JP4145970B2 - 内燃機関における循環的に繰り返される過程の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の関連する技術分野】
本発明は、ドイツ連邦共和国特許第３１００８２５号明細書から公知であるような、内燃機関における循環的に繰り返される過程の制御装置から出発している。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ連邦共和国特許第３１００８２５号明細書には、マイクロプロセッサが作業メモリと、固定値メモリと、データバスを介して入出力ユニットと、アドレスバスを介して入出力ユニットの一部に接続されている、内燃機関における循環的に繰り返される過程の制御装置が記載されている。マイクロプロセッサは、センサによって検出されかつ入出力ユニットに加えられる情報に基づいて、固定記憶されている処理ルーチンおよび特性マップとの関連において、点火、噴射および変速機の制御のための信号を計算しかつこれらを所望の切換命令を実行するための切換出力段に転送する。入出力ユニットは、マイクロプロセッサの割り込み入力側に接続されており、その結果所定の情報が生じると、マイクロプロセッサにおいて実行されるプログラムを中断することができる。入出力ユニットは、マイクロプロセッサによって計算される操作量を出力するために角度インクリメント計数器を含んでおり、該角度インクリメント計数器は、基準マークによって生成される信号においてその都度、一時メモリに記憶されている計数値にセットされる。角度インクリメント計数器が値零に達すると、該計数器はオーバフロー信号によって新たに一時メモリに記憶されている計数値にセットされる。その際この計数値は、角度インクリメント計数器において、内燃機関のシリンダの数に相応する数の計数サイクルが７２０°のクランク軸領域において実行されるように、固定されている。更に、それぞれの点火出力段の制御に対して、比較器が設けられており、該比較器は角度インクリメント計数器の計数値を一時メモリに格納されている計数値と比較しかつ加えられた計数値と一致すると短い出力パルスをＪＫフリップフロップに対して発生する。ＪＫフリップフロップの出力信号は点火出力段における閉成時間を前以て決める。
【０００３】
更に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３７１４９９８号公報から類似の装置が公知である。ここでは制御装置は、出力すべき操作量が計算される計算ユニットを有している。更に、操作量を出力するための出力インタフェースが存在しており、その際出力インタフェースは一部が計算ユニットに直接接続されておりかつ一部が準備レジスタおよび出力レジスタを介して計算ユニットに接続されている。計算された操作量はまず準備レジスタに読み込まれかつ計算ユニットから供給されるクランク軸同期信号が生じると、出力レジスタを介して出力インタフェースに伝送される。ここにおいて計算ユニットからその都度、操作量を出力するためのクランク軸同期信号が送出され、その結果計算ユニットはクランク軸同期信号の出力の際に実時間要求の厳しいタスクを実行する。出力レジスタは更にそれぞれの点火の前に計算ユニットによって書き込まれる。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】
本発明の課題は、この回路を回路技術的な実現を簡単化しかつ同時に多方面にわたって使用できるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１および２に記載の構成を有する装置によって解決される。
【０００６】
請求項１および２に記載の本発明の装置は、操作量計算および操作量出力の分離によって、制御装置におけるソフトウェアは特別短い応答時間を必要とする実時間要求の厳しいタスクから解放される。即ち不必要な割り込みが回避されて、このために制御装置におけるソフトウェアおよびソフトウェアストラクチャが簡単化される。この分離によって更に、開発時間が著しく短縮されかつソフトウェアおよび制御装置全体の検査能力が著しく改善される。別の利点として挙げられるのは、制御装置のプロセッサは信号出力のタスクから解放され、ひいては制御装置が拡張された機能範囲に対して使用可能になることである。更に、制御装置のプロセッサは点火および噴射に対する操作量をクランク軸回転、従ってクランク軸信号に対して完全に非同期に計算しかつこれらの量を相応のレジスタに格納することができる。請求項１に記載の装置は、点火コイルにおける電流の制御に対する閉成角度および閉成時間、従って点火が簡単なモジュールによって行われるという利点を有している。請求項２に記載の装置によっては、閉成角出力および点火角度出力が単に、角度に比例した信号が供給される比較器によって実施される。
