DE4321212C2 - Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft grundsätzlich eine Vor­ richtung zum Steuern des Betriebs eines Viertakt-Verbrennungs­ motors (im folgenden lediglich als Motor bezeichnet) mit einer ungeraden Anzahl an Zylindern, welche die Kraftstoff­ einspritzungen, die Zündzeitpunkte und ähnliches für die einzelnen Zylinder des Motors auf der Grundlage eines Bezugs­ positionssignals und eines Zylinderidentifizierungssignals steuert. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Motorsteuer­ vorrichtung, bei der die Bezugspositionen für die einzelnen Zylinder mit einer größeren Genauigkeit bestimmt werden können und die eine hohe Zuverlässigkeit für die Steuerung des Motorbetriebs gewährleisten kann.

Grundsätzlich ist bei einem Viertaktmotor für ein Kraftfahrzeug oder ein Motorfahrzeug, bei dem vier Hübe - Ansaugen, Verdichten, explosive Verbrennung und Ausstoßen des Luft- Kraftstoff-Gasgemisches - bewirkt werden, erforderlich, die Kraftstoffeinspritzung und die Zündzeitpunkte entsprechend dem Betriebszustand des Motors oder des Motorfahrzeugs optimal zu steuern. Zu diesem Zweck ist ein Signalgenerator mit einem Sensor in Verbindung mit einer drehbaren Welle des Motors vorgesehen, um ein Bezugspositionssignal zu erhalten, welches die Bezugspositionen für die einzelnen Motorzylinder anzeigt, sowie ein Zylinderidentifizierungssignal zum Identifizieren der einzelnen Zylinder. Ferner wird ein Mikrocomputer verwendet, um eine Kurbelwellenbezugsposition für jeden Zylinder auf der Grundlage der obengenannten Signale zu detektieren und um einen auf einem Zeitgeber basierend Steuerbetrieb auf der Grundlage der Bezugspositionen für die Zylinder zu bewirken, indem durch Berechnen die Steuerzeitpunkte wie z. B. die Zündzeitpunkte, die Zeitpunkte für die Kraftstoffeinspritzung und/oder ähnliches bestimmt werden.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild, das eine bekannte Motorsteuervorrichtung für einen Viertaktmotor zeigt, welcher beispielsweise fünf Zylinder umfaßt (vgl. JP 1-10658).

Diese in Fig. 5 gezeigte, bekannte Motorsteuervorrichtung umfaßt einen Signalgenerator 1 für ein Bezugspositionssignal zum Erzeugen eines Bezugspositionssignales T entsprechend einer Kurbelwinkelbezugsposition auf einer Zylinderbasis synchron mit der Drehung eines Motors (nicht gezeigt) und einen Signal­ generator 2 für ein Zylinderidentifizierungssignal (ID) zum Erzeugen eines Zylinderidentifizierungssignales C zum Identifizieren eines bestimmten Zylinders synchron mit der Drehung des Motors. Sowohl der Signalgenerator 1 für ein Bezugspositionssignal wie auch der Signalgenerator 2 für das Zylinderidentifizierungssignal bestehen aus einer drehbaren, geschlitzten Scheibe, die beispielsweise an der Kurbelwelle oder einer mit dieser gekoppelten Nockenwelle befestigt ist sowie aus Photodetektoren, die gegenüber der drehbaren, geschlitzten Scheibe angeordnet sind, wie nachfolgend beschrieben wird.

Das Bezugspositionssignal T und das Zylinderidentifizierungs­ signal C werden einer Steuereinrichtung 3 zugeführt, bei der ein Mikrocomputer verwendet werden kann und welche die Bezugs­ positionen der einzelnen Zylinder auf der Grundlage des Bezugs­ positionssignals T und des Zylinderidentifizierungssignals C detektieren kann und welche die Zündzeitpunkte oder ähnliche Steuerparameter in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors berechnen kann, um dadurch ein Steuersignal (z. B. Ein- und Ausschaltsteuersignale der Zündspule) auszugeben, um beispielsweise die Zündzeitpunkte zu steuern.

Wie Fig. 5 zeigt, umfaßt die Steuereinrichtung 3 eine Zylinderunterscheidungseinheit 31 zum Erzeugen eines Zylinder­ unterscheidungssignales F auf der Grundlage des Bezugspositions­ signales T und des Zylinderidentifizierungssignales C sowie eine Zeitsteuereinheit 32 zum Erzeugen eines Steuersignals (z. B. eines Zündzeitpunktsteuersignals) für jeden Zylinder auf der Grundlage des Bezugspositionssignales T, des Zylinderunterscheidungssignales F und des Betriebszustands des Motors.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, welche den typischen Aufbau des Signalgenerators 1 für das Bezugspositionssignal und des Signalgenerators 2 für das Zylinderidentifizierungssignal zeigt (vgl. JP 1-10658). Wie die Figur zeigt, ist eine geschlitzte Scheibe 11 an einer Nockenwelle 10 montiert, die synchron mit der Drehung des Motors rotiert. Die Nockenwelle 10 ist so ausgebildet, daß sie eine Umdrehung macht, während sich eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) zweimal dreht. Mehrere Schlitze 12 und 13 sind koaxial in der Signalscheibe 11 in Rotationsrichtung der Scheibe 11 ausgebildet, wobei die radial äußeren Schlitze 12 (fünf bogenförmige Schlitze entsprechend fünf Zylindern) derart ausgebildet sind, daß das Bezugspositionssignal T für die einzelnen Zylinder generiert wird, während der radial innere Schlitz 13 das Zylinderidentifizierungssignal C zum Identifizieren eines bestimmten Zylinders erzeugt.

