild der Steuereinheit 40 aus Fig. 9. Sie enthält eine erste Schnittstelle 41, die das POS1-Signal von dem ersten Kurbelwellenstellungssensor 10 enthält und eine zweite Schnittstelle 42, die das POS2-Signal von dem zweiten Kurbelwellenstellungssensor 11 empfängt. Die Schnittstellen 41 und 42 führen eine Kurvenverlaufformung des Eingangssignals aus und stellen die geformten Ausgangssignale an einem ersten Referenzstellungssensor 43 und an einem zweiten Referenzstellungssensor 44 bereit. Der erste Referenzstellungssensor 43 erfaßt das Auftreten der ersten Referenzstellung R_ref1 und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal (als erstes Referenzsignal bezeichnet), während der zweite Referenzstellungssensor 44 das Auftreten der zweiten Referenzstellung R_ref2 und ein entsprechendes Ausgangssignal (als zweites Referenzsignal bezeichnet) erzeugt. Die Ausgangssignale von den Referenzstellungssensoren 43 und 44 werden einem Mikrocomputer 45 eingegeben, der auch das geformte POS1-Signal von der ersten Schnittstelle 41 empfängt. Aufgrund dieser Eingangssignale steuert der Mikrocomputer 45 den Zündzeitpunkt der Maschine 1 und den Beginn des Leitens durch die Primärwicklung einer nicht dargestellten Zündspule für die Maschine.

Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels wird unter Bezugnahme auf die Darstellungen der Kurvenverläufe in Fig. 12 beschrieben, die von oben nach unten das POS1-Signal von dem ersten Kurbelwellenstellungssensor 10, den Ausgang des internen Zählers in dem ersten Referenzstellungssensor 43, das erste durch den ersten Referenzstellungssensor 43 erzeugte Referenzsignal und den Primärwicklungsstrom der Zündspule für die Maschine zeigen. Der erste Referenzstellungssensor 43 empfängt das POS1-Signal von dem ersten Kurbelwellenwinkelsensor 10 durch die erste Schnittstelle 41, und ein interner Zahler in dem ersten Referenzstellungssensor 43 zählt Taktimpulse von einem nicht dargestellten Taktgeber, die zwischen den ansteigenden Flanken von aufeinanderfolgenden Impulsen des POS1-Signals auftreten. Wenn der Wert einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, erfaßt der erste Referenzstellungssensor 43 das Auftreten der Lücke 7 in dem POS1-Signal und erzeugt ein erstes Referenzsignal an der steigenden Flanke des Impulses, der der Lücke 7 unmittelbar folgt. Beim Empfang des ersten Referenzsignals fängt der Mikrocomputer 45 an die Zeit für eine vorgegebene Zeitspanne Tc entsprechend der Anzahl von Winkelgraden der Kurbelwellenumdrehung zwischen der ersten Referenzstellung R_ref1 und einem Ziel-Zündzeitpunkt R_A zu erfassen. Wenn T die Periode zwischen aufeinanderfolgendem Auftreten der ersten Referenzstellung R_ref1 ist, zum Beispiel die Zeit die die Kurbelwelle benötigt um sich um 180° zu drehen, und die erste Referenzstellung R_ref1 auf 75° BTDC ist, dann wird Tc folgendermaßen ausgedrückt:

Tc = (75°-R_A)×T/180° (2)

Wenn die Zeitperiode Tc abläuft, wird durch Unterbrechung des Primärstroms in der Zündspule eine Zündung ausgeführt.

In einer ähnlichen Art und Weise empfängt der zweite Referenzstellungssensor 44 das POS2-Signal von dem zweiten Kurbelwellenstellungssensor 11 und bestimmt das Auftreten der zweiten Referenzstellung R_ref2 durch Messung der Periode zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen. Wenn die Periode einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, stellt der zweite Referenzstellungssensor 44 ein zweites Referenzsignal an den Mikrocomputer 45 bereit, und der Mikrocomputer 45 fängt an für eine Periode Td die Zeit zu erfassen, die die Zeitspanne von der zweiten Referenzstellung R_ref2 bis zu einem Ziel-Kurbelwellenwinkel R_c ist, zu dem die Zündspule anfangen soll zu leiten. Wenn T die Periode zwischen aufeinanderfolgendem Auftreten der ersten Referenzstellung R_ref1 ist, die zweite Referenzstellung R_ref2 auf 5° BTDC ist, und Te die Zeitspanne ist, für die die Zündspule vor einer Zündung leiten soll, dann wird Td durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

Td = [(180°-R_A+5°)×T/180°]-Te (3)

Wenn der Mikrocomputer 45 erfaßt, daß die Zeit Td nach der zweiten Referenzstellung R_ref2 abgelaufen ist, steuert er die Zündspule, so daß sie anfängt zu leiten. Nachdem die Zündspule anfängt zu leiten, bevor Zündung stattfindet, wird die in Fig. 12 gezeigte Zeitperiode Td von dem vorangegangenen Auftreten von der zweiten Referenzstellung R_ref2 gemessen.

