DE19610609A1 - Anordnung zum Steuern sich zyklisch wiederholender Vorgänge in Brennkraftmaschinen - Google Patents
Anordnung zum Steuern sich zyklisch wiederholender Vorgänge in BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum Steuern sich
zyklisch wiederholender Vorgänge in Brennkraftmaschinen wie
sie aus der DE-PS 31 00 825 bekannt ist.
Die DE-PS 31 00 825 zeigt eine Anordnung zum Steuern sich
zyklisch wiederholender Vorgänge in Brennkraftmaschinen,
wobei ein Mikroprozessor mit einem Arbeitsspeicher, mit
einem Festwertspeicher sowie mit einer
Eingabe/Ausgabeeinheit über einen Datenbus und mit Ausnahme
der Eingabe/Ausgabeeinheit über einen Adressenbus verbunden
ist. Der Mikroprozessor berechnet aufgrund der von Sensoren
erfaßten und an der Eingabe/Ausgabeeinheit anliegenden
Informationen im Zusammenhang mit fest gespeicherten
Bearbeitungsroutinen und Kennfeldern Signale zur Steuerung
der Zündung, der Einspritzung und des Getriebes und gibt
diese an Schaltendstufen zur Ausführung der gewünschten
Schaltbefehle weiter. Die Eingabe/Ausgabeeinheit ist mit
einem Interrupteingang des Mikroprozessors verbunden, so daß
bei Vorliegen bestimmter Informationen das im Mikroprozessor
ablaufende Programm unterbrochen werden kann. Die
Eingabe/Ausgabeeinheit enthält zur Ausgabe der vom
Mikroprozessor berechneten Stellgrößen einen
Winkelinkrementzähler, welcher jeweils bei einem durch eine
Bezugsmarke generierten Signal auf einen in einem
Zwischenspeicher gespeicherten Zahlenwert gesetzt wird. Hat
der Winkelinkrementzähler den Wert Null erreicht, wird er
durch ein Überlaufsingal erneut auf den im Zwischenspeicher
gespeicherten Zahlenwert gesetzt. Der Zahlenwert ist dabei
so festgelegt, daß im Winkelinkrementzähler eine der Zahl
der Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechende Zahl von
Zählzyklen in einem 720° Kurbelwellenbereich ablaufen. Des
weiteren ist für die Ansteuerung jeder Zündendstufe ein
Komparator vorgesehen, welcher den Zahlenwert des
Winkelinkrementzählers mit einem in einem Zwischenspeicher
abgelegen Zahlenwert vergleicht und bei Gleichheit der
anliegenden Zahlenwerte einen kurzen Ausgangsimpuls an einen
JK-Flipflop erzeugt. Das Ausgangssignal des JK-Flipflop gibt
die Schließzeit in der Zündendstufe vor.
Es ist weiterhin eine ähnliche Vorrichtung aus der DE-OS 37
14 998 bekannt. Hierbei weist das Steuergerät eine
Berechnungseinheit auf, in welcher die auszugebenden
Stellgrößen berechnet werden. Weiterhin ist eine
Ausgabeschnittstelle zur Ausgabe der Stellgrößen vorhanden,
wobei die Ausgabeschnittstelle teilweise direkt mit der
Berechnungseinheit und teilweise über ein
Vorbereitungsregister und ein Ausgaberegister mit der
Berechnungseinheit in Verbindung steht. Die berechneten
Stellgrößen werden zunächst in das Vorbereitungsregister
gelesen und beim Auftreten eines kurbelwellensynchronen
Signals, welches von der Berechnungseinheit geliefert wird
über das Ausgaberegister an die Ausgabeschnittstelle
übertragen. Hierbei wird von der Berechnungseinheit jeweils
das kurbelwellensynchrone Signal zur Ausgabe der Stellgröße
geliefert, so daß die Berechnungseinheit echtzeitkritische
Aufgaben bei der Ausgabe des kurbelwellensynchronen Signals
erfüllt. Das Ausgaberegister wird ferner vor jeder Zündung
von der Berechnungseinheit beschrieben. Diese doch
schaltungstechnischen Realisierungen sollen vereinfacht und
gleichzeitig vielseitiger einsetzbar werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche hat den Vorteil, daß
durch die Trennung der Stellgrößenberechnung und der
Stellgrößenausgabe die Software in den Steuergeräten von
echtzeit-kritischen Aufgaben, die eine besonders kurze
Reaktionszeit erfordern, entlastet wird. Es werden so
unnötige Interrups vermieden, was zu einer Vereinfachung der
Software und der Softwarestrukturen im Steuergerät führt.
