WO2001040643A1

WO2001040643A1 - Steuereinrichtung und steuerverfahren für eine brennkraftmaschine, steuereinheit für stellglieder einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: WO2001040643A1
Application number: PCT/DE2000/004242
Authority: WO
Inventors: Michael Haimerl; Wolf-Dieter PÖHMERER; Hans-Jürgen REICHL; Ulli Christian Sagmeister; Markus Teiner
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2001-06-07
Also published as: EP1234108B1; JP2003515697A; DE50009562D1; US20020173902A1; US6606552B2; EP1234108A1

Abstract

Eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine hat Mittel zum Erzeugen von Steuerbefehlen zum Steuern von Stellgliedern abhängig von mindestens einer Meßgröße. Ferner hat sie eine Kommunikationsschnittstelle zum Austausch von Nachrichten mit einer Steuereinheit für Stellglieder. Ferner ist ein Zähler vorgesehen, dessen Zählerstand abhängt von den Pulsen eines Meßsignals eines inkrementellen Kurbelwellenwinkelsensors. Die Steuerbefehle enthalten Soll-Zählerstände für die Durchführung der Steuerungsaufgabe. Eine Steuereinheit hat ebenfalls einen Zähler, dessen Zählerstand abhängt von den Pulsen des Meßsignals des inkrementellen Kurbelwellenwinkelsensors. Ferner sind Mittel vorgesehen zum Durchführen der Steuerungsaufgaben abhängig von dem Zählerstand und dem Soll-Zählerstand.

Description

STEUEREINRICHTUNG UND STEUERVERFAHREN FÜR EINE BRENNKRAFTMASCHINE , STEUEREINHEIT FÜR STELLGLIEDER EINER BRENNKRAFTMASCHINE

Beschreibung

Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, Steuereinheit für Stellglieder einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Brennkraf maschine, eine Steuereinheit für Stellglieder einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Steuern einer Brenn- kraftmaschine .

Bekannte Steuereinrichtungen für Brennkraftmaschinen erzeugen Steuerbefehle und Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern abhängig von mindestens einer Meßgröße, wie einem Fahrpedal - wert oder der Drehzahl .

Ferner sind Steuereinheiten für Stellglieder der Brennkraftmaschine bekannt, die Stellsignale für Stellglieder der Brennkraftmaschine erzeugen und zwar abhängig von den Steuer- befehlen der Steuereinrichtung. Sowohl die Steuereinrichtung als auch die Steuereinheit weisen e eine Kommunikations- schnittstelle auf, an die ein Bus, wie z. B. der CAN-Bus an- schließbar ist. Die Steuereinrichtung kann dann die Steuerbefehle über die Schnittstelle und dem Bus an die Steuereinheit senden, die dann die entsprechenden Steuerungsaufgaben durchführt. Derartige Steuerbefehle können z. B. beinhalten, zu welchem Kurbelwellenwinkel Gaswechselventile geöffnet oder geschlossen werden sollen.

Es ist bekannt, die Steuerbefehle segmentsynchron auf dem Bus zu übertragen. Em Segment ist definiert durch den Abstand zweier aufeinanderfolgender Totpunkte der Kolben zweier Zylinder, die m der Zündfolge direkt aufeinander folgen. Dabei enthält der Steuerungsbefehl Soll-Kurbenwellenwmkel , die j e- weils bezogen sind auf den oberen Totpunkt bei der Zündung des jeweiligen Zylinders. Die Steuerbefehle sind also immer auf die jeweiligen Kurbelwellenwinkel bezogen. Dies hat den Nachteil, daß die Bezugsbasis für den Kurbenwellenwmkel jedes Zylinders verschieden ist und abhängt von der Anzahl der Takte des Arbeitsspiels. Ferner können Steuerbefehle auch nur für den Zeithorizont eines Arbeitsspiels übertragen werden, da darüber hinausgehend der Kurbelwellenwinkel nicht mehr eindeutig ist.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, eine Steuereinheit für Stellglieder der Brennkraftmaschine und em Verfahren zum Steuern der

Brennkraftmaschine zu schaffen, die gewährleisten, daß die Brennkraftmaschine einfach m verschiedenen Betriebsarten betreibbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Brennkraftmaschine in verschiedenen Betriebsarten, wie z. b. Zwei-Takt, Vier-Takt, Sechs-Takt, Acht-Takt betrieben werden kann, ohne daß die Steuerbefehle verändert werden müssen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung und einer Steuereinheit, Figur 2 em Ablaufdiagramm zum Ermitteln eines ersten Zählers , Figur 3 e Ablaufdiagramm zum Ermitteln eines zweiten Zählers , Figur 4 em Programm, das der Steuereinheit zum Auswerten der Steuerbefehle ausgeführt wird, Figur 5 em weiteres Programm, das m der Steuereinheit zum Ausführen eines Steuerbefehls durchgeführt w rd. Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfaßt einen Zylinder 1, in dem ein Kolben 2 beweglich angeordnet ist. Der Kolben 2 ist über eine Pleuelstange 3 mit einer Kurbelwelle 4 gekoppelt.

Ein Kurbelwellenwinkelsensor ist vorgesehen, der einen Winkelgeber 5 umfaßt, der auf der Kurbelwelle 4 angeordnet ist und der vorzugsweise als Zahnrad ausgebildet ist. Das Zahnrad hat beispielsweise sechzig Zähne, die bis auf eine definierte Lücke gleich beabstandet sind oder deren steigende oder fal- lende Flanken gleich beabstandet sind.

Ferner umfaßt der Kurbelwellenwinkelsensor einen Meßaufnehmer 6, der vorzugsweise als Hallelement ausgebildet ist und fest in dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Der Meßaufnehmer 6 erzeugt ein pulsförmiges Meßsignal MS, wenn die Kurbelwelle 4 sich dreht. Das Meßsignal MS hat bei einer konstanten Drehzahl eine konstante Periodendauer der Pulse bis auf eine größere Periodendauer bedingt durch die Lücke im Zahnrad oder auch ein gleichmäßiges Puls-Pausen- Verhältnis bis auf eine längere Pause pro Umdrehung, bedingt durch die Lücke im Zahnrad. Diese längere Lücke oder auch größere Periodendauer dient als Synchronisierungssignal SYNC .

Eine Steuereinrichtung 9 ist vorgesehen zum Steuern von Be- triebsfunktionen der Brennkraftmaschine. Der Steuereinrichtung 9 sind Sensoren zugeordnet, die verschiedene Meßgrößen erfassen und jeweils den Meßwert der Meßgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 9 ermittelt abhängig von mindestens einer Meßgröße ein oder mehrere Stellsignale, die jeweils ein Stellgerät steuern, oder auch Steuerbefehle für eine Steuereinheit 12.

Die Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber, ein Drosselklappenstellungsgeber, ein Luftmassenmesser, ein Tem- peratursensor, der Kurbelwellenwinkelsensor oder weitere Sensoren. Die Stellgeräte umfassen jeweils einen Stellantrieb und ein Stellglied. Der Stellantrieb ist ein elektromotorischer Antrieb, ein elektromagnetischer Antrieb oder ein weiterer dem Fachmann bekannter Antrieb. Die Stellglieder sind als Dros- seiklappe, als Einspritzventil 10 oder als Zündkerze beispielsweise ausgebildet.

Auf die Stellgeräte wird im folgenden mit den zugeordneten Stellgliedern Bezug genommen. Die Steuereinrichtung 9 ist ü- ber eine Signalleitung 8 mit dem Meßaufnehmer 6 verbunden. Ferner ist sie über einen Bus 14, der vorzugsweise als CAN- Bus ausgebildet ist, mit einer Steuereinheit 12 verbunden. Zum Anschluss des Busses sind jeweils Kommunikationsschnittstellen in der Steuereinrichtung 9 und der Steuereinheit 12 vorgesehen. Die Kommunikationsschnittstellen können jedoch beispielsweise auch als Sende- und/oder Empfangseinrichtungen zur drahtlosen Übertragung von Informationen ausgebildet sein.

Die Steuereinheit 12 ermittelt und erzeugt Stellsignale zum Ansteuern von elektromechanischen Stellantrieben 13 für Gaswechselventile der Brennkraftmaschine. Die Steuereinheit 12 kommuniziert über den Bus 14 mit der Steuereinrichtung 9. Die Steuereinrichtung 9 erzeugt Steuerbefehle z.B. über den Öff- nungsbeginn und das Öffnungsende der Gaswechselventile.

Die Steuereinheit ist ebenfalls über die Signalleitung 8 mit dem Meßaufnehmer 6 verbunden.

In Figur 2 ist ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermitteln eines ersten Zählers ZI dargestellt. In einem Schritt SI wird das Programm gestartet .

In einem Schritt S2 wird geprüft, ob das Meßsignal MS eine steigende Flanke aufweist. Ist dies nicht der Fall, so wird die Bedingung des Schrittes S2 erneut geprüft, ggf. nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit. Ist die Bedingung des Schrittes S2 jedoch erfüllt, so wird der erste Zähler ZI um den Wert eins inkrementiert .

Vorzugsweise wird der erste Zähler in dem Schritt SI initia- lisiert (z. B. null) . Der erste Zähler ZI ist vorzugsweise ein Dualzähler mit z. B. zehn Bit. Der Zählerstand des ersten Zählers definiert somit eindeutig den jeweiligen Kurbelwellenwinkel für mehr als siebzehn Umdrehungen der Kurbelwelle. Danach läuft der Zähler über und beginnt wieder von seinem Nullwert an zu laufen. Es findet somit nach den mehr als 17 Umdrehungen mit der Kurbelwelle ein Overflow des Zählers statt. Die Genauigkeit der Auflösung des Kurbelwellenwinkels kann noch erhöht werden, indem der Zählerwert zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flanken des Meßsignals interpoliert wird. Dazu kann beispielsweise ein Feinzähler vorgesehen sein, der vorzugsweise ein Dualzähler mit z.B. sechs Bit ist.

Figur 3 zeigt das entsprechende Ablaufdiagramm des Programms, das in der Steuereinheit 12 abgearbeitet wird. Das Programm wird in einem Schritt la gestartet, in dem ein zweiter Zähler Z2 vorzugsweise initialisiert wird. Das Initialisieren erfolgt vorzugsweise direkt nach dem Empfang des Synchronisie- rungssignals, das durch die vergrößerte Pause in dem Pulssignal des Meßsignals MS, die durch die Lücke an dem Zahnrad des Meßwertgebers hervorgerufen ist, charakterisiert ist. Ebenso erfolgt vorzugsweise in der Steuereinrichtung im Schritt SI die Initialisierung des ersten Zählers ZI unmittelbar nach dem Empfang des Synchronisierungssignals . Dies hat den Vorteil, daß die Zähler ZI, Z2 der Steuereinrichtung 9 und der Steuereinheit 12 synchronisiert sind.

In einem Schritt S2a wird geprüft, ob das Meßsignal MS eine steigende Flanke aufweist. Ist dies nicht der Fall, so wird die Bedingung des Schrittes 2a, ggf. nach einer vorgegebenen Wartezeit, erneut geprüft. Ist dies jedoch der Fall, so wird in einem Schritt S3a der zweite Zähler Z2 um den Wert 1 inkrementiert .

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spielsweise Ventil-Öffnen oder Ventil-Schließen in der Aktionstabelle abgelegt. In einem Schritt Sll wird dann das Programm gestoppt . Das Programm wird dann bevorzugt entweder beim Eintritt des Ereignisses "Steuerbefehl empfangen" oder nach einer vorgegebenen Wartezeit erneut aufgerufen.

Ein weiteres Programm, das in Figur 5 dargestellt ist, wird in der Steuereinheit 12 vorzugsweise zyklisch oder auch als Interrupt-Prozedur abgearbeitet. In einem Schritt S15 wird das Programm gestartet.

In einem Schritt S16 wird geprüft, ob in der Aktionstabelle AT