In diesem Ausführungsbeispiel werden der Ziel-Zündzeitpunk R_A und der Start von Leiten R_C von den ersten und zweiten Referenzstellungen R_ref1 und R_ref2 durch Zeitfassung der Perioden Tc bzw. Td gemessen, anstelle der Zählung von Impulsen des POS1- oder POS2-Signals. Dieses Vorgehen weist den Vorteil auf, daß die an den Mikrocomputer 45 angelegte Last im Vergleich mit einer Anordnung, bei der T_A und T_C durch Zählen von Impulsen von den Referenzstellungen bestimmt werden, verkleinert werden kann.

Anstelle einer Erfassung des Ziel-Zündzeitpunktes T_A durch Messung einer Zeitperiode Tc von der ersten Referenzstellung R_ref1 kann der Mikrocomputer 45 jedoch die dem Ziel-Zündzeitpunkt entsprechende Kurbelwellenstellung in der in Fig. 5 dargestellten Art und Weise bestimmen, das heißt, durch Zählung einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen des POS1-Signals, bis sich die Kurbelwelle um einen vorgegebenen Winkel R_B gedreht hat, und dann durch Zeiterfassung für eine Zeitspanne Ta (Ta < Tc). Ein derartiges Verfahren ist genauer wenn die Maschinenumdrehungsgeschwindigkeit schwankt. Der Zielwinkel R_C zum Beginn des Leitens der Primärwicklung der Zündspule kann in einer ähnlichen Art und Weise durch eine Kombination von Zählung von Impulsen und Zeitnahme über eine vorgegebene Zeitspanne bestimmt werden.

Das Ausführungsbeispiel aus den Fig. 9 bis 12 kann außerdem mit einem Zähler ausgerüstet sein, entsprechend dem Zähler aus Fig. 7 zur Identifikation von vorgegebenen Kurbelwellenwinkel R₁ und R₂ derart, daß der Mikrocomputer 4 den Verbrennungszustand überwachen kann und Fehlzündung der Maschine 1 in der in den Fig. 7 bis 8 beschriebenen Art und Weise bestimmen kann.

Fig. 13 zeigt einen Teil eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen weist ein auf der Kurbelwelle einer nicht dargestellten Maschine befestigten Schwungrad 3 einen Zahnkranz 12 auf, der auf seinem Umfang befestigt ist, aber der Zahnkranz 12 dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich im Aufbau von dem Zahnkranz 4 der vorangegangenen Ausführungsbeispiele. Er umfaßt eine Vielzahl von ersten Zähnen 13, die eine erste Dicke aufweisen (gemessen in der Dicken-Richtung des Zahnkranzes 12) und einen oder mehrere zweite Zähne 14, die eine zweite Dicke größer als die erste Dicke besitzen. Die ersten Zähne 13 haben einen gleichmäßigen Abstand in der Umfangsrichtung des Zahnkranzes 12, und der Abstand zwischen den zweiten Zähnen 14 und den daran angrenzenden ersten Zähnen 13 ist derselbe wie der Abstand zwischen nebeneinanderliegenden ersten Zähnen 13. Die Anzahl von zweiten Zähnen 14 ist normalerweise gleich der Anzahl der Zylinder, die in jeder Umdrehung einer Maschine zünden, so daß auf einem Schwungrad für eine Vierzylinder, Viertaktmaschine zwei der zweiten Zähne 14 vorhanden sind. Die zweiten Zähne 14 sind zu gleichmäßigen Intervallen um den Umfang des Zahnkranzes 12 angeordnet.