Zwei lichtaussendende Elemente 15 und 17 sind jeweils gegenüber von zwei lichtaufnehmenden Elementen 16 und 18 angeordnet, wobei sich ein Umfangsabschnitt der Scheibe 11 mit den darin ausgebildeten Schlitzen 12 und 13 zwischen den lichtaussendenden Elementen 15, 17 und den lichtaufnehmenden Elementen 16, 18 befindet. Somit wirken das lichtaussendende Element 15 und das lichtaufnehmende Element 16 zusammen, um einen Photodetektor zu bilden, der sich gegenüber der Spur der Schlitze 12 befindet, um das Bezugspositionssignal T zu erzeugen, während das licht­ aussendende Element 17 und das lichtaufnehmende Element 18 einen Photodetektor bilden, der gegenüber der Bahn des Schlitzes 13 angeordnet ist, um das Zylinderidentifizierungssignal C zu erzeugen.

Fig. 7 zeigt ein Zeitdiagramm, welches das Bezugspositionssignal T und das Zylinderidentifizierungssignal C darstellt. Wie die Figur zeigt, umfaßt das Bezugspositionssignal T Impulse, deren vordere Flanke bei einem Kurbelwinkel von B65° (was einen Kurbelwinkel von 65° vor dem oberen Totpunkt oder OT bedeutet) jedes Zylinders ansteigt und deren hintere Flanke bei einem Kurbelwinkel von B5° abfällt, wobei die dem Kurbelwinkel B65° entsprechende Position als Bezugsposition für eine maximale Verschiebung dient, wobei die den Kurbelwinkel von B5° entsprechende Position als die zweite Bezugsposition bezeichnet wird. In Einheiten des Kurbelwinkels beträgt die Gesamtperiode des Bezugspositionssignals T für die fünf Zylinder 720°, wobei eine Impulsperiode für jeden Zylinder 144° beträgt. Ferner entspricht die Impulsbreite oder -dauer, die sich von der Bezugsposition B65° zur zweiten Bezugsposition B5° erstreckt, in Einheiten des Kurbelwinkels- 60°, und eine Impulsruhedauer zwischen der zweiten Bezugsposition B5° für einen bestimmten Zylinder und der Bezugsposition B65° für den diesem folgenden Zylinder beträgt 84° in Einheiten des Kurbelwinkels.

Daneben enthält das Zylinderidentifizierungssignal C einen Impuls mit einer unterschiedlichen Wellenform für einen bestimmten Zylinder (Zylinder #1 im Falle des dargestellten Beispiels), der sich in der Phase von den im Bezugspositions­ signal T enthaltenen Impulsen unterscheidet, so daß das Signal C unterschiedliche Signalpegel an der Bezugsposition B65° und der ursprünglichen Bezugsposition B5° für die Zylinder aufweist. Indem beispielsweise dem Impuls des Zylinderidentifizierungs­ signals C eine solche Wellenform gegeben wird, daß dieser einen Signalpegel "1s" sowohl bei der Kurbelwinkelposition B65° wie auch bei B5° annimmt, ist es möglich, die einzelnen Zylinder voneinander zu unterscheiden. Die Erzeugung der Impulse mit den oben beschriebenen Wellenformen kann durch geeignetes Dimensionieren der Schlitze 12 und 13 erreicht werden.

Nachfolgend wird der Betrieb der bekannten, in Fig. 5 gezeigten Motorsteuervorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 beschrieben.

Wenn sich der Motor dreht, so erzeugen der Signalgenerator 1 für ein Bezugspositionssignal, der durch die Kombination der Photoelemente 15 und 16 und der Schlitze 12 gebildet ist, wie auch der Signalgenerator 2 für das Zylinderidentifizierungs­ signal, der durch die Kombination der Photoelemente 17 und 18 und der Schlitze 13 gebildet ist, das Bezugspositionssignal T und das Zylinderidentifizierungssignal C, die Wellenformen aufweisen, wie sie in Fig. 7 jeweils dargestellt sind. Diese Signale T und C werden der Zylinderunterscheidungseinheit 31 und der Zeitsteuereinheit 32 zugeführt, die sich in der Steuer­ einrichtung 3 befinden.

Auf der Grundlage des Bezugspositionssignales T und des Zylinderidentifizierungssignales C unterscheidet die Zylinder­ unterscheidungseinheit 31 die einzelnen Zylinder bzw. sie identifiziert diese, während die Zeitsteuereinheit 32 die Bezugspositionen für die einzelnen Zylinder detektiert, um dadurch durch Berechnen die Steuergröße für das Steuern der Zündzeitpunkte in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors zu bestimmen, was zur Folge hat, daß die Steuersignale zum Steuern der Zündzeitpunkte für die einzelnen Zylinder von der Steuer­ einrichtung 3 ausgegeben werden. In diesem Fall wird, wenn der Zündzeitpunkt vorgestellt werden muß, die Zeitsteuerung (oder Zeitgebersteuerung) unter Bezugnahme auf die erste Bezugs­ position B65° durchgeführt, während die Zeitsteuerung unter Bezugnahme auf die zweite Bezugsposition B5° durchgeführt wird, wenn der Zündzeitpunkt verzögert werden muß.

An dieser Stelle sei bemerkt, daß der Bezugspositionsgenerator 1 auf der Nockenwelle zusammen mit dem Signalgenerator 2 für das Zylinderidentifizierungssignal montiert ist, wie in Fig. 6 gezeigt, wobei die Nockenwelle 10 mechanisch mit der Kurbelwelle gekoppelt ist. Demzufolge enthalten die Signale, welche die Bezugspositionen B65° und B5° an der Nockenwelle 10 anzeigen, unvermeidlich einen Fehler, der einem Fehler bei der Übertragung einer Antriebskraft von der Kurbelwelle zur Nockenwelle zugeschrieben werden kann. Aus diesem Grund ist es praktisch unmöglich oder zumindest äußerst schwierig, daß die Zeitsteuereinheit 32 den Motorbetrieb auf der Grundlage des Bezugspositionssignals steuert, welches keine ausreichend hohe Genauigkeit aufweist.

