DE3148368A1

DE3148368A1 - Digitales steuersystem fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3148368A1
Application number: DE19813148368
Authority: DE
Inventors: Akio Yokosuka Kanagawa Hosaka; Katsunori Oshiage; Sadao Takase; Akito Yamamoto
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-12-10
Filing date: 1981-12-07
Publication date: 1982-07-08
Also published as: JPS6218041B2; US4428348A; DE3148368C2; JPS5797105A

Description

DIGITALES STEUERSYSTEM FÜR EINEN VERBRENNUNGSMOTOR 5

Hintergrund der Erfindung

1. Anwendungsgebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein digitales Steuersystem für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf eine Verbesserung in einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Speicherung und Verarbeitung von digitalen Ausgangsdaten eines Analog/Digital-Wandlers für die optima-Ie Verarbeitung durch einen Prozessor des Steuersystems.

2. Stand der Technik

Es ist bekannt, digitale Steuersysteme für Verbrennungs-

motoren zu verwenden. Das digitale Steuersystem verwendet im allgemeinen Fühler, die Analogausgangssignale erzeugen, die für die Motorbetriebsparameter, wie beispielsweise Luftdurchsatzrate, Kühlmitteltemperatur, Batteriespannung repräsentativ sind. Bei einem solchen Steuersystem wandelt ein Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) die für die Motorbetriebsparameter repräsentativen Analogsignale in entsprechende Digitalsignale unwund ein Mikroprozessor nimmt die Digitalsignale auf, um die Menge

des Kraftstoffes, der in den Motor injiziert werden muß, 30

sowie den Zündzeitpunkt im Ansprechen auf die Motorbetriebsparameter zu bestimmen.

Der Genauigkeitsgrad bei der Analog/Digital-Umwandlung

hängt von der Art der analogen Eingangsdaten ab. Der 35

fürdie Luftdurchsatzmenge repräsentative Wert, beispielsweise, weist einen relativ großen Dynamikbereich auf und erfordert eine größere Genauigkeit als der Wert

mit geringerem Dynamikbereich/ wie beispielsweise ein Wert, der für die Kühlmitteltemperatur oder die Batteriespannung repräsentativ ist. Jedoch werden alle diese Daten üblicherweise in Digitalsignale mit vorgegebener Bitstellenzahl, beispielsweise 10 Bit transformiert, um die Herstellung der Systeme und insbesondere des A/D-Wandlers zu vereinfachen. Diese 10-Bit-Signale werden in einem zweistufigen Register gespeichert, wobei jede Stufe ein Byte umfaßt. Ein solches konventionelles System weist die Eigenart auf, daß die Daten aus beiden Registerstufen ausgelesen werden müssen, wozu zwei Leseoperationen erforderlich sind, auch wenn nur ein geringer Genauigkeits grad, beispielsweise 8 Bits, erforderlich sind, wie im folgenden beschrieben. Ein solches Verfahren erschwert.

den Rechnungsprozeß und macht die Rechenzeit in unerwünschtem Maße lang.

Erfindung ■ ■

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein digitales Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, der als Antrieb für ein Kraftfahrzeug oder ein sonstiges Gerät dient, zu schaffen, wobei die Eingangsdaten des Steuersystems

mit variabler Genauigkeit verarbeitet werden können. 25

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Benutzung in einem Gerät, wie beispielsweise einem Kraftfahrzeugmotor, zu schaffen, das ein Steuersystem mit einem programmierbaren

Digitalcomputer zur Steuerung des Gerätes im Ansprechen auf die erfüllten Eingangssignale, die repräsentativ, für die Gerätbetriebsbedingungen sind, zu steuern. Das Verfahren und die Vorrichtung erlaubt einen optimalen Gebrauch des Digitalcomputers bei der Aufnahme und Verarbeitung von digitalen EingangsSignalen, die dem Digitalcomputer von Analogfühlern über einen A/D-Wandler und ein zweistufiges Register zugeführt werden. Es

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• »β

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können entweder nur eine oder beide Stufen des zweistufigen Registers selektiv benutzt werden, wie dies durch den Genauigkeitsgrad und den Dynamikbereich des erfüllten Eingangsparameters und die Anforderungen der nachfolgenden Berechnung oder Verarbeitung durch den Digitalcomputer erfordert.

Gemäß der Erfindung weist ein digitales Steuersystem für einen Verbrennungsmotor einen ersten und einen zweiten Fühler zum Erfassen eines ersten und zweiten Motorbetriebsparameters in Form eines ersten und eines zweiten Analogsignales auf. Das erste Analogsignal weist einen Dynamikbereich auf, der kleiner als der des zweiten ist. Ein Multiplexer ist an den ersten und zweiten Fühler angeschlossen, um entweder das erste oder zweite Analogsignal auszuwählen. Ein Analog/Digital-Wandler ist an den Multiplexer angeschlossen, um das ausgewählte Analogsignal in ein entsprechendes Digitalsignal mit einer ersten Anzahl von Bits umzusetzen. Ein erstes Register ist an den Analog/Digital-Wandler angeschlossen, um eine zweite vorgegebene Anzahl von sequenziell geordneten Bits des Digitalsignales, beginnend mit dem höchstwertigen Bit, zu speichern. Die zweite vorgegebene Anzahl ist kleiner als die erste vorgegebene Anzahl. Ein zweites Register ist an den Analog/Digital-Wandler z-ur Speicherung der verbleibenden Bits des Digitalsignales angeschlossen. Eine Steuereinheit ist an den Multiplexer zur Steuerung der Auswahl des ersten und zweiten Analogsignales angeschlossen. Die Steuereinheit ist auch an das erste und zweite Register angeschlossen, um nur die zweite Anzahl der Bits des in dem ersten Register gespeicherten Digitalsignales auszulesen, wenn die Steuereinheit den Multiplexer so ansteuert, daß das zweite Analogsignal ausgelesen wird und daß alle Bits des in dem ersten und

3§ zweiten Register gespeicherten Digitalsignales ausgelesen werden, wenn die Steuereinheit den Multiplexer so ansteuert, daß das erste Analogsignal ausgewählt wird.