Ein erster Kurbelwellenwinkelsensor 10 und ein zweiter Kurbelwellenwinkelsensor 11 sind auf der nicht dargestellten Maschine in der Nähe des Zahnkranzes 12 befestigt. Der erste Kurbelwellenstellungssensor 10 ist derart angeordnet, um die Bewegung der ersten Zähne 13 und der zweiten Zähne 14 zu erfassen, und der zweite Kurbelwellenstellungssensor 11 ist derart angeordnet, um die Bewegung nur der zweiten Zähne 14 zu erfassen. Wenn sich das Schwungrad 3 dreht, erzeugen die Kurbelwellenstellungssensoren 10 und 11 Ausgangssignale, wie diejenigen die in den Darstellungen der Kurvenverläufe aus Fig. 14 dargestellt sind. Wenn sich das Schwungrad 3 dreht, erzeugen die Kurbelwellenstellungssensoren 10 und 11 Ausgangssignale, wie diejenigen, die in der Darstellung der Kurvenverläufe in Fig. 14 dargestellt sind. Das Ausgangssignal des ersten Kurbelwellenstellungssensors 10 (als POS-Signal bezeichnet) umfaßt eine Reihe von Impulsen entsprechend den ersten und zweiten Zähnen des Zahnkranzes 12. Die Impulse besitzen eine gleichmäßige Periode, wie zum Beispiel zwei Winkelgrade der Kurbelwellenumdrehung. Das Ausgangssignal des zweiten Kurbelwellenstellungssensors 11 (als Referenzsignal bezeichnet) umfaßt einen einzelnen Impuls, der zu regelmäßigen Intervallen auftritt (einmal pro 180° Winkelgraden der Kurbelwellenumdrehung für den Fall einer Viertakt, Vierzylindermaschine). Das Referenzsignal wird jedesmal erzeugt, wenn sich die Kurbelwelle an einer vorgegebenen Referenzstellung, die mit R_ref bezeichnet wird, befindet. Die Referenzstellung kann wie gewünscht ausgewählt werden, aber in dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist sie 75° BTDC.

Das POS-Signal und das Referenzsignal von den Kurbelwellenstellungssensoren 10 und 11 werden einer Steuereinheit 50 eingegeben. Fig. 15 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau der Steuereinheit 50 zeigt. Sie enthält eine erste Schnittstelle 51, die das POS-Signal von dem ersten Kurbelwellenstellungssensor 10 empfängt und eine zweite Schnittstelle, die das Referenzsignal von dem zweiten Kurbelwellenstellungssensor 11 empfängt. Die Schnittstellen 51 und 52 führen eine Kurvenverlaufformung der jeweiligen Eingangssignale durch und stellen die geformten Signale am Mikrocomputer 53 bereit. Aufgrund des POS-Signals und des Referenzsignals steuert der Mikrocomputer 53 den Zündzeitpunkt der Maschine. Der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels ist ansonsten ähnlich zu dem des ersten Ausführungsbeispiels.

Der Betrieb der Steuereinheit 50 wird nun beschrieben unter Bezugnahme auf die Darstellung von Kurvenverläufen in Fig. 16, wo von oben nach unten das POS-Signal von dem ersten Kurbelwellenstellungssensor 10, das Referenzsignal von dem zweiten Kurbelwellenstellungssensor 11 und der Primärwicklungsstrom einer nicht dargestellten Zündspule für die Maschine gezeigt ist. An der steigenden Flanke eines Impulses des Referenzsignals erfaßt der Mikrocomputer 53, daß die Kurbelwelle sich an der Referenzstellung R_ref befindet. Der Mikrocomputer 53 fängt dann an die Impulse des POS-Signals zu zählen, bis sich die Kurbelwelle von der Maschine von der Referenzstellung R_ref um einen vorgegebenen Winkel R_B gedreht hat. Nachdem sich die Kurbelwelle um einen Winkel R_B gedreht hat, fängt dann ein nicht dargestellter interner Zeitgeber in dem Mikrocomputer 53 an, die Zeit für eine vorgegebene Zeitspanne R_A, die durch die Gleichung (1) berechnet wird, zu erfassen. Wenn die Periode Ta abläuft, ist der Kurbelwellenwinkel gleich dem Ziel-Zündzeitpunkt R_A, so daß eine Zündung durch Unterbrechung des Primärwicklungsstroms in einer Zündspule ausgeführt wird, ähnlich wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen. Dieses Ausführungsbeispiel besitzt den Vorteil, daß kein Referenzstellungssensor (wie Element 22 aus Fig. 4) benötigt wird, so daß der Schaltungsaufwand der Steuereinheit 50 vereinfacht werden kann.

In den Zeichnungen für die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind die Referenzstellungssensoren, der Zähler aus Fig. 7, und die Mikrocomputer als getrennte Komponenten gezeigt. Jedoch ist es in jedem der Ausführungsbeispiele möglich, die Referenzstellungssensoren und den Zähler in einen Mikrocomputer einzubauen.