Diese Trennung bewirkt weiterhin wesentlich kürzere
Entwicklungszeiten und eine wesentlich bessere Prüfbarkeit
der Software und der gesamten Steuergeräte. Als weiterer
Vorteil ist anzusehen, daß der Prozessor des Steuergerätes
von der Aufgabe der Signalausgabe entlastet wird und somit
das Steuergerät für einen erweiterten Funktionsumfang
einsetzbar ist. Letztendlich kann der Prozessor des
Steuergerätes die Stellgrößen für Zündung und Einspritzung
völlig asynchron zur Kurbelwellenumdrehung und damit zum
Kurbelwellensignal berechnen und diese Größen in das
entsprechenden Register ablegen. Der kennzeichnende Teil des
nebengeordneten Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß
Schließwinkel und Schließzeit für die Ansteuerung des
Stromfluß in der Zündspule und damit die Zündung mit
einfachen Bausteinen erfolgt. Durch das kennzeichnende
Merkmal des nebengeordneten Anspruchs 2 wird eine
Schließwinkel- und Zündwinkelausgabe lediglich mit einem
Vergleicher, an welchen ein winkelproportionales Signal
geführt ist, realisiert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den
nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Anordnung möglich. So
ist es vorteilhaft vom Steuergerät getrennt eine
Geberradauswerteschaltung vorzusehen, die aus dem
Kurbelwellen- und/oder Nockenwellensignal die Drehzahl
bestimmt und an das Steuergerät weiterleitet. Damit ist das
Steuergerät selbst von der Drehzahlberechnung entlastet.
Gleichzeitig liefert die Geberradauswerteschaltung ein
winkelproportionales Signal für die Ausgabeeinheit.
Besonders vorteilhaft ist, daß jede Ausgabeeinheit so
aufgebaut ist, daß sie sowohl zwei winkelabhängige Signale,
wie Schließwinkel und Zündwinkel als auch ein
winkelabhängiges Signal und ein zeitabhängiges Signal, wie
Schließwinkel und Schließzeit ausgeben kann. Damit können
alle Ausgabeeinheiten in einem Fertigungsprozeß hergestellt
werden, wodurch eine bessere Auslastung der Werkzeuge
erzielt wird, was letztendlich die Herstellung verbilligt.
Eine Anzahl von Ausgabeeinheiten für jeweils eine Stellgröße
wird je nach Bedarf in einer Brennkraftmaschine zu einem
Modul zusammengesetzt. Für eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine
wären beispielsweise zwölf
Ausgabeeinheiten in einem Modul erforderlich, und zwar vier
Ausgabeeinheiten für die Zündung, vier Ausgabeeinheiten für
die Einspritzung und vier Ausgabeeinheiten für sonstige
Vorgänge. Jede Ausgabeeinheit enthält ein
Konfigurationsregister, in welchem bei Festlegung der
auszugebenden Stellgröße durch diese Ausgabeeinheit die
jeweilige Verbindung und Reihenfolge der abzulaufenden
Vorgänge in einer Ausgabeeiheit festgelegt wird. Die
Universalität und die freie Konfigurierbarkeit dieser
Ausgabeeinheiten, die zu einem Module zusammengefaßt sind,
erlaubt den Einsatz eines Moduls in sehr verschiedenen
Steuergeräten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 den Prinzipaufbau der
erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 2 den Aufbau eines
Ausgabeeinheit.
Fig. 1 zeigt den Prinzipaufbau der erfindungsgemäßen
Anordnung. Diese Figur zeigt die notwendigen Bestandteile
zur Steuerung sich zyklisch wiederholender Vorgänge. Hierzu
sind einem Steuergerät 10, welches die zentrale
Prozessoreinheit darstellt, die von nicht dargestellten
Sensoren erfaßten Signale der Betriebsparameter als
Eingangssignale 11 zugeführt. Solche Eingangssignale 11 sind
beispielsweise der Brennraumdruck, der Saugrohrdruck, die
Temperatur oder die Last. Mit dem Steuergerät 10 steht eine
Geberradauswerteeinrichtung 12 über einen Datenbus 13 in
Verbindung. Der Geberradauswerteschaltung 12 sind die
Signale des Kurbelwellensensors KW und/oder des
Nockenwellensensors NW zugeführt. Die aufbereiteten
Gebersignale werden über einen Datenbus 13 an das
Steuergerät 10 geleitet. In der Geberradauswerteschaltung 12
ist eine Winkeluhr angeordnet und mit dem Bezugszeichen 12a
versehen. Die Geberradauswerteschaltung 12 ist über die
Winkeluhr 12a mit den einzelnen Ausgabeeinheiten K1 . . . Kn
verbunden. Jede Ausgabeeinheit, im weiteren auch als Kanal
bezeichnet, ist außerdem mit dem Steuergerät 10 verbunden.
In der Fig. 1 ist parallel zum Steuergerät 10 und der
Geberradauswerteschaltung 12 ein Taktgenerator 22
vorgesehen, welcher ein zeitlich getaktes Signal 24 liefert.
Anstelle des zeitlich getakteten Signals ist es auch
möglich, eine Signal folge mit einer der
Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle proportionalen
Frequenz an die Ausgabeeinheiten zu liefern. Dieses zeitlich
getaktete Signal ist sowohl der CPU 10 als auch den Kanälen
K1 . . . Kn zugeführt. Denkbar ist auch , daß der Taktgenerator
22 und die CPU 10 in einer Baueinheit zusammengefaßt sind,
wie dies durch das gestrichelte Kästchen in Fig. 2 mit dem
Bezugszeichen 30 versehen, dargestellt ist. Jeder Kanal
K1 . . . Kn realisiert die Ausgabe einer Stellgrößen in Form der
Ansteuersignale 28 an die entsprechende Ansteuerendstufe 14.
Zur Ansteuerung verschiedener Schalterendstufen
beispielsweise die einzelnen Zündendstufen bei
Brennkraftmaschinen mit ruhender Verteilung sind mehrere
Kanäle zu einem sogenannten Modul zusammengefaßt. Die Anzahl
der Module kann beliebig sein. Jedem Kanal K1 . . . Kn ist der
Ausgang eines übergeordneten Registers WD zugeführt, welches
eine minimal oder maximal zulässige Dauer des jeweiligen
Steuersingals enthält. Damit wird sichergestellt, daß eine
Mindestschließzeit für die Aufladung der Zündspule, so daß
in jedem Fall ein Zündfunke entsteht, gewährleistet ist.
Im folgenden soll die Wirkungsweise der Fig. 1 erläutert
werden. Die Geberradauswerteschaltung 12 wertet
digitalisierte Kurbelwellen- und Nockenwellensignale aus.
Sie synchronisiert sich selbst und verfeinert das
Kurbelwellensignal. Die Geberradauswerteschaltung bildet
dabei ein winkelsynchrones Signal, mit welchem die Winkeluhr
angetrieben wird. Die Funktion einer solchen Winkeluhr ist
bereits bekannt und beispielsweise in der DE-OS 39 27 967
bzw. der korrespondierenden US-PS 5 222 110 beschrieben. Die
Winkeluhr 12a zeigt damit jederzeit die aktuelle
Kurbelwellenposition an. Aus Kurbelwellen- und
Nockenwellensignal wird in der Geberradauswerteschaltung 12
die Drehzahl berechnet und über den Datenbus 13 an das
Steuergerät 10 geleitet, so daß hier aufgrund von Drehzahl
und Last, welche über das Eingangssignal 11 an das
Steuergerät 10 geführt ist, der Zündzeitpunkt und die
Schließzeit für eine Zündung oder Einspritzbeginn und
Einspritzdauer berechnet werden. Die berechneten Stellgrößen
werden vom Steuergerät 10 an die einzelnen Kanäle eines
Moduls übertragen, hierbei können die verschiedenen Module
M1, M2, M3 verschiedene Funktionen realisieren. Da den
Modulen das winkelsynchrone Signal der Winkeluhr 12a und das
Signal des Taktgenerators 22 zugeführt ist, können die
Module die vorher vom Steuergerät 10 empfangenen Stellgrößen
an die entsprechenden Endstufen 14 ohne zusätzlichen
Interrupt von seitens des Steuergerätes 10 ausgeben, indem
der Inhalt des Registers, in welchem eine winkelabhängige
Steuergröße abgelegt ist, mit dem Inhalt der Winkeluhr 12a
verglichen wird. Damit ist das Steuergerät 10 von
echtzeitkritischen Aufgaben der Signalausgabe befreit.
Fig. 2 zeigt den Aufbau eines Moduls zur Ausgabe der
berechneten Stellgrößen. Ein solches Modul M besteht aus
mehreren Ausgeeinheiten, den Kanälen K1 . . . Kn, wobei jeder
dieser Kanäle die Ausgabe einer einzelnen Stellgröße
realisiert. Die Kanäle sind dabei jeweils identisch
aufgebaut und können je nach Bedarf konfiguriert werden,
d. h. der Aufbau eines Kanals ermöglicht sowohl die Steuerung
winkelabhängiger als auch zeitabhängiger Größen und die
jeweilige Funktion wird für jeden Kanal erst dann im
Konfigurationsregister abgelegt, wenn die Aufgabe der
Ausgabeeinheit feststeht. Der Aufbau der Kanäle soll nun
anhand des Kanals K1 des Moduls erläutert werden.
Jeder Kanal enthält ein erstes Register 20 und ein zweites
Register 21, wobei an jedes dieser Register 20 und 21 eine
Verbindung vom Steuergerät 10 geführt ist, so daß die vom
Steuergerät berechnete Stellgrößen in diese Register 20 und
21 abgelegt werden. Außerdem ist jedes der beiden Register
20 und 21 mit einem Zähler 25 und einem Vergleicher 26
verbunden, während an den Zähler 25 außerdem das Taktsignal
24 des Taktgenerators 22 sowie ein Ausgang des
übergeordneten Watchdoch-Register WD und an den
Vergleicher 26 das winkelsynchrone Signal der Winkeluhr 12a
geführt ist. Außerdem sind sowohl der Zähler 25 als auch der
Vergleicher 26 über eine wechselwirkende Verbindung mit
einem Steuerwerk 27 und einem dem Steuerwerk 27 zugeordneten
Konfigurationsregister 23 verbunden. Das Steuerwerk 27 sorgt
dafür, daß die entsprechende Stellgröße bei Erreichen des
entsprechenden Kurbelwinkels oder nach Ablauf einer
vorgegebenen Zeit, die beispielsweise die Schließzeit oder
die Einspritzdauer sind, über ein entsprechendes
Ausgabesignal 28 an die in Fig. 1 dargestellte
Schaltendstufe 14 ausgegeben wird. Das Steuerwerk 27 ist
außerdem noch mit einem Statusregister 29 verbunden, das
ebenfalls im Kanal K1 angeordnet ist. Das Steuerwerk 27
steuert den zeitlichen Ablauf der Vergleichs- und
Zähloperationen.
Die Funktionsweise eines solchen Moduls soll nun anhand der
Einspritzung und der Zündung erläutert werden.
Für die Steuerung der Einspritzung stehen in den Registern
20 und 21 vom Steuergerät 10 berechnete Werte, wobei im
ersten Register 20 der Winkel für den Beginn der
Einspritzung und im zweiten Register 21 die Einspritzdauer
abgelegt ist. Der Vergleicher 26 vergleicht den Inhalt des
Registers 20 mit dem Wert der Winkeluhr. Bei Gleichheit
dieser beiden Werte, wird vom Steuerwerk 27 ein
entsprechendes Signal zum Einspritzbeginn ausgegeben.
Gleichzeitig wird der Wert des Registers 21, welcher die
Einspritzdauer repräsentiert, in den Zähler 25 geladen,
welcher nun in Abhängigkeit eines Zeittaktes 24
herunterzählt. Bei Erreichen des Wertes Null wird die
Einspritzung beendet. Denkbar wäre aber auch ein
aufwärtszählender Zähler, welcher beispielsweise beim
Einspritzbeginn von Null beginnend los zählt und ein
Vergleich des Inhalts des Registers 21 und des Zählers 25 in
der Art durchgeführt wird, so daß bei Gleichheit dieser
Werte die Einspritzung beendet wird.
Auf gleicher Weise ist die Zündung realisierbar. Für die
Steuerung der Zündung sind im ersten Register 20 der Winkel
des Schließbeginns abgelegt und im zweiten Register 21 der
Zündwinkel. Nun wird der Vergleicher 26 den Inhalt des
ersten Registers mit der Winkeluhr vergleichen und bei
Gleichheit dieser Werte die Zündendstufe für den
Schließbeginn angesteuert. Gleichzeitig wird nun der Inhalt
des Registers 21 mit dem Wert der Winkeluhr verglichen und
bei Gleichheit die Schließzeit beendet und eine Zündung
ausgelöst.
Die Reihenfolge der einzelnen Schritte und ob der in einem
Register abgelegte Wert mit dem Wert der Winkeluhr
verglichen werden soll oder ob er im Zähler in Abhängigkeit
des Zeittaktes heruntergezählt werden soll, ist in jedem
Kanal im Konfigurationsregister 23 festgelegt. Der Aufbau
aller Kanäle ist identisch und eine Bestimmung und genaue
Festlegung, welche Stellgröße mittels eines bestimmten
Kanals ausgegeben werden soll, wird im
Konfigurationsregister abgelegt, so daß eine Anpassung der
Ausgabeeinheiten an verschiedene Steuergeräte und der
Einsatz in unterschiedlichen Brennkraftmaschinen möglich
ist.
Letztendlich ist in dem Modul noch ein Statusregister 29
vorgesehen, das von der Steuereinheit 27 gesetzt wird.
Dieses Statusregister dient der Beobachtbarkeit
modulinterner Vorgänge. Das Statusregister 29 hat jeweils die
aktuelle Information in welcher Bearbeitungsphase sich eine
Ausgabeeinheit befindet.
Diese Module, welche man auch als Peripheriemodule
bezeichnen kann, benötigen für die Ausgabe verschiedener
Stellgrößen keine softwaremäßige Aufbereitung, sondern sind
in der Lage durch den Einsatz von Vergleichern und Zählern,
die Ausgabe der Stellgröße auf rein hardwaremäßiger Basis zu
realisieren.
Claims (5)
1. Anordnung zum Steuern sich zyklisch wiederholender
Vorgänge in Brennkraftmaschinen mit einer Berechnungseinheit
(10) zur Berechnung der Stellgrößen aufgrund erfaßter
Betriebsparameter (n, T, p . . . ), mit mindestens einer
Ausgabeeinheit (K1 . . . Kn) zur Ausgabe einer Stellgröße, wobei
eine Ausgabeeinheit ein erstes und ein zweites Register
(20, 21) enthält, die jeweils beide mit der
Berechnungseinheit (10) verbunden sind, einen Vergleicher
(26), an dessen ersten Eingang ein winkelproportionales
Taktsignal geführt ist, einen Zähler (25), an dessen
Takteingang eine Signal folge mit fester Taktfrequenz geführt
ist, enthält, wobei das erste Register (20) mit dem zweiten
Eingang des Vergleichers und das zweite Register (21) mit
dem Zähler (25) verbunden ist und wobei die Ausgabeeinheit
ein Steuerwerk (27) enthält, an welches das Ausgangssignal
des Vergleichers geführt ist und welches mit dem Ausgang des
Zähler (25) in wechselseitiger Verbindung steht und wobei
ein Ausgang des Steuerwerk (27) mit einer Schaltendstufe
verbunden ist.
2. Anordnung zum Steuern sich zyklisch wiederholender
Vorgänge in Brennkraftmaschinen mit einer Berechnungseinheit
(10) zur Berechnung der Stellgrößen aufgrund erfaßter
Betriebsparameter (n, T, p . . . ), mit mindestens einer
Ausgabeeinheit (K1 . . . Kn) zur Ausgabe einer Stellgröße, wobei
eine Ausgabeeinheit ein erstes und ein zweites Register
(20, 21) enthält, die jeweils beide mit der
Berechnungseinheit (10) verbunden sind, einen Vergleicher
(26), an dessen ersten Eingang ein winkelproportionales
Taktsignal geführt ist und dessen zweiter Eingang mit dem
ersten Register (20) und dem zweiten Register (21) verbunden
ist und wobei die. Ausgabeeinheit ein Steuerwerk (27)
enthält, wobei der Ausgangs des Vergleichers (26) in
wechselseitiger Verbindung mit dem Steuerwerk (27) steht und
wobei ein Ausgang des Steuerwerk (27) mit einer
Schaltendstufe verbunden ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß an eine Geberradauswerteschaltung (12) die Signale eines
Kurbelwellensensors (KW) und/oder Nockenwellensensors (NW)
geführt sind, so daß die Geberradauswerteschaltung die
Drehzahl (n) bestimmt und ein Ausgang der
Geberradauswerteschaltung (12) mit der Berechnungseinheit
(10) verbunden ist und daß von der Geberradauswerteschaltung
das winkelsynchrones Signal geliefert und an den Vergleicher
(26) geführt ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnete daß das Steuerwerk (27) ein Konfigurations
register (23) enthält, in welchem festgelegt ist, welche
Stellgröße die einzelnen Register enthalten und wie der
Inhalt des Registers für die Ausgabe eines Ausgangssignals
(28) auszuwerten ist.
5 Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnete daß eine Vielzahl von Ausgabeeinheiten zu
einem Modul (M1, M2, M3) zusammengefaßt sind und jede
Ausgabeeinheit eine Schaltendstufe ansteuert.
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