【０００７】
【発明の実施の態様】
その他の請求項に記載の構成によって請求項１および２に記載の装置の有利な実施例および改良例が可能である。即ち、制御装置とは別個に、クランク軸および／またはカム軸信号から回転数を決定しかつ制御装置に転送する発生器ホイール評価回路を設けると有利である。これにより制御装置自体が回転数計算から解放される。同時に発生器ホイール評価回路は出力ユニットに対して角度に比例する信号を供給する。それぞれの出力ユニットが、閉成角および点火角度のような２つの角度に依存した信号並びに閉成角および閉成時間のような１つの角度に依存した信号および１つの時間に依存した信号を出力することができるように構成されていると特別有利である。これによりすべての出力ユニットは１つの製造工程で製造することができるようになり、工作機の負荷軽減が一層改善され、更には製造が安価になる。それぞれ１つの操作量に対する複数の出力ユニットは内燃機関における必要に応じて１つのモジュールにまとめられる。４シリンダ内燃機関に対して例えば１つのモジュールに１２個の出力ユニット、即ち点火に対する４つの出力ユニット、噴射に対する４つの出力ユニットおよびその他の過程に対する４つの出力ユニットが必要である。それぞれの出力ユニットは１つの構成レジスタを含んでおり、該構成レジスタにおいて、出力ユニットによって出力すべき操作量が確定される際にこれら出力ユニットにおけるその都度の接続および実行すべき過程の順序が確定される。１つのモジュールにまとめられているこれら出力ユニットの普遍性および任意に可能な構成によって、非常に種々様々な制御装置にモジュールを使用することができるようになる。
【０００８】
【実施例】
次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。
【０００９】
図１には、本発明の装置の基本構成が示されている。この図は、循環的に繰り返される過程を制御するために必要な構成部分を示している。このために、中央プロセッサユニットである制御装置１０に、図示されていないセンサによって検出される、作動パラメータの信号が入力信号１１として供給される。この種の入力信号１１は例えば、燃焼室圧、吸入管圧、温度または負荷である。制御装置１０に、発生器ホイール評価装置１２がデータバス１３を介して接続されている。発生器ホイール評価装置１２に、クランク軸センサＫＷおよび／またはカム軸センサＮＷの信号が供給される。処理された発生器信号はデータバス１３を介して制御装置１０に転送される。発生器ホイール評価装置１２に角度時計が設けられておりかつ１２ａで示されている。発生器ホイール評価装置１２は、角度時計１２ａを介して個々の出力ユニットＫ１…Ｋｎに接続されている。以下チャネルとも称するそれぞれの出力ユニットは更に、制御装置１０に接続されている。図１において、制御装置１０および発生器ホイール評価装置１２に並列に、クロック発生器２２が設けられている。クロック発生器は時間的にタイミングをとられた信号２４を送出する。時間的にタイミングをとられた信号に代わって、クランク軸の回転速度に比例している周波数を有する信号列を出力ユニットに送出することもできる。この時間的にタイミングをとられた信号はＣＰＵ１０にもチャネルＫ１…Ｋｎにも供給される。クロック発生器２２およびＣＰＵ１０を１つのユニットにまとめることも考えられる。このことは例えば、図２において破線のブロックによって参照番号３０によって示されている。それぞれのチャネルＫ１…Ｋｎは、制御信号２８の形の操作量の出力を相応の制御出力段１４に対して実施する。種々のスイッチ出力段、例えば固定分配が行われる内燃機関における個々の点火出力段を制御するために、複数のチャネルが所謂モジュールにまとめられている。モジュールの数は任意であってよい。それぞれのチャネルＫ１…Ｋｎに上位のレジスタＷＤの出力が供給される。レジスタはそれぞれの制御信号の最小または最大許容持続時間を格納している。これにより、いずれの場合にも点火火花が生じるようにする点火コイルの充電に対する最小閉成時間が厳守されることが保証されている。