Ferner sei bemerkt, daß die Detektierung des Bezugspositions­ signals T mit hoher Genauigkeit nicht nur für die Steuerung der Zündzeitpunkte sondern auch für die Detektierung der Änderung der Drehzahl (Upm) auf der Grundlage der Verhältnisse der Perioden zwischen den Bezugspositionen wie auch zur Detektierung des Auftretens von Fehlzündungen im Motor auf der Grundlage der Veränderung der Drehzahl benötigt wird.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, besteht bei der bekannten Motorsteuervorrichtung das Problem, daß das Bezugspositionssignal T unvermeidlich Fehlerkomponenten aufgrund des oben erwähnten Transmissionsfehlers enthält, da der Bezugspositionsgenerator 1 im Falle eines Motors mit einer ungeraden Anzahl an Zylindern an der Nockenwelle 10 montiert ist, was dazu führt, daß eine Phasenabweichung oder Phasen­ verschiebung in den Bezugspositionen für die Steuerung auftritt, was es praktisch unmöglich oder äußerst schwierig macht, die Steuerung mit einer hohen oder zufriedenstellenden Genauigkeit durchzuführen.

Im Hinblick auf den oben beschriebenen Stand der Technik ist es das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem (Aufgabe), eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei welcher das Bezugspositionssignal zur Steuerung des Betriebs eines Viertaktmotors mit einer ungeraden Anzahl an Zylindern mit hoher Genauigkeit erzeugt werden kann, um dadurch das Problem zu lösen, an dem die herkömmlichen Motorsteuervorrichtungen leiden.

Diese und andere Aufgaben, die nachfolgend näher beschrieben werden, werden gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebs eines Viertakt-Verbrennungsmotors mit einer ungeraden Anzahl an Zylindern, umfassend: einen Signalgenerator für ein Bezugs­ positionssignal zum Erzeugen eines Bezugspositionssignals synchron mit der Drehung einer Kurbelwelle des Verbrennungs­ motors, wobei das Bezugspositionssignal eine Anzahl von Impulsen mit konstantem Abstand enthält, die periodisch mit einem vorbestimmen konstanten Zeitabstand während einer einzelnen Umdrehung der Kurbelwelle erzeugt werden, wobei die Zahl der Impulse mit konstantem Abstand gleich der Zahl der Zylinder multipliziert mit N gewählt wird, wobei N eine natürliche Zahl ist; einen Signalgenerator für ein Zylinderidentifizierungs­ signal zum Erzeugen eines Zylinderidentifizierungssignals synchron mit der Drehung einer Welle, die mit der Kurbelwelle gekoppelt ist und die eine halb so große Umdrehungs­ geschwindigkeit (d. h. Anzahl der Umdrehungen pro Minute) hat wie die Kurbelwelle, wobei das Zylinderidentifizierungssignal eine Anzahl von Impulsen mit unterschiedlichem Abstand enthält, die mit unterschiedlichen Zeitabständen erzeugt werden, wobei die Anzahl der der Zylinder entspricht; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der ungeraden Anzahl an Zylindern. Die Steuer­ einrichtung umfaßt einen Signalgenerator für ein synthetisch erzeugtes Bezugspositionssignal zum Erzeugen eines synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals durch Teilen der Frequenz des Bezugspositionssignals durch 1/2N auf der Grundlage des Pegels des Zylinderidentifizierungssignals an Flanken der Impulse mit konstantem Abstand; eine Zylinderunterscheidungseinrichtung zum Erzeugen eines Zylinderunterscheidungssignals zum Unterscheiden jedes einzelnen Zylinders auf der Grundlage des Pegels des Zylinderidentifizierungssignals an den Flanken der Impulse mit konstantem Abstand; und eine Zeitsteuereinrichtung zum Steuern des Betriebs der Zylinder auf der Grundlage des synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals und des Zylinder­ unterscheidungssignals.

Mit einer derartigen Motorsteuervorrichtung wird ein synthetisch erzeugtes Bezugspositionssignal geschaffen, das keinen Fehler enthält, und zwar auf der Grundlage des Bezugspositionssignals, das die Impulse mit konstantem Abstand enthält, die synchron mit der Drehung der Kurbelwelle erzeugt werden, sowie auf der Grundlage des Zylinderidentifizierungssignals, welches die Impulse mit unterschiedlichen Abständen enthält, die synchron mit einer Welle erzeugt werden, die mit der Nockenwelle gekoppelt ist, wobei die Zylinder auf der Grundlage des Bezugspositionssignals und des Zylinderidentifizierungssignales unterschieden werden, während der Motorbetrieb auf der Grundlage des synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals und des Zylinderunterscheidungssignals gesteuert wird. Folglich kann das Bezugspositionssignal, welches die Bezugsposition für die Steuerung darstellt, synchron mit der Drehung der Kurbelwelle erzeugt werden. Mit anderen Worten kann erfindungsgemäß das Bezugspositionssignal mit einer sehr hohen Genauigkeit erhalten werden, wodurch für die Steuerung des Motorbetriebs eine verbesserte Zuverlässigkeit erzielt wird.