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Die Steuereinheit steuert den Motor im Ansprechen auf den ersten und zweiten Motorbetriebsparameter.

Die obengenannten und weitere Aufgaben, wesentlichen Merkr male und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen im einzelnen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigt: .

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer

in einem digitalen Steuersystem für

einen Verbrennungsmotor enthaltenen Schaltkreis nach dem Stand der Technik,"

Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm einer

Schaltung, die ein digitales Steuer

system für einen Verbrennungsmotor nach der Erfindung darstellt,

Fig. 3 ' ein schematisches Blockdiagramm einer Schaltung mit einem Multiplexer, einem

A/D-Wandler und einem Register gemäß Fig. 2 und

Fig. 4 ein Flußdiagramm des in dem Lesespeicher

(ROM) der Fig. 2 gespeicherten Pro

gramms.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

³^ Der wesentliche Teil des zuvor genannten konventionellen Steuersystems für eine Brennkraftmaschine ist in Fig. 1

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dargestellt. Ein Multiplexer 10 wählt aus drei Arten von Analogdateneingängen Da₁, Da~ und Da-.,die für Betriebsbedingungen des Motors repräsentativ sind_r einen Wert aus und leitet diesen an einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 12 weiter. Dieser wandelt das ausgewählte Datum in das entsprechende parallele 10-Bit-Digitalwort um. Der A/D-Wandler 12 ist an ein Register 14 angeschlossen, um die digitalen Daten an das Register 14 weiterzuleiten. Das Register 14 enthält hochrangige und niederrangige Speicherplätze 14H und 14L, um die 10-Bit-Digitaldaten zu speichern. In Fig. 1 sind die Ausgangsanschlüsse des A/D-Wandlers 12 an das Register 14 explicit für die Ausgangsbits B1, B2 und B9, B10 gezeigt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung sind die übrigen An-Schlüsse allgemein durch eine Leitung 16 angedeutet, die die verbleibenden Leitungen, die zu den übrigen Bit-Anschlüssen B3 bis B8 gehören, andeutet.

Beim Betrieb der Schaltung der Fig. 1 liefert der Wandler 12 die digitalen Ausgangsdaten beispielsweise in der Form "1001100110" an das Register 14. Die acht Bits mit der geringsten Wertigkeit dieser Zahl "01100110" werden in dem niederrangigen Speicherplatz 14L in der Reihenfolge vom niedrigstrangigen bis zum höchstrangigen Bit gespeichert (in Fig. 1 von rechts nach links). Die beiden hochstrangigen Bits "10" werden im hochrangigen Speicherplatz 14H in der Reihenfolge vom niedrigen zum höchsten Bit (von rechts nach links) gespeichert. Bei solchen konventionellen Systemen müssen die Daten sowohl von dem hochrangigen als auch von dem niederrangigen Speicherplatz 14H und 14L ausgelesen werden, wozu zwei Leseoperationen erforderlich sind, auch wenn nur eine geringe Genauigkeit von beispielsweise 8 Bits erforderlich ist. Eine solche Verfahrensweise macht den Rechenprozeß kompliziert und die Rechenzeit in unerwünschtem Maße lang.

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In Fig. 2 ist ein digitales Computersteuersystem für eino Verbrennungsmasch l.nc nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem Fühler 30, 32, 34, 36 und 38 zur Ermittlung von Betriebsparametern des Mo-' tors einschließlich der Batteriespannung vorgesehen sind. Der Fühler 30 ist in einem Luftansaugkanal angeordnet und erzeugt ein Spannungssignal als Analogeingangssignaldatum Da-. Die Größe dieses Spannungssignals hängt von der Strömungsrate der Ansaugluft ab. Der Fühler 32 ist an dem Motorblock angeordnet und erzeugt ein Spannungssignal als analoges Eingangssignaldatum Da₂, dessen' Größe von der • Temperatur des Kühlmittels abhängt. Der Fühler 34 ermittelt die Spannung der Batterie als analoges Eingangssignaldatum Da₃. In diesem Fall besteht der Fühler 34 lediglich aus Leitungen, die an die Batterie (nicht dargestellt) angeschlossen sind, um deren Spannung zu übertragen. Der Fühler 36 ist einer Motorkurbel- oder Nqckenr welle (nicht dargestellt) zugeordnet und erzeugt ein Impulssignal Db- bei jeder Umdrehung der Motorkurbelwelle, jeweils zu einem vorgegebenen Drehwinkel. Der Fühler 38 ist einem Motordrosselventil (nicht dargestellt) zuge-.ordnet und erzeugt ein EIN/AUS-Signal Db₂, das davon abhängt, ob das Drosselventil vollkommen geschlossen ist. Die ermittelten analogen Eingangsdatensignale Da-, Da₂ und Da₃ und die Signale Db-. und Db₂ werden einer Eingangs/Ausgangs-Schaltung (I/O-Schaltung) 40 jeweils über Filter 42, 44, 46, 48 und 50 zugeführt. Diese Filter eliminieren aus den entsprechenden Signalen Da-, Da_,

Da₃, Db- und Db₂ das Rauschen.
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Die Eingangs/Ausgangs-Schaltung 40 ist an. eine zentrale Rechnereinheit (CPU-Einheit) 52 und eine Speichereinheit 54 über einen Bus 56 angeschlossen. Die Eingangs/Ausgangs-Schaltung 40, die zentrale Rechnereinheit 52 und die Speichereinheit 54 stellen, eine Mikrocomputersteuereinheit für den Motor* dar. Die Eingangs/Ausgangs-