【００１０】
次に図１の装置の動作について説明する。発生器ホイール評価回路１２はデジタル化されたクランク軸およびカム軸信号を評価する。この評価回路は自己同期をとりかつクランク軸信号を精細化する。その際発生器ホイール評価回路は、角度時計を駆動する角度同期信号を形成する。この種の角度時計の機能は既に公知でありかつ例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３９２７９６７号公報ないし対応する米国特許第５２２２１１０号明細書に記載されている。従って角度時計１２ａはいつでもその時点でのクランク軸位置を指示している。クランク軸信号およびカム軸信号から、発生器ホイール評価回路１２において回転数が計算されかつデータバス１３を介して制御装置１０に転送され、その結果ここで入力信号１１を介して制御装置１０に案内されている回転数および負荷に基づいて、点火時点および点火に対する閉成時間または噴射開始および噴射持続時間が計算される。計算された操作量は制御装置１０からモジュールの個々のチャネルに伝送され、この場合種々のモジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３は種々の機能を実施することができる。モジュールには角度時計１２ａの角度同期信号およびクロック発生器２２の信号が供給されるので、モジュールはその前に制御装置１０から受信された操作量を、角度に依存している制御量が格納されているレジスタの内容を角度時計１２ａの内容と比較することによって、制御装置１０の側からの付加的な割り込みなしに相応の出力段１４に出力することができる。これにより制御装置１０は信号出力の実時間要求の厳しいタスクから解放されている。
【００１１】
図２には、計算された操作量の出力のためのモジュールの構成が示されている。この種のモジュールＭは、複数の出力ユニット、即ちチャネルＫ１…Ｋｎから成っており、これらのチャネルのそれぞれが個々の操作量の出力を実施する。その際これらチャネルはそれぞれ同一に構成されておりかつその都度要求に応じて構成することができ、即ちチャネルの構成（コンフィギュレーション）は角度に依存した量並びに時間に依存した量の制御を可能にしかつそれぞれのチャネルに対するそれぞれの機能は、出力ユニットのタスクが確定したとき初めて、構成レジスタに格納される。次にチャネルの構成をモジュールのチャネルＫ１に基づいて説明する。それぞれのチャネルは第１のレジスタ２０および第２のレジスタ２１を含んでおり、その際これらレジスタ２０および２１のそれぞれに、制御装置１０からの接続部が案内されているので、制御装置によって計算された操作量がこれらレジスタ２０および２１に格納される。更に、２つのレジスタ２０および２１のそれぞれは計数器２５および比較器２６に接続されており、一方計数器２５に更にクロック発生器２２のクロック信号２４並びに上位のウオッチドックレジスタＷＤの出力が案内されておりかつ比較器２６に角度時計１２ａの角度同期信号が案内されている。更に、計数器２５並びに比較器２６は双方向の接続部を介して制御ユニット２７および制御ユニット２７に配属している構成レジスタ２３に接続されている。制御ユニット２７は、相応の操作量が、相応のクランク角度に達した際または例えば閉成時間または噴射持続時間である前以て決められた時間の経過後、相応の出力信号２８を介して図１に図示の切換出力段１４に出力されるように考慮する。制御ユニット２７は更になお、同様にチャネルＫ１に配設されているステータスレジスタ２９に接続されている。制御ユニット２７は、比較および計数動作の時間的なシーケンスを制御する。
【００１２】
次にこの種のモジュールの機能について噴射および点火に基づいて説明する。
【００１３】