Die oben erwähnten weiteren Aufgaben, Merkmale und damit verbundenen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung näher hervorgehen, die rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das eine Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht, die beispielhaft Anordnungen eines Signalgenerators für ein Zylinderidentifizierungssignal und eines Signalgenerators für ein Bezugspositionssignal zeigt, die in Fig. 1 dargestellt sind;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm, das den Betrieb der Motorsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 4 ein Zeitdiagramm, das den Betrieb der Motorsteuervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 5 ein Blockdiagramm, das schematisch eine Anordnung einer bekannten Motorsteuervorrichtung zeigt;

Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht, die einen typischen Aufbau eines Signalgenerators für ein Bezugspositionssignal und eines Signalgenerators für ein Zylinderidentifizierungssignal zeigt, wie sie bei der bekannten, in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung verwirklicht sind; und

Fig. 7 ein Zeitdiagramm, das ein Bezugspositionssignal und ein Zylinderidentifizierungssignal darstellt, die in der bekannten, in Fig. 5 gezeigten Motorsteuervorrichtung erzeugt werden.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte oder beispielhafte Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Ausführungsform 1

Fig. 1 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm eine grundsätzliche Anordnung einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Zeichnung bezeichnen die Bezugszeichen 1A, 2A, 3A und 31A Bauteile, welche dem Signalgenerator 1 für das Bezugspositions­ signal, dem Signalgenerator 2 für das Zylinderidentifizierungs­ signal (ID), bzw. der Steuereinrichtung und Zylinder­ unterscheidungseinrichtung 31 entsprechen. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 32 das gleiche Bauteil, das oben in Verbindung mit dem Stand der Technik beschrieben wurde.

Der Signalgenerator 1A für das Bezugssignal ist derart ausgebildet, daß er ein Bezugspositionssignal T1 erzeugt, das eine Reihe von Impulsen mit konstantem Abstand (nachfolgend näher beschrieben) umfaßt, die synchron mit der Drehung der Kurbelwelle erzeugt werden, wobei die Impulswiederholungsrate pro Umdrehung der Kurbelwelle der Anzahl der Motorzylinder multipliziert mit N (eine natürliche Zahl) entspricht. Daneben ist der Signalgenerator 2A für das Zylinderidentifizierungs­ signal (ID) derart ausgebildet, daß er ein Zylinder­ identifizierungssignal C1 erzeugt, das eine Reihe von Impulsen mit unterschiedlichem Abstand (ebenfalls nachfolgend näher beschrieben) umfaßt, welche der Anzahl an Zylindern entsprechen, und zwar synchron mit der Drehung einer Welle (z. B. der Nockenwelle), die mit der Kurbelwelle gekoppelt ist und die sich mit einer Frequenz (Upm) dreht, die halb so groß wie die der Kurbelwelle ist.

Die Steuereinrichtung 3A umfaßt eine Signalgeneratoreinheit 33 für ein synthetisch erzeugtes Bezugspositionssignal (REF) zum Erzeugen eines synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals T2 (das nachfolgend näher beschrieben wird) auf der Grundlage des Bezugspositionssignals T1 und des Zylinderidentifizierungs­ signals C1, sowie eine Signalgeneratoreinheit 34 für ein synthetisch erzeugtes Zylinderidentifizierungssignal (ID) zum Erzeugen eines synthetisch erzeugten Zylinderidentifizierungs­ signals C2 (ebenfalls nachfolgend näher beschrieben) auf der Grundlage des Bezugspositionssignals T1 und des Zylinder­ identifizierungssignals C1. Genauer gesagt erzeugt die Signal­ generatoreinheit 33 für das synthetisch erzeugte Bezugs­ positionssignal das synthetisch erzeugte Bezugspositionssignal T2 durch Teilen der Impulswiederholungsfrequenz des Bezugs­ positionssignals T1 durch 1/2N in Abhängigkeit von dem Signalpegel des Zylinderidentifizierungssignals C1 bei jeder vorbestimmten Flanke (z. B. der vorderen oder ansteigenden Flanke) der Impulse mit konstantem Abstand, die in dem Bezugspositionssignal enthalten sind. Ferner erzeugt die Signalgeneratoreinheit 34 für das synthetisch erzeugte Zylinderidentifizierungssignal das synthetisch erzeugte Zylinderidentifizierungssignal C2 zum unterscheidenden Identifizieren der Motorzylinder in Abhängigkeit vom Pegel des Zylinderidentifizierungssignals C1 an der anderen Flanke (z. B. der hinteren oder fallenden Flanke) der Impulse mit konstantem Abstand.

Das synthetisch erzeugte Zylinderidentifizierungssignal C2 wird dann der Zylinderunterscheidungseinheit 31A zugeführt, welche die einzelnen Zylinder auf der Grundlage des Pegels des synthetisch erzeugten Zylinderidentifizierungssignals C2 an den Flanken der Impulse unterscheidet, die in dem synthetisch erzeugten Bezugspositionssignal T2 enthalten sind, um dadurch ein Zylinderunterscheidungssignal F zu erzeugen. Es sei jedoch bemerkt, daß die Zylinderunterscheidungseinheit 31A alternativ das Zylinderunterscheidungssignal F auf der Grundlage des Pegels des Zylinderidentifizierungssignals C1 an den Flanken des Bezugspositionssignals T1 erzeugen kann.

Das Zylinderunterscheidungssignal F wird zusammen mit dem synthetisch erzeugten Bezugspositionssignal T2 einer Zeitsteuereinheit 32 zugeführt, welche die einzelnen Motorzylinder auf der Grundlage des synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals T2 und des Zylinderunterscheidungssignals F steuert.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die schematisch beispielhafte Anordnungen des Signalgenerators 1A für das Bezugspositionssignal und des Signalgenerators 2A für das Zylinderidentifizierungssignal zeigt. In dieser Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 10 die vorher erwähnte Nockenwelle. Die Nockenwelle 10 steht mit einer Kurbelwelle 19 des Motors mittels einer mechanischen Transmissionseinrichtung wie z. B. einer Kombination aus einer Kette und Zähnen, einem Riemen und Riemenscheiben, einem Getriebezug oder ähnlichem in Wirkverbindung, derart, daß sich die Kurbelwelle 19 zweimal während einer Signaldrehung der Nockenwelle 10 dreht.