Claims

1. Einstellsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch
eine erste Signalerzeugungseinrichtung (10) zur Erfassung einer Umdrehung einer Maschine (T) und zur Erzeugung eines ersten Stellungssignals (POS, POS1), das unterbrochene Abschnitte (7) zu regelmäßigen Intervallen aufweist, wobei jeder unterbrochene Abschnitt (7) einer ersten Referenzstellung (R_ref, R_ref1) einer Kurbelwelle (2) der Maschine (T) entspricht;
eine Referenzstellungserfassungseinrichtung (22), die auf das erste Stellungssignal (POS, POS1) anspricht, zur Erfassung des Auftretens der ersten Referenzstellung (R_ref, R_ref1); und
eine Zündsteuereinrichtung (20), die auf die erste Referenzstellungserfassungseinrichtung (22) anspricht, zur Steuerung der Zündung der Maschine (T) aufgrund der ersten Referenzstellung (R_ref, R_ref1), derart, daß die Zündung nicht während der unterbrochenen Abschnitte (7) auftritt.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Stellungssignal (POS, POS1) eine Reihe von Impulsen umfaßt, die einen vorgegebenen Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen aufweisen, und die unterbrochenen Abschnitte (7) Lücken zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen umfassen, die eine Breite größer als der vorgegebene Abstand besitzen.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch
einen Zähler (33) zur Zählung von Impulsen des ersten Stellungssignals (POS, POS1) und zur Erzeugung eines Winkelidentifizierungssignals, nachdem er eine vorgegebene Anzahl von Impulsen gezählt hat; und
eine Einstelleinrichtung, die auf die erste Referenzstellungserfassungseinrichtung (22) anspricht, zur Einstellung der vorgegebenen Anzahl auf eine erste Anzahl entsprechend der Umdrehung der Kurbelwelle (2), um einen ersten Umdrehungswinkel (R₁) beim Auftreten der ersten Referenzstellung (POS, POS1) und zur Einstellung der vorgegebenen Anzahl auf eine zweite Anzahl entsprechend der Umdrehung der Kurbelwelle, um einen zweiten Umdrehungswinkel (R₂), wenn der Zähler (33) die erste Anzahl von Impulsen gezählt hat.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündsteuereinrichtung (20) umfaßt:
einen Zeitgeber;
eine Einrichtung, um den Zeitgeber auf eine Periode gleich der Zeitspanne einzustellen, die die Kurbelwelle benötigt, um sich von der ersten Referenzstellung (R_ref1) auf einen Ziel-Zündzeitpunkt (R_A) zu drehen; und
eine Einrichtung zur Ausführung einer Zündung, wenn der Zeitgeber die eingestellte Periode erfaßt hat.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine zweite Signalerzeugungseinrichtung (11) zur Erfassung der Umdrehung der Maschine (1) und zur Erzeugung eines zweiten Stellungssignals (POS2), das das Auftreten einer zweiten Referenzstellung (R_ref2) der Kurbelwelle (2) anzeigt, die sich von der ersten Referenzstellung (POS1) unterscheidet; und
eine Einrichtung (40) zur Steuerung des Beginns des Leitens einer Zündspule für die Maschine (1) aufgrund der zweiten Referenzstellung (R_ref2).

6. Maschinensteuervorrichtung für eine Maschine mit einer Kurbelwelle, gekennzeichnet durch
einen ersten Kurbelwellenstellungssensor (10) zur Erfassung der Umdrehung der Kurbelwelle (2) und zur Erzeugung eines ersten Stellungssignals (POS1), das eine Reihe von Impulsen umfaßt, mit Lücken (7) zu regelmäßigen Intervallen, wobei jede der Lücken (7) einer ersten Referenzstellung (R_ref1) der Kurbelwelle (2) entspricht;
eine Referenzstellungserfassungseinrichtung (22, 32), die auf das erste Stellungssignal (POS1) anspricht, zur Erfassung des Auftretens der ersten Referenzstellung (R_ref1); und
eine Einstell-Steuereinrichtung zur Steuerung der Einstellung eines Betriebsparameters der Maschine (1), wobei der Kurbelwellenstellungssensor (10) auf der Maschine (1) in einer Stellung derart befestigt ist, daß die Zündung der Maschine (1) nicht während irgendeiner Lücke (7) in dem ersten Stellungssignal (POS1) auftritt.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch
einen zweiten Kurbelwellenstellungssensor (11), der auf der Maschine (1) zur Erfassung der Umdrehung der Kurbelwelle (2) und zur Erzeugung eines zweiten Stellungssignals (POS2), das eine zweite Referenzstellung (R_ref2) der Kurbelwelle (2) anzeigt, befestigt ist; und
eine Leitungs-Steuereinrichtung (50), die auf das zweite Stellungssignal (POS2) anspricht, zur Steuerung der Leitung einer Zündspule für die Maschine (1) aufgrund der zweiten Referenzstellung (R_ref2).