噴射の制御に対して、レジスタ２０および２１に制御装置１０によって計算された値が存在し、その際第１のレジスタ２０において、噴射の開始に対する角度および別のレジスタ２１に噴射持続時間が格納されている。比較器２６はレジスタ２０の内容を角度時計の値と比較する。これら２つの値が一致すると、制御ユニット２７から相応の信号が噴射開始時に出力される。同時に、噴射持続時間を表している、レジスタ２１の値は計数器２５にロードされ、そこで計数器は時間クロック２４に依存してダウン計数する。値零に達すると、噴射は終了する。しかし例えば、噴射開始の際零から始まって計数開始するアップ計数する計数器も考えられかつレジスタ２１および計数器２５の内容の比較は、これら値が一致すると噴射が終了するような形式で実施される。
【００１４】
点火も同じように実施可能である。点火の制御のために、第１のレジスタ２０に閉成開始の角度が格納されかつ第２のレジスタ２１に点火角度が格納されている。そこで比較器２６は第１のレジスタの内容を角度時計と比較しかつこれらの値が一致すると点火出力段は閉成開始に対して制御される。そこで同時にレジスタ２１の内容が角度時計の値と比較されかつ一致すると閉成時間が終了されかつ点火がトリガされる。
【００１５】
個々のステップの順序およびレジスタに格納されている値が角度時計の値に比較されるべきかどうかまたはそれが計数器において時間クロックに依存してダウン計数されるべきかどうかは、それぞれのチャネルにおいて構成レジスタ２３において定められている。すべてのチャネルの構成は同一でありかつどの操作量が所定のチャネルを用いて出力されるべきであるかの決定および正確な確定は構成レジスタに格納され、その結果出力ユニットの、種々異なった制御装置に対する整合および種々異なった内燃機関への使用が可能である。
【００１６】
更に、モジュールになおステータスレジスタ２９が設けられており、該ステータスレジスタは制御ユニット２７によってセットされる。このステータスレジスタはモジュール内部の過程の観測のために用いられる。ステータスレジスタ２９はその都度、出力ユニットがどの処理フェーズにあるかについてのその時点の情報を有している。
【００１７】
周辺モジュールとも称されるこれらモジュールは、種々の操作量の出力に対してソフトウェア的な準備を必要とせず、比較器および計数器の使用によって、操作量の出力を純ハードウェア的に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の基本構成を示すブロック線図である。
【図２】出力ユニットの構成を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１０ 計算ユニット、 １２ 発生器ホイール評価回路、 Ｋ１…Ｋｎ 出力ユニット、 ２０，２１ レジスタ、 ２３ 構成レジスタ、 ２５ 計数器、２６ 比較器、 ２７ 制御ユニット、 ２９ ステータスレジスタ

Claims (5)

1. 少なくとも点火過程および噴射過程を含んでいる、内燃機関において循環的に繰り返される過程の少なくとも１つを制御するための制御装置において、
   前記制御装置は、
   検出された作動パラメータ（ｎ，Ｔ，ｐ…）に基づいて少なくとも噴射開始角度および噴射持続時間を計算するための計算ユニット（１０）と、
   現在のクランク軸位置を指示している信号列を出力する発生器ホイール評価回路（１２）と、
   前記噴射開始角度および噴射持続時間を入力として、前記信号列に同期して前記噴射開始角度および噴射持続時間を出力する、少なくとも１つの出力ユニット（Ｋ１…Ｋｎ）と
   を備え、
   前記１つの出力ユニットは第１のレジスタおよび第２のレジスタ（２０，２１）と、比較器（２６）と、計数器（２５）と、制御ユニット（２７）とを含んでおり、
   前記第１および第２のレジスタはそれぞれ前記計算ユニット（１０）に接続されており、
   前記比較器の第１入力側には前記現在のクランク軸位置を指示している信号列が供給され、
   前記計数器のクロック信号入力側には固定のクロック周波数を有する別の信号列が供給され、
   前記第１のレジスタ（２０）は前記比較器の第２の入力側に接続されておりかつ前記第２のレジスタ（２１）は前記計数器（２５）に接続されており、
   前記制御ユニットには前記比較器の出力信号が供給されかつ該制御ユニットは前記計数器（２５）の出力側に接続されておりかつ該制御ユニット（２７）の出力側はスイッチング出力段（１４）に接続されており、