Eine Signalscheibe 21 zum Erzeugen des Bezugspositionssignals T1 ist an der Kurbelwelle 19 befestigt, um sich mit dieser gemeinsam zu drehen. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weist die Signalscheibe 21 eine Reihe von Zähnen oder Vorsprüngen 21a auf, die entlang der Umfangskante mit jeweils gleichen Abständen zwischen denselben ausgebildet sind, um die Impulse mit konstanten Abständen zu erzeugen, welche das Bezugspositions­ signal T1 bilden, wobei die Anzahl der Zähne oder Vorsprünge der Anzahl der Motorzylinder multipliziert mit einer natürlichen Zahl N entspricht, die im Falle des dargestellten Ausführungs­ beispiels gleich "1" (eins) ist. Somit beträgt die Zahl der Vorsprünge 21a fünf, da angenommen wird, daß der betrachtete Motor fünf Zylinder aufweist. Daneben ist an der Nockenwelle 10 zur gemeinsamen Drehung mit dieser eine zweite Signalscheibe zum Erzeugen des Zylinderidentifizierungssignals C1 befestigt, welche Scheibe 22 eine Anzahl von Zähnen oder Vorsprüngen 22a aufweist, die gleich der Anzahl der Motorzylinder ist. Die Winkelabstände zwischen benachbarten Vorsprüngen 22a sind jeweils unterschiedlich, so daß die Impulse mit unter­ schiedlichen Abständen erzeugt werden, die in dem Zylinder­ identifizierungssignal C1 enthalten sind. Zwei Sensoren wie z. B. Reflex-Photosensoren S1 und S2 sind in Verbindung mit den Signalscheiben 21 und 22 gegenüber der Vorsprünge 21a und 22a angeordnet. In diesem Zusammenhang sei jedoch bemerkt, daß alternativ sowohl der Signalgenerator 1A für das Bezugs­ positionssignal wie auch der Signalgenerator 2A für das Zylinderidentifizierungssignal zum im wesentlichen gleichen Zweck durch eine Kombination aus Schlitz und Photodetektor gebildet werden können, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.

Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm, welches das Zylinder­ unterscheidungssignal F zusammen mit den Wellenformen des Bezugspositions(REF)signals T1, des Zylinder­ identifizierungs(ID)signals C1, des synthetisch erzeugten Bezugspositions(REF)signals T2 und des synthetisch erzeugten Zylinderidentifizierungs(ID)signals C2 darstellt.

Die Impulse P mit konstantem Abstand, die das Bezugs­ positionssignal T1 bilden, werden sovielmal erzeugt, wie dies der Zahl an Zylindern (in diesem Fall fünf) multipliziert mit N (N = 1) während einer einzelnen Drehung (in Einheiten des Kurbelwinkels 360°) der Kurbelwelle 19 entspricht. Jeder der Impulse P mit konstantem Abstand besitzt einen Impulsfaktor (duty cycle) von 1/2, eine Impulsdauer von 72° und eine Impulsbreite von 36° in Einheiten des Kurbelwinkels.

Die Impulse P1 bis P5 mit unterschiedlichem Abstand, die das Zylinderidentifizierungssignal C1 bilden, werden sovielmal erzeugt, wie dies der Anzahl an Motorzylindern (in diesem Fall fünf) während einer Drehung (720° in Einheiten des Kurbelwinkels) der gekoppelten Welle oder Nockenwelle 10 entspricht. Im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels hat jeder der Impulse P1 und P2 entsprechend den Zylindern #1 und #2 eine Impulsdauer von 108°, jeder der Impulse P4 und P5 mit unterschiedlichem Abstand entsprechend den Zylindern #4 und #5 besitzt eine Impulsdauer oder Impulsbreite von 72°, während der Impuls P3 mit unterschiedlichem Abstand entsprechend dem Zylinder #3 eine Impulsbreite von 36° in Einheiten des Kurbelwinkels besitzt. Ferner ist der Impulsabstand der Impulse P1 und P2 auf 144° eingestellt, der Impulsabstand für die Impulse P4 und P5 beträgt 180° und der Impulsabstand für den Impuls P3 beträgt 108°, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Jeder der Impulse P mit konstantem Abstand des Bezugspositions­ signals T1 besitzt eine vordere Flanke, die zu einem Zeitpunkt t_u ansteigt und eine hintere Flanke, die zu einem Zeitpunkt t_d abfällt.

Das synthetisch erzeugte Bezugspositionssignal T2 wird in Abhängigkeit von dem Pegel des Zylinderidentifizierungssignals C1 zum ansteigenden Zeitpunkt t_u der Impulse P mit konstantem Abstand bestimmt und besitzt eine Impulswiederholfrequenz entsprechend der des Bezugspositionssignals T1 geteilt durch zwei. Somit steigt das synthetisch erzeugte Bezugspositions­ signal T2 bei B77° (was einen Kurbelwinkel von 77° vor dem oberen Totpunkt bedeutet) des dazugehörigen Zylinders und fällt bei B5°.

Darüber hinaus wird das synthetisch erzeugte Zylinder­ identifizierungssignal C2 in Abhängigkeit vom Pegel des Zylinderidentifizierungssignals C1 zum Zeitpunkt t_d der hinteren Flanke der Impulse P mit konstantem Abstand bestimmt und enthält somit Impulse P11 und P12 mit jeweils unterschiedlichen Impulsbreiten P11 und P12, die relativ zu dem synthetisch erzeugten Bezugspositionssignal T2 phasenverschoben sind.

Das Zylinderunterscheidungssignal F enthält aufeinanderfolgende Bits, deren Werte in Abhängigkeit von den Pegeln des synthetisch erzeugten Zylinderidentifizierungssignals C2 zum Invertierungs­ zeitpunkt des synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals T2 und somit zum Zeitpunkt der ansteigenden Flanke t_u der Impulse P mit konstantem Abstand bestimmt werden, wobei die Werte der drei aufeinanderfolgenden Bits zum Identifizieren oder Unterscheiden der Bezugspositionen der Zylinder #1 bis #5 verwendet werden.

Wenn beispielsweise die drei aufeinanderfolgenden Bits Werte von "0", "1" und "1" haben, so zeigt die ansteigende Flanke des synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals T2 entsprechend dem mittleren Bit die Bezugsposition für den Zylinder #1.

Nachfolgend wird der Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Motorsteuervorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben.

Bei einer Drehung des Motors drehen sich die Kurbelwelle 19 und die Nockenwelle 10, wodurch die Zähne oder Vorsprünge 21a und 22a der Signalscheiben 21 und 22 nacheinander durch die Sensoren S1 bzw. S2 abgetastet werden. Als Ergebnis dessen werden das Bezugspositionssignal 11 und das Zylinderidentifizierungssignal C1, die von den Ausgängen der Sensoren S1 und S2 abgeleitet werden und die die in Fig. 3 dargestellten Wellenformen auf­ weisen, in die Steuereinrichtung 3A eingegeben.

Die in der Steuereinrichtung 3A ausgebildete Signal­ generatoreinheit 33 für das synthetisch erzeugte Bezugs­ positionssignal liest den Pegel des Zylinderidentifizierungs­ signals C1 zum Zeitpunkt der ansteigenden Flanke t_u der Impulse P mit konstantem Abstand aus, um dadurch das synthetisch erzeugte Bezugspositionssignal T2 zu erzeugen, das die Impulse mit der Impulswiederholungsfrequenz entsprechend der Hälfte von der des Bezugspositionssignals T1 enthält. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die Bezugspositionen, die durch das synthetisch erzeugte Bezugspositionssignal T2 angezeigt werden, keinerlei Fehler aufgrund eines Fehlers in der vorher im Zusammenhang mit der Beschreibung des Standes der Technik erläuterten Transmission aufweisen, da das Bezugspositionssignal T1 unmittelbar auf der Grundlage der Drehung der Kurbelwelle 19 des Motors abgeleitet wird.

Daneben liest die Signalgeneratoreinheit 34 für das synthetisch erzeugte Zylinderidentifizierungssignal den Pegel des Zylinderidentifizierungssignals C1 zum Zeitpunkt t_d der hinteren Flanke der Impulse P mit konstantem Abstand aus, um dadurch die Impulse P11 und P12 zu erzeugen, die relativ zu dem synthetisch erzeugten Bezugspositionssignal T2 phasenverschoben sind und die voneinander unterschiedliche Impulsbreiten aufweisen. Die unterscheidende Identifizierung oder Unterscheidung der einzelnen Zylinder wird schließlich mit Hilfe dieser Impulse P11 und P12 durchgeführt. Jedoch sei ebenfalls bemerkt, daß eine derartige Zylinderunterscheidung in gleicher Weise auf der Grundlage der Pegel realisiert werden kann, welche das Zylinderidentifizierungssignal C1 an der steigenden oder fallenden Flanke des Bezugspositionssignals T1 annimmt.

Die Zylinderunterscheidungseinheit 31A speichert in einem darin vorgesehenen Speicher eine Reihe von Pegeln des synthetisch erzeugten Zylinderidentifizierungssignals C2 an beiden Flanken des synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals T2 und erzeugt das Zylinderunterscheidungssignal F auf der Grundlage der Pegelreihen, die jeweils drei Bits enthalten.

In diesem Fall liegt die Zeit, die für den Vorgang des Unterscheidens der Zylinder benötigt wird, innerhalb von einem Bereich von 252° bis 324° in Einheiten des Kurbelwinkels, beginnend mit dem Anfang der Drehung des Motors.

Die Zeitsteuereinheit 32 erkennt oder detektiert unterscheidend die einzelnen Zylinder und die Bezugsposition für den Zylinder, der gerade auf der Grundlage des synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals T2 gesteuert wird, das synthetisch erzeugte Zylinderidentifizierungssignal C2 und das Zylinderunterscheidungssignal F und berechnet die Steuerzeiten wie z. B. die Zündzeitpunkte in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors, so daß ein entsprechendes Steuersignal ausgegeben wird.

Wie nun aus der vorangegangenen Beschreibung klar wird, kann die Bezugsposition mit einer äußerst hohen Genauigkeit erkannt oder detektiert werden, ohne daß diese irgendeinen Fehler aufgrund des vorher erwähnten Transmissionsfehlers aufweist, und zwar auf der Grundlage der Impulse P mit konstantem Abstand, deren Zahl der ungeraden Zahl der Zylinder entspricht und die synchron mit der Umdrehung der Kurbelwelle 19 erzeugt werden. Umgekehrt bedeutet dies, daß die Motorsteuerung einschließlich der Steuerung der Fehlzündungen und anderem aufgrund einer Änderung der Drehzahl (Upm) mit einer wesentlich erhöhten Zuverlässigkeit durchgeführt werden kann.

Ausführungsform 2

Bei der obigen Beschreibung der ersten Ausführungsform wurde angenommen, daß die Steuerung bei einem Verbrennungsmotor mit fünf Zylindern durchgeführt wird. Jedoch kann die Lehre der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise bei einer Steuerung eines Motors mit einer anderen Zahl von Zylindern angewandt werden.

Fig. 4 stellt ein Zeitdiagramm dar, welches das Bezugs­ positionssignal T1′, das Zylinderidentifizierungssignal C1′, das synthetisch erzeugte Bezugspositionssignal T2′ und das Zylinderunterscheidungssignal F′ für einen Fall darstellt, bei dem der betreffende Motor drei Zylinder aufweist. In dieser Figur bezeichnet ein Bezugszeichen Td ein frequenzgeteiltes Bezugssignal, das beim Erzeugen des synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals T2′ verwendet wird und das Impulse enthält, die von der Frequenzteilung stammen, die durch Verwenden eines Flip-Flop-Schaltkreises zum Zeitpunkt der hinteren (abfallenden) Flanke des Bezugspositionssignals T1′ bewirkt wird. Im Falle dieser Ausführungsform werden die Zylinder auf der Grundlage des Pegels des Zylinder­ identifizierungssignals C1′ zum Zeitpunkt der steigenden Flanke des Bezugspositionssignals T1 unterschieden. Demzufolge bedarf es nicht der Generierung des synthetisch erzeugten Zylinder­ identifizierungssignals.

Jeder der Impulse P′, die das Bezugspositionssignal T1′ bilden, besitzt einen Impulsfaktor oder ein Verhältnis von 7/12, eine Impulsbreite von 70° und einen Impulsabstand von 120° in Einheiten des Kurbelwinkels, wobei die Impulse P′ mit konstantem Abstand sovielmal erzeugt werden, wie die Zahl der Zylinder (drei) multipliziert mit einer natürlichen Zahl N (N = 1 in diesem Fall) während jeder Drehung (360°) der Kurbelwelle beträgt.

Daneben werden die Impulse P1′ bis P2′ mit unterschiedlichem Abstand, die das Zylinderidentifizierungssignal C1′ bilden, sovielmal erzeugt, wie dies der Zahl der Zylinder (drei in diesem Fall) während einer einzelnen Drehung (720°) der gekoppelten Welle oder Nockenwelle 10 entspricht. In diesem Fall besitzt jeder der Impulse P1′ und P3′ mit unterschiedlichem Abstand entsprechend den Zylindern #1 und #3 eine Impulsbreite von 120°, während der Impuls P2 mit unterschiedlichem Abstand entsprechend dem Zylinder #2 eine Impulsbreite von 50° besitzt. Die Abstände bei denen die Impulse P1′ bis P3′ mit unter­ schiedlichem Abstand ansteigen, sind auf 300° , 240° bzw. 180° in Einheiten des Kurbelwinkels eingestellt.

Das synthetisch erzeugte Bezugspositionssignal T2′ wird durch logisches UND-Verknüpfen des Bezugspositionssignals T1′ und des frequenzgeteilten Bezugspositionssignals Td erzeugt, das durch Halbieren der Frequenz des synthetisch erzeugten Bezugs­ positionssignals T2′ erzeugt wird und das eine steigende oder vordere Flanke bei B75° und eine fallende oder hintere Flanke bei B5° hat.

Es sei erwähnt, daß das synthetisch erzeugte Bezugs­ positionssignal T2′ in gleicher Weise durch Software-Prozesse anstelle der Hardware-Prozesse wie logische UND-Operationen erzeugt werden kann. Beispielsweise kann das synthetisch erzeugte Bezugspositionssignal T2′ durch Validation einer Unterbrechung bei der ansteigenden Flanke des nachfolgenden Bezugspositionssignals T1′ erzeugt werden, wenn der Pegel des Zylinderidentifizierungssignal C1′ an der fallenden Flanke des vorhergehenden Bezugspositionssignals T1′ sich auf niedrigem (L) Pegel befindet.

Daneben liest die Zylinderunterscheidungseinheit (vgl. Fig. 1) als Datenketten die Pegel des Zylinderidentifizierungssignals C1′ zum Zeitpunkt des Ansteigens des Bezugspositionssignals T1′ aus und speichert diese, wobei die Zylinder #1 bis #3 auf der Grundlage der Werte von zwei aufeinanderfolgenden Bits unterschieden werden. Wenn beispielsweise die beiden aufeinanderfolgenden Bits Werte von "0" und "0" haben, so wird entschieden, daß der Zeitpunkt des Ansteigens des synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals T2′ entsprechend dem zweiten Bit die Bezugsposition B75° für den Zylinder #3 darstellt und diese wird der Zeitsteuereinheit 32 (vgl. Fig. 1) als Zylinderunterscheidungssignal F′ zugeführt.

Nebenbei sei bemerkt, daß für den Fall, daß lediglich die Identifizierung für einen bestimmten Zylinder (z. B. Zylinder #1) erforderlich ist, diese auf der Grundlage des Pegels des Zylinderidentifizierungssignals C1′ zum Zeitpunkt des Ansteigens des synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals T2′ erhalten werden kann.

Ausführungsform 3

Im Falle der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungs­ form wurde angenommen, daß die Zahl der Impulse P oder P′ mit konstantem Abstand, die in dem Bezugspositionssignal T1 und T1′ für eine einzelne Umdrehung (360°) der Kurbelwelle 19 enthalten sind, mit der Anzahl an Zylindern (fünf oder drei) überein­ stimmen. Jedoch kann diese Zahl von Impulsen P und P′ auch gleich dem Produkt sein, das aus der Multiplikation der Zahl von Zylindern mit einer natürlichen Zahl N resultiert. Es sei bemerkt, daß die Genauigkeit der Steuerung entsprechend erhöht werden kann, wenn N größer als eins ist. In diesem Fall kann das synthetisch erzeugte Bezugspositionssignal T2 oder T2′ durch Teilen der Frequenz des Bezugspositionssignals T1 oder T2′ durch einen Faktor von 1/2N erhalten werden.

Schließlich sei bemerkt, daß auch wenn die vorliegende Erfindung in Verbindung mit der Steuerung von Verbrennungskraftmaschinen mit einer ungeraden Anzahl an Zylindern beschrieben worden ist, die Erfindung auch in gleicher Weise bei einer Steuerung eines Motors mit einer geraden Anzahl an Zylindern angewandt werden kann.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Steuern des Betriebs eines Viertakt- Verbrennungsmotors mit einer ungeraden Anzahl an Zylindern, umfassend:

• - einen Signalgenerator (1A) für ein Bezugspositions­ signal zum Erzeugen eines Bezugspositionssignals (T1, T1′) synchron mit der Drehung einer Kurbelwelle (19) des Verbrennungsmotors, wobei das Bezugspositions­ signal (T1, T1′) eine Anzahl von Impulsen (P, P′) mit konstantem Abstand enthält, die periodisch mit einem vorbestimmen konstanten Zeitabstand während einer einzelnen Umdrehung der Kurbelwelle (19) erzeugt werden, wobei die Zahl der Impulse mit konstantem Abstand gleich der Zahl der Zylinder multipliziert mit N gewählt wird, wobei N eine natürliche Zahl ist;
• - einen Signalgenerator (2A) für ein Zylinderidentifizierungssignal zum Erzeugen eines Zylinderidentifizierungssignals (C1, C1′) synchron mit der Drehung einer Welle (10) die mit der Kurbelwelle (19) gekoppelt ist und die eine halb so große Umdrehungsgeschwindigkeit hat wie die Kurbelwelle (19), wobei das Zylinderidentifizierungssignal (C1, C1′) eine Anzahl von Impulsen mit unterschiedlichem Abstand enthält, die mit unterschiedlichen Zeitabständen erzeugt werden, wobei die Anzahl der der Zylinder entspricht; und
• - eine Steuereinrichtung (3A) zum Steuern der ungeraden Anzahl an Zylindern, mit:
  a) einem Signalgenerator (34) für ein synthetisch erzeugtes Bezugspositionssignal zum Erzeugen eines synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals (T2, T2′) durch Teilen der Frequenz des Bezugspositionssignals (T1, T1′) durch 1/2N auf der Grundlage eines Pegels des Zylinderidentifizierungssignals (C1, C1′) an Flanken der Impulse (P, P′) mit konstantem Abstand;
  b) eine Zylinderunterscheidungseinrichtung (31A) zum Erzeugen eines Zylinderunterscheidungssignals (F, F′) zum Unterscheiden jedes einzelnen Zylinders auf der Grundlage des Pegels des Zylinderidentifizierungs­ signals (C1, C1′) an den Flanken der Impulse (P, P′) mit konstantem Abstand; und
  c) einer Zeitsteuereinrichtung (32) zum Steuern des Betriebs jedes Zylinders auf der Grundlage des synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals (T2, T2′) und des Zylinderunterscheidungssignals (F, F′).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - einen Signalgenerator (34) für ein synthetisch erzeugtes Zylinderidentifizierungssignal zum Erzeugen eines synthetisch erzeugten Zylinderidentifizierungssignals (C2) auf der Grundlage des Pegels des Zylinderidentifizierungssignals (C1, C1′) an den hinteren Flanken der Impulse mit konstantem Abstand; wobei
• - die Zylinderunterscheidungseinrichtung (31A) das Zylinderunterscheidungssignal auf der Grundlage des Pegels des synthetisch erzeugten Zylinderidentifizierungssignals (C2) an den vorderen Flanken der Impulse mit konstantem Abstand des Bezugspositionssignals erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderunterscheidungssignal die Zylinder mit Kombinationen der Pegel des synthetisch erzeugten Zylinderidentifizierungssignals an den vorderen Flanken der Impulse mit konstantem Abstand des Bezugspositionssignals erkennt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Signalgenerator für ein frequenzgeteiltes Bezugspositionssignal zum Erzeugen eines frequenzgeteilten Bezugspositionssignals (Td) durch Teilen der Frequenz des Bezugspositionssignals, wobei das frequenzgeteilte Bezugspositionssignal zum Erzeugen des synthetisch erzeugten Bezugspositionssignals (T2′) verwendet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator für das Bezugssignal eine Signalscheibe (21) aufweist, deren Umfang mit einer Anzahl von Vorsprüngen (21a) mit konstantem Abstand zwischen denselben ausgebildet ist, wobei die Anzahl der der Zylinder des Motors entspricht, wobei die Signalscheibe (21) an der Kurbelwelle (19) zur gemeinsamen Drehung mit dieser befestigt ist, sowie einen Sensor (S1), der gegenüber der Vorsprünge (21a) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator für das Zylinderidentifizierungssignal eine Signalscheibe (22) aufweist, an deren Umfang eine Anzahl von Vorsprüngen (22a) ausgebildet ist, deren jeweilige Abstände sich entsprechend den Abständen der Impulse mit unterschiedlichem Abstand unterscheiden, wobei die Anzahl der der Zylinder des Motors entspricht, wobei die Signalscheibe (22) an einer Nockenwelle (10) befestigt ist, die mit der Kurbelwelle (19) über eine Transmissionseinrichtung derart gekoppelt ist, daß die Nockenwelle (10) sich einmal während einer Periode dreht, in der sich die Kurbelwelle (19) zweimal dreht, und einen Sensor (S2), der gegenüber der Vorsprünge angeordnet ist.