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I S. Ι \^!.Χ Ί31Α8368

Schaltung 40 ist ebenfalls an einen elektrisch betriebenen Brennstoffinjektor 58, eine Zündeinheit 60 und eine Kraftstoffpumpe 62, jeweils über Verstärker 64, 66 und 68 angeschlossen. Die zentrale Rechnereinheit 52 und die Speichereinheit 54 sind durch den Bus 56 verbunden. Der Bus 56 enthält einen Datenbus 56a, einen Adressenbus 56b und einen Steuerbus 56c, durch die das Bereitstellen und das Empfangen der Daten, Adressen und Steuerinformationen jeweils über die Eingangs/Ausgangs-Schaltung 40, die zentrale Rechnereinheit 52 und die Speichereinheit 54 durchgeführt wird. Entsprechend dem in der Speichereinheit 54 gespeicherten Programm wird durch die zentrale Rechnereinheit 52 und die Speichereinheit 54 die Menge des in den Motor injizierten Kraftstoffs und der Zünd-Zeitpunkt durch Rechnung oder durch Entnahme aus einer Tabelle ermittelt, wobei die festgestellten Signale Da-, Da-, Da₃ und Db- verwendet werden, die über die Eingangs/Ausgangs-Schaltung 40 bereitgestellt werden. Die Eingangs/Ausgangs-Schaltung 40 erzeugt Steuersignale Dc- und Dc₂ im Ansprechen auf die gewünschten Werte für die Brennstoffinjektionsmenge und den Zündzeitpunkt, die von der zentralen Rechnereinheit 52 und der Speichereinheit 54 bereitgestellt werden. Die Eingangs/Ausgangs-Schaltung liefert die Steuersignale Dc- und Dc₂ an den

²^ Brennstoffinjektor 58 und die Zündeinheit 60 jeweils über Verstärker 64 und 66, nach dem üblichen Weg. Auf diese Weise steuert die digitale Computereinheit die Brennstoffinjektionsmenge und den Zündzeitpunkt im Ansprechen auf die Betriebsbedingungen oder Betriebsparameter des. Motors. Das Steuersignal Dc- weist die Form eines Pulszuges auf, der synchron mit der Drehung der Kurbelwelle ist. Die zentrale Rechnereinheit 52 und die Speichereinheit 54 bestimmen die Pulsbreite des Steuersignals Dc₁, welche der Periode entspricht, während der der Brennstoffinjektor 58 offen ist und Brennstoff injiziert. Auf diese Weise wird die injizierte Brennstoff meng© gesteuert. Da der Brennstoffinjektor 58 eine

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χ Ansprechzeit für die Öffnung aufweist, die von der an ihm anliegenden Batteriespannung abhängt/ wird die Impulsbreite des Steuersignals Dc₁ durch die zentrale Rechnereinheit 52 und die Speichereinheit 54 in Abhängigkeit von der Batteriespannung korrigiert. Die Impulsbreite des Steuersignals Dc. wird auch durch die zentrale Rechnereinheit 52 und die Speichereinheit 54 entsprechend der Kühlmitteltemperatur korrigiert, um unter sämtlichen Temperaturbereichen des Kühlmittels eine optimale Be- IQ triebsweise des Motors zu erzielen. Währenddessen nimmt das Steuersignal Dc„ die Form eines Pulszuges an, der den Zündzeitpunkt und die Haltedauer des Stromes in der Primärwicklung der Zündspule (nicht dargestellt) der Zündeinheit 60 bestimmt. Die zentrale Rechnereinheit und die Speichereinheit 54 bestimmen die Impulserzeugungs— zeit des Steuersignales Dc- für die Zündzeitpunktsteuerung. Zur Bestimmung dieser Zeitpunktsteuerung können verschiedene Algorithmen verwendet werden, beispielsweise kann der Zeitpunkt entsprechend der Motordrehzahl (RPM) und der Impulsbreite des Steuersignals Dc^ bestimmt werden. Die zentrale Rechnereinheit 52 bestimmt auch die Impulsbreite des Steuersignals Dc₂ für die Haltedauersteuerung, beispielsweise in Abhängigkeit von der Batteriespannung zum Zwecke der Korrektur. 25

Die Eingangs/Ausgangs-Schaltung 40 enthält einen Multiplexer 70, einen Analog/Digital-Wandler-(A/D-Wandler) 72, ein Register 74, eine Impulseingangsschaltung 76, eine Impulsausgangsschaltung 78 und eine Eingangs/Ausgangs-Schaltung 80 für Diskretwerte. Der Multiplexer 70 ist an " die Filter 42, 44 und 46 angeschlossen, um die Analogeingangsdaten Signa Ie Da,, Da- und Da₂ von dem Luftströmungsfühler 30, dem Kühlmitteltemperaturfühler 32 und dem Batteriespannungsfühler 34 aufzunehmen. Der Multiplexer 70 wählt aus den analogen Eingangsdatensignalen Da^, Da₂ und Da₃ eines aus, entsprechend einem Befehl

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S-

von der zentralen Rechnereinheit 52. Der Befehl nimmt die Form eines Steuersignales an, der über den Steuerbus 56c an die Auswahlanschlüsse des Multiplexers 70 über die Auswahlleitungen 70a und 70b .übertragen wird. Der A/D-Wandler 72 ist an den Multiplexer 70 angeschlossen, um die ausgewählten Analogeingangssignale von dem Multiplexer 70 aufzunehmen. Der A/D-Wandler 72 wandelt die ausgewählten Analogsignale in die entsprechenden Digitaldatensignale um. Das Register 74 ist an den A/D-Wandler 72 angeschlossen, um die Digitalausgangssignale von dem A/D-Wandler 72 aufzunehmen. Das Register 74 speichert die Digitalausgangssignale nach einem Befehl von der zentralen Rechnereinheit 52. Der Befehl weist die Form eines Steuersignals S₁ und S- auf, das über den Steuerbus 56c an die Auswerteanschlüsse des Registers 74 über die Auswerteleitungen 74a und 74b jeweils übertragen werden. Das Register 74 ist an den. Datenbus 56 angeschlossen, um die gespeicherten Datensignale an die Speichereinheit 54 zu übertragen.

Die Impulseingangsschaltung 76 ist an das Filter 48 angeschlossen, um das Impulssignal Db. von dem Fühler 36 für die Winkelstellung der Kurbelwelle aufzunehmen. Die Impulseingangsschaltung 76 besteht aus einer Impulsformung sschaltung, die das Impulssignal Db₁ in ein entspre-

chendes Rechteckimpulssignal umformt. Die Impulseingangs schal tung 76 ist an den Datenbus 56a angeschlossen, um die Rechteckimpulssignale an die zentrale Rechnereinheit 52 und die Speichereinheit 54 weiterzuleiten, damit die Motorendrehzahl (RPM) bestimmt werden kann. Die Impulsausgangsschaltung 78 ist an den Bus 56 angeschlossen, um die Steuersignale Dc₁ und Dc₂ zu erzeugen und weiterzuleiten. Diese Steuersignale entsprechen den erforderlichen Werten für die Brennstoffinjektionsmenge bzw. den Zündzeitpunkt. Die Impulsausgangsschaltung 78 ist auch an die Impulseingangsschaltung 76 angeschlossen, um das Impulssignal für die Winkelstellung der Kurbel-

welle als Referenzsignal für die Zündzeitpunkteinstellung zu empfangen. Die Eingangs/Ausgangs-Schaltung für die Diskretdaten 80 ist an den Filter 50 angeschlossen, um die ermittelten Signale Db- aufzunehmen, die repräsentativ für die Position der vollständig geschlossenen Drosselklappe oder den Motorleerlauf sind. Die Eingangs/ Ausgangs-Schaltung 80 für die diskreten Daten ist an die Brennstoffpumpe 62 über den Verstärker 68 angeschlossen-_T um ein Steuersignal Dc-.an die Brennstoffpumpe 62 zu lei-■ ten. Die Eingangs/Ausgangs-Schaltung für die -Diskretdaten steuert die Brennstoffpumpe 62 in Abhängigkeit von dem ermittelten Signal Db₀ und reduziert beispielsweise die Drehzahl der Brennstoffpumpe 62,um den Betriebslärm der Brennstoffpumpe 62 zu vermindern, wenn der Motor unter Leerlaufsbedingungen betrieben wird, wobei der Motor nur mit einer relativ geringen Menge von Injektionsbrennstoff versorgt werden muß.

Wie in Fig. 3 gezeigt, weist der A/D~Wandler 72 zehn Ausgangsbits B₁ bis B₁₀ auf und wandelt folglich das Analogsignal, das durch den Multiplexer 70 ausgewählt worden ist, in ein entsprechendes paralleles 10-Bit-Digitaldatensignal um, beispielsweise in "1001100110". Das Register 74 besteht aus hochrangigen und niederrangigen Speicherplatzen 74H und 74L mit paralleler Datenein- und -ausgabe, wobei entsprechende Auswerte- oder Abfrageanschlüsse an die Abfrageleitungen 74a und 74b jeweils angeschlossen sind (siehe Fig. 2). Die Ausgangsbits B₁₀ bis B₃, d.h. die acht Ausgangsbits des A/D-Wandlers 73 mit der höchsten Wertigkeit, sind an ä&i hochrangigen, d.h. den Speicherplatz mit vielen Stellen 74H, angeschlossen und zwar beginnend vom ranghöchsten bis zum rangniedrigsten Bit (von links nach rechts in Fig. 3). Die Ausgangsbits B₀ und B₁, die beiden Ausgangsbits mit der niedrigsten Wertigkeit des A/D-Wandlers 72 _r werden dem niederrangigen Speicherplatz 74L in der Reihenfolge vom hochstrangigen Bit bis zum niederrangigen Bit (von

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links nach rechts) zugefhrt. In Fig. 3 sind die Ausgangsschlüsse des A/D-Wandlers 72 explicit für die Ausgangsbits B₁, B₂ und Bq, B₁₀ dargestellt. Aus Gründen der Einfachheit der Darstellung sind die restlichen Anschlüsse nur allgemein durch eine Leitung 82 angedeutet, die die restlichen Leitungen, welche zu den Bitpositionen B2 bis Bg gehören, repräsentiert. Folglich werden die acht hochstrangigen Bits des durch den A/D-Wandler 72 umgewandelten SignaIes,beispielsweise die Bits "10011001", in dem hochrangigen Speicherplatz 74H in der Reihenfolge vom hochstrangigen bis zum niederstrangigen Bit, wie in Fig. 3 gezeigt, gespeichert. Die verbleibenden beiden Bits von niederem Rang oder Wertigkeit des umgewandelten Signals, beispielsweise "10", werden in dem niedrigrangigen. Speicherplatz 74L gespeichert.

Die Speichereinheit 54 besteht aus einem Lesespeicher (ROM = read only memory) 54A und aus einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM = random access memory) 54B.

Der Nur-Lese-Speicher oder Festwertspeicher 54A speichert das Programm zur Steuerung der Eingabe/Ausgabe-Schaltung 40, der zentralen Rechnereinheit 52 und der Speichereinheit 54, um die Brennstoffinjektionsmenge und den Zündzeitpunkt zu bestimmen. Gemäß dem in den

²^ Festwertspeicher 54A eingeschriebenen Programm werden die Eingabe/Ausgabe-Schaltung, die zentrale Rechnereinheit und die Speichereinheit 54 in einer Folge gesteuert, wie sie aus dem Flußdiagramm der Fig. 4 hervorgeht. In einem ersten Block 100 dieses Flußdiagramms

werden die gewünschten Werte für die Brennstoffinjektionsmenge, nämlich die Impulsbreite des Steuersignals Dc₁ und der Zündzeitpunkt unter Verwendung der Signale Da.., Da₂, Da₃ und Db- bestimmt, die für die Betriebsbedingungen des Motors repräsentativ sind. Die Steuersignale Dc₁ und DC2 werden entsprechend den bestimmten Werten für die Impulsbreiten und für den Zündzeitpunkt erzeugt und von der Impulsausgabeschaltung

• SO-

78 zu dem Brennstoffinjektor 58 und der Zündeinheit 60 des Motores jeweils über die Verstärker 64 und 66 geleitet. Die Motorendrehzahl (RPM) wird zunächst unter Verwendung des Signales Db₁, das über eine Impulseingangsschaltung 76 in herkömmlicher Weise zur Verfugung gestellt wird, bestimmt. Danach wird die Impulsbreite des Steuersignals Dc₁ berechnet, beispielsweise unter Verwendung der folgenden Gleichung: Pw = K₁ · Q/N + K-* dabei ist Pw die Impulsbreite, Q die Strömungsrate der Ansaug-

IQ luft, N die Motorendrehzahl, K eine Konstante, die von der Kühlmitteltemperatur zur Temperaturkorrektur abhängt und K₂ ist eine Konstante, die von der Batteriespannung zum Zwecke der Spannungskorrektur abhängt. Als drittes wird der gewünschte Zündzeitpunkt entsprechend der Drehzahl und der Impulsbreite in herkömmlicher Weise durch Aufsuchen in einer Tabelle ermittelt_r die einen Satz von gewünschten Zündzeitpunkten als Funktion der Motorendrehzahl und der Impulsbreite enthält. Diese ist in dem Festwertspeicher 54A gespeichert. Als' viertes wird die erforderliche Anhaltedauer für die Zündung je nach Batteriespannung bestimmt. Schließlich werden die bestimmten Werte für die Impulsbreite, den Zündzeitpunkt und die Zündhaltezeit der Impulsausgangsschaltung 78 zugeführt, um die Steuersignale Dc₁ und Dc₂ zu erzeugen. Die besonderen im Block 100 verwendeten Algorithmen sind nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung. Zahlreiche verschiedene Algorithmen können verwendet werden, beispielsweise wie sie in den US-Patentschriften

4 199 812 und 3 969 614 beschrieben sind. 30

In einem zweiten Block 102 wird das Steuersignal zum Auswählen des Analogsignalwertes Da₁ an die Auswahlanschlüsse des Multiplexers 70 über den Steuerbus 56c und die Auswahlleitungen 70a und 70b übertragen. Dann wird unter den Analogdatensignalen Da₁, Da₂ und Da₃ durch den Multiplexer 70 das Datensignal Da₁ ausgesucht und

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an den AD/Wandler 72 geleitet, wo es in eine entsprechende 10-Bit-Digitalform umgesetzt wird. Die Digitaldatensignale vom A/D-Wandler 72 werden im Register 74 und zwar sowohl in den hochrangigen als auch niederrangigen Speicherplätzen 74A und 74B gespeichert. In einem dritten Block 104 wird das Steuersignal S₁ über den Steuerbus 56c und die Auswerteleitung 74a zu dem Auswerteanschluß des hochrangigen Speicherplatzes 74H des Registers 74 geleitet. Im Ansprechen auf dieses Steuersignal S- werden die acht Bits mit der höchsten Wertigkeit des Datums, das. dem Analogsignal Da₁ entspricht, aus dem hochrangigen Speicherplatz 74H ausgelesen und über den Datenbus 56a zu dem wahlfreien Zugriffsspeicher 56B geleitet, um erneut gespeichert zu werden. In einem vierten Block 106 wird das Steuersignal S₂ über den Steuerbus 56c und die Auswerte- oder Abfrageleitungen 74b an die Abfrageanschlüsse des niederrangigen Speicherplatzes 741 des Registers 74 geleitet. Sodann werden die beiden Bits mit der niedrigsten Wertigkeit des Datums, das dem Analogsignal Da., entspricht, ausgelesen und über den Datenbus 56a zu dem wahlfreien Zugriffsspeicher 54B gebracht, um gespeichert zu werden. Auf diese Weise werden die 10-Bit-Digitaldaten, die dem Signal Da₁ entsprechen, vollständig ausgelesen und in dem Speicher 54B mit wahlfreiem Zugriff gespeichert. In einem fünften Block 108 wird das Steuersignal zur Auswahl der Analogdatensignale Da₂ an die Auswahlanschlüsse des Multiplexers 70 über den Steuerbus 56c und die Auswahlleitungen 70a und 70b übertragen. Dann wird unter den Datensignalen Da₁, Da~ und Da., das Datensignal Da₂ ausgewählt und an den A/D-Wandler 72 geleitet, um in ein entsprechendes 10-Bit-Digitaldatensignal transformiert zu werden. Wiederum werden die Digitaldatensignale von dem A/D-Wandler 72 in den hochrangigen und niederrangigen Speicherplätzen 74H und 74L, _wi_e in Fig. 3 dargestellt, gespeichert. In einem sechsten Block 110 wird das Steuersignal S. über den Steuerbus 56c

und die Abfrageleitungen 74a an die Abfrageanschlüsse des hochrangigen Speicherplatzes 74H des Registers 74 geleitet. Sodann werden die acht Bits mit der höchsten Wertigkeit des digitalen Datums, das dem Analogsignal Da₂ entspricht, ausgelesen und an den"Speicher 54B-mit wahlfreiem Zugriff geleitet und dort wiederum gespeichert. Das Steuersignal S₂ für die niederranrigen Speicherplätze 74L des Registers 74 wird in diesem Block 110 nicht erzeugt, weswegen die beiden Bits von niedriger IQ Wertigkeit des Digitaldatums eliminiert werden. In einem siebten Block 112 werden die Steuersignale zum Auswählen des Analogdatensignales Da~ über den Steuerbus 56c und die Auswahlleitungen 70a und 70b übertragen, um Ausgangsanschlüsse des Multiplexers 70 anzuwählen. Sodann wird unter den Analogdatensignalen Da-, Da₂ und Da₃ das Datensignal Da₃ ausgewählt und dem A/D-Wandler 70 zugeführt, um von diesem in ein entsprechendes 10-Bit-Digitaldatensignal umgesetzt zu werden. Die vom A/D-Wandler 72 kommenden Digitaldatensignale werden in dem hochrangigen und niederrangigen Speicherplatz 74H und 74L gespeichert. In einem achten Block 114 wird das Steuersignal S₁ über den Steuerbus 56c und die Abfrageleitung 74a an den Abfrageanschluß des hochrangigen Speicherplatzes 74H des Registers 74 geleitet. Sodann werden die acht höchstwertigen Bits des Digitaldatums, das dem Analogsignal Da₃ entspricht, ausgelesen und an den Speicher 54B mit wahlfreiem Zugriff geleitet, um erneut gespeichert zu werden. Das Steuersignal S- für den niederrangigen Speicherplatz 74L des Registers 74 wird in diesem Block 114 nicht erzeugt, weswegen die beiden Bits mit der geringsten Wertigkeit des Digitaldatums eliminiert werden. Die Prozesse in den Blöcken 100 bis 114 werden wiederholt durchgeführt in der Reihenfolge, daß der Vorgang im Block 100 gestartet wird, nachdem der Vorgang im Block . 114 beendet ist. Die digitalen Datensignale, die den Analogdatensignalen Da₁, Da- und Da., entsprechen, die in

dem wahlfreien Zugriffspeicher 54B gespeichert sind, werden erneut ausgelesen, um die gewünschten Werte für die Impulsbreite des Steuersignales Dc_-. und den Zündzeitpunkt im Block 100 zu bestimmen. Da das Analogdatensignal Da₁, das für die Strömungsrate der Luftansaugung repräsentativ ist, einen relativ großen Dynamikbereich aufweist, muß das Datensignal Da₁ in eine Digitalform mit relativ großer Bitanzahl, beispielsweise 10, umgesetzt und dann mit derselben Bitzahl zur Vermeidung eines Genauigkeitsverlustes weiterverarbeitet werden. Da andererseits die Analogdatensignale Da₂ und Da₃, die für die Kühlmitteltemperatur bzw. die Batteriespannung repräsentativ sind, relativ kleine Dynamikbereiche aufweisen, ist es ausreichend, wenn diese Signale Da„ und Da₃ in eine Digitalform mit relativ geringer Bitzahl, beispielsweise 8 umgesetzt und mit der gleichen Bitzahl zur Vermeidung eines Genauigkeitsverlustes weiterverarbeitet werden. Nach dem Umwandeln in ein entsprechendes 10-Bit-Digitalwort, wird der Digitalwert, der dem Analogsignal Da₁ entspricht, mit der gleichen Bitzahl, 10, weiterverarbeitet, während die Digitaldaten, die den Analogsignalen Da₂ und Da₃ entsprechen, als 8-Bit-Wert nach der Reduktion von 10 auf 8 Bit verarbeitet werden. Infolgedessen werden die Genauigkeiten der Analogsignale Da₁, Da₂ und Da₃ während des Verfahrens zur Bestimmung der Brennstoffinjektionsmenge und des Zündzeitpunktes auf einem annehmbaren Niveau gehalten. Die Digitaldaten, die den AnalogSignalen Da₉ oder Da-, entsprechen, werden nur durch einen Verfahrensschritt in den Blöcken 110 bzw. 114 ausgelesen, so daß der Berechnungsprozeß einfach und die Rechendauer kurz sein kann, im Vergleich zu Systemen nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1.

Es soll angemerkt werden, daß weitere Modifikationen und ³^ Variationen in der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er in den Ansprüchen angegeben ist.

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3 U 836 8 fly

Beispielsweise können die Fühler 32 oder 34 so ausgelegt werden, daß sie geeignet sind, einen weiteren Motorbetrieb sparaineter, wie beispielsweise die Temperatur der Ansaugluft, die Temperatur des Abgases oder den Luft-Überschuß des angesaugten Luft-Brennstoffgemisches zu

ermitteln. Dementsprechend kann das Steuersystem so ausgelegt werden, daß der Motor in Abhängigkeit von den zuvor genannten ermittelten und anderen Motorbetriebsparametern gesteuert wird. 10

Claims

GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER*

NISSAN MOTOR COMPIiTY, LIMITED
2, Takara-cho, Kanagawa-ku,
Yokohama-shi, Kanagavja-ken,
Japan

DIGITALES STEUERSYSTEM FÜR . . EINEN VERBRENNUNGSMOTOR

PATENTANSPRÜCHE

.: 3H8368

:"PATENTANWÄLTE

¹OUROPtM PATENT ATTORNEYS

A. GRÜNECKER. opu-ins DR. H. KINKELDEY. dpi_-ing. DR. W. STOCKMAIR. api_-iN DR. K. SCHUMANN, opi-phys P. H. JAKOB. opu-iNa DR. G. BEZOLD. bpu-chem. W. MEISTER. aPu-iMi H. HILGERS. opl-ing. DR. H. MEYER-PLATH, dipl-ins.

80OO MÜNCHEN 22 MAXIMtLIANSTRASSE 43

P 16 779-dg

1./ Digitales Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch:

a) einen ersten Fühler (30) zur Ermittlung eines ersten Motorbetriebsparameters in Form eines ersten Analogsignales;

b) einen zweiten Fühler (32) zur Ermittlung eines zweiten Motorbetriebsparameters in Form eines zweiten Analog-signales, wobei das zweite Analogsignal einen kleineren Dynamikbereich als das erste Analogsignal aufweist;

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.". "3148

c) einen an den ersten Fühler und an den zweiten Fühler angeschlossenen Multiplexer (70) , der entweder das erste oder das zweite Analogsignal auswählt;

d) einen an den Multiplexer (70) angeschlossenen Analog/Digital-Wandler (72), der das ausgewählte Analogsignal in ein entsprechendes Digitalsignal mit einer ersten vorgegebenen An-zahl von Bits umsetzt;

e) ein erstes an den Analog/Digital-Wandler angeschlossenes Register (74H) für die Speicherung einer zweiten vorgegebenen Anzahl von sequentiell geordneten Bits des Digitalsignals, beginnend mit dem ranghöchsten Bit, wobei die zweite vorgegebene Anzahl kleiner als die erste

Anzahl von Bits ist;

f) ein zweites, an den Analog/Digital-Wandler angeschlossenes Register (74L) für die Speicherung der restlichen Bits des Digitalsignals; und

g) eine an den Multiplexer angeschlossene Steuereinheit (52,54) zur Steuerung der Auswahl des ersten und zweiten Analogsignals, wobei die Steuereinheit auch an das erste und zweite Register angeschlossen ist, um lediglich die

zweite vorgegebene Anzahl von Bits des im ersten Register gespeicherten Digitalsignals auszulesen, wenn die Steuereinheit den Multiplexer so ansteuert, daß dieser das zweite Analogsignal auswählt, und um die erste vor

gegebene Anzahl von Bits des im ersten und zweiten Register gespeicherten Digitalsignals auszulesen, wenn die Steuereinheit den Multi-. plexer so ansteuert, daß dieser das erste Ana-.

&5 logsignal auswählt, wobei ferner die Steuer-.

einheit im Ansprechen auf die Digitalsignale arbeitet, die dem ersten und zweiten Motorbetriebsparameter zur Steuerung des Motors

- entsprechen.

-^ 2. Digitales Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Fühler ein Fühler zur Ermittlung der Durchsatzmenge der Motoransaugluft ist.

·

3. Digitales Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Fühler ein Temperaturfühler zur Ermittlung der Kühlmitteltemperatur des Motors ist.

4. Digitales Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Fühler ein Temperaturfühler zur Ermittlung der Temperatur der Motoransaugluft ist.

5. Digitales Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch " gekennzeichnet, daß der zweite Fühler ein Temperaturfühler zur Ermittlung der Motorabgastemperatur ist.

6. Digitales Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Fühler ein Fühler zur Ermittlung des Luftüberschusses der angesaugten Luft-Brennstoff-Mischung ist.

7. Digitales Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das erste und das zweite Register aus einem Hauptregister (74) mit Speicherplätzen (74H, 74L) für hoch- und niedrigrangige Bits zusammengesetzt sind, die jeweils die ersten und zweiten Register darstellen.

8. Digitales Steuersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der hoch- und niedrigrangigen Speicherplätze ein Byte und der Analog/ Digital-Wandler zehn Ausgabebits aufweist, so daß die

-4-

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erste vorgegebene Anzahl von Bits des Digitalsignales auf zehn und die zweite vorgegebene Anzahl von Bits des in dem hochrangigen Speicherplatz gespeicherten Digitalsignals auf acht gesetzt ist.

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9. Digitales Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet ,.daß die Steuereinheit einen programmierbaren Digitalrechner mit einer zentralen Rechnereinheit (52) und eine Speichereinheit (54) um- ·

^faßt· -.-"■■'

10. Digitales Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch:

a) einen ersten Fühler (30) zur Ermittlung der

Durchsatzmenge der Motoransaugluft in Form eines ersten Analogsignals;

b) einen zweiten Fühler (34) zur Ermittlung der Batteriespannung in Form eines zweiten Analog-

. signals; '

c) einen an den ersten Fühler und an den zweiten Fühler angeschlossenen Multiplexer (70), der entweder das erste oder das zweite Analogsignal auswählt;

d) einen an den Multiplexer (70) angeschlossenen

Analog/Digital-Wandler (72) der das ausgewählte Analogsignal in das.entsprechende Digitalsignal mit einer ersten vorgegebenen Anzahl von Bits umsetzt;

e) ein an den Analog/Digital-Wandler angeschlossenes erstes Register (74H) zur Speicherung einer zweiten vorgegebenen Anzahl von sequentiell geordneten Bits des Digitalsignals, beginnend mit dem ranghöchsten Bit, wobei die zweite vorgegebene Anzahl geringer als die

erste vorgegebene Anzahl ist;

f) ein zweites an den Analog/Digital-Wandler an

geschlossenes Register (74L) zur Speicherung der restlichen Bits des Digitalsignals ;

g) ein elektrisch betriebener Brennstoffinjektor

(58) zur Brennstoffinjizierung in den Motor, wobei die öffnungscharakteristik des Brennstoff in j ekto rs von der an ihn angelegten Spannung abhängt; und

- h) eine an den Multiplexer zur Auswahl des ersten

und zweiten Analogsignals angeschlossene Steuereinheit (52, 54), die an die ersten und zwei-' ten Register angeschlossen ist, um lediglich

die zweite vorgegebene Anzahl von Bits des in dem ersten Register gespeicherten Digitalsi

gnals auszulesen, wenn die Steuereinheit den Multiplexer so ansteuert, daß das zweite Analogsignal ausgewählt wird, und um die erste vorgegebene Anzahl von Bits des in den ersten und zweiten Registern gespeicherten Digital-'

signals auszulesen, wenn die Steuereinheit den Multiplexer so ansteuert, daß das erste Analogsignal ausgewählt wird, wobei die Steuereinheit mit dem Brennstoffinjektor verbunden ist, um diesen im Ansprechen auf die

digitalen Signale entsprechend der Durchsatzrate der Motoransaugluft und der Batteriespannung zu steuern.

11. Digitales Steuersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das erste und zweite Register sich aus einem Hauptregister (74) zusammensetzen, das hochrangige und niedrigrangige Speicherplätze (74H, 74L) aufweist, die das erste bzw. zweite Register darstellen.

-δ-12. Digitales Steuersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der hochrangigen und niederrangigen Speicherplätzen ein Byte umfaßt, und daß der Analog/Digitäl-Wandler zehn Ausgangsbits aufweist, so daß die erste vorgegebene Anzahl von Bits des Digitalsignals auf zehn gesetzt ist und die zweite vorgegebene Anzahl von Bits des in dem hochrangigen Speicherplatz gespeicherten Digitalsignals auf acht gesetzt ist.

13. Digitales Steuersystem nach Anspruch 10, dadurch

gekennzeichnet , daß die Steuereinheit einen programmierbaren Digitalcomputer mit einer zentralen Rechnereinheit (52) und einer Speichereinheit (54) um-" -" faßt.

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14. Digitales Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch einen ersten Fühler (3 0) zur Ermittlung eines ersten Motorbetriebsparameters in Form eines ersten Analogsignales und einen zweiten Fühler (32) zur Ermittlung eines zweiten Motorbetriebsparameters in Form eines zweiten Analogsignales, wobei das zweite Analogsignal einen kleineren Dynamikbereich als das erste Analogsignal aufweist und das digitale Steuersystem den Motor im Ansprechen auf den ersten. und zweiten Betriebsparameter steuert, wobei ferner zur Verarbeitung des ersten und zweiten Analogsignales in folgenden Schritten verfahren wird:

a) es wird entweder das erste oder das zweite ³^ Analogsignal ausgewählt;

b) das ausgewählte Analogsignal wird in. ein. -. ι entsprechendes Digitalsignal mit einer vorgegebenen Anzahl von Bits umgewandelt;

c) eine zweite Anzahl von sequenziell geordneten Bits des Digitalsignales, beginnend mit dem Bit der höchsten Wertigkeit, wird in ein erstes Register (74H) eingespeichert;

-7-

i i :'· 1 V·;··; Ί3Η8368

! d) die verbleibenden Bits des Digitalsignals

werden in ein zweites Register (74L) eingespeichert;

e) es wird nur die zweite vorgegebene Anzahl der Bits des in dem ersten Register gespeicher

ten Digitalsignals ausgelesen, wenn das zweite Anal'ogsignal für die Digitalumwandlung und Speicherung in dem ersten und zweiten Register ausgewählt wird;

2Q f) es werden alle Bits des in dem ersten und

zweiten Register gespeicherten Digitalsignals ausgelesen, wenn das erste Analogsignal für die Digitalumwandlung und die Speicherung in dem ersten und zweiten Re- IQ gister ausgewählt wird; und

g) es wird der Motor im Ansprechen auf die .· ausgelesenen Digitalsignale gesteuert.

15. Digitales Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch einen ersten '. Fühler (30) zur Ermittlung der Durchsatzmenge der Motoransaugluft in Form eines ersten Analogsignals, einen zweiten Fühler (32) zur Ermittlung der Batteriespannung in Form eines zweiten Analogsignals, einen elektrisch betriebenen Brennstoffinjektor zum Injizieren von Brennstoff in den Motor, wobei die Öffnungscharakteristik des Brennstoffinjektors von der anliegenden Batteriespannung abhängt und das digitale Steuersystem den Brennstoffinjektor im Ansprechen auf das erste und· zweite Analogsignal zur Steuerung des Motors steuert, wobei ferner zur Verarbeitung des ersten und zweiten Analogsignals nach folgenden Schritten verfahren wird:

a) es wird entweder das erste oder das 35

zweite Analogsignal ausgewählt;

—8 —

-8-

b) das ausgewählte Analogsignal wird in ein

entsprechendes Digitalsignal mit einer vorgegebenen Anzahl von Bits umgewandelt;

c) eine zweite Anzahl von sequentiell geordne— c ten Bits des Digitalsignales, beginnend mit

dem Bit der höchsten Wertigkeit, wird in ein erstes Register (74H) eingespeichert;

d) die verbleibenden Bits des Digitalsignals werden in ein zweites Register (74L) einge-

JO speichert;

e) es wird nur die zweite vorgegebene Anzahl der Bits des in dem ersten Register gespeicherten Digitalsignals ausgelesen, wenn das zweite Analogsignal für die Digi-" talumwandlung und Speicherung in dem ersten

und'zweiten Speicher ausgewählt wird;

f) es werden alle Bits des in dem ersten und zweiten Register gespeicherten Digitalsignales ausgelesen, wenn das erste Ahalogsignal für die Digitalumwandlung und die

Speicherung in dem ersten und zweiten Register ausgewählt wird; und

g) es wird der Motor im Ansprechen auf die ausgelesenen Digitalsignale gesteuert.