   前記制御ユニットは、
   前記計算ユニット（１０）から入力され、前記第１のレジスタ（２０）に格納された噴射開始角度を、前記比較器（２６）において前記信号列から生成された角度計（角度時計）の値と比較することによって、前記現在のクランク軸の位置と同期をとって燃料噴射を開始させる信号を前記スイッチング手段（１４）に送出し、かつ
   前記計算ユニット（１０）から入力され、前記第２のレジスタ（２１）に格納された噴射持続時間を前記計数器（２５）に入力し、該計数器（２５）において、前記クロック周波数を使用して噴射持続時間をカウントして、前記スイッチング手段（１４）へ前記噴射持続時間を指示する信号を送出する
   ことを特徴とする制御装置。
2. 少なくとも点火過程および噴射過程を含んでいる、内燃機関において循環的に繰り返される過程の少なくとも１つを制御するための制御装置において、
   前記制御装置は、
   検出された作動パラメータ（ｎ，Ｔ，ｐ…）に基づいて少なくとも点火出力段の閉成開始の角度および点火角度を計算するための計算ユニット（１０）と、
   現在のクランク軸位置を指示している信号列を出力する発生器ホイール評価回路（１２）と、
   前記閉成開始の角度および点火角度を入力として、前記信号列に同期して前記閉成開始の角度および点火角度を出力する、少なくとも１つの出力ユニット（Ｋ１…Ｋｎ）と
   を備え、
   前記１つの出力ユニットは第１のレジスタおよび第２のレジスタ（２０，２１）と、比較器（２６）と、制御ユニット（２７）とを含んでおり、
   前記第１および第２のレジスタはそれぞれ前記計算ユニット（１０）に接続されており、
   前記比較器の第１入力側には前記現在のクランク軸位置を指示している信号列が供給されかつ比較器の別の入力側には前記第１のレジスタ（２０）および第２のレジスタ（２１ ）の信号が供給されるようになっており、かつ
   前記制御ユニット（２７）には前記比較器（２６）の出力信号が供給されるようになっておりかつ該制御ユニットは計数器（２５）の出力側に接続されておりかつ該制御ユニット（２７）の出力側はスイッチング出力段（１４）に接続されており、
   前記制御ユニットは、
   前記計算ユニット（１０）から入力され、前記第１のレジスタ（２０）に格納された前記閉成開始の角度を、前記比較器において前記信号列から生成された角度計（角度時計）の値と比較することによって、前記現在のクランク軸の位置と同期をとって前記閉成開始の角度を指示する信号を前記スイッチング手段（１４）に送出し、かつ
   前記計算ユニット（１０）から入力され、前記第２のレジスタ（２１）に格納された前記点火角度を、前記比較器において前記信号列から生成された角度計（角度時計）の値と比較することによって、前記現在のクランク軸の位置と同期をとって前記点火角度を指示する信号を前記スイッチング手段（１４）に送出する
   ことを特徴とする制御装置。
3. 発生器ホイール評価回路（１２）に、クランク軸センサ（ＫＷ）および／またはカム軸センサ（ＮＷ）の信号が供給されており、その結果該発生器ホイール評価回路は回転数（ｎ）を決定しかつ該発生器ホイール評価回路（１２）の出力側は前記計算ユニット（１０）に接続されておりかつ該発生器ホイール評価回路から前記現クランク軸位置を指示している信号列が供給されかつ前記比較器（２６）に供給される
   請求項１または２記載の装置。
4. 前記制御ユニット（２７）は構成レジスタ（２３）を含んでおり、該構成レジスタには、前記第１のレジスタに格納された値および前記第２のレジスタに格納された値を、前記制御ユニット（２７）が処理するための手順を示すプログラムが格納されている
   請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 複数の出力ユニットは１つのモジュール（Ｍ）にまとめられておりかつそれぞれの出力ユニットは１つのスイッチング出力段を制御する
   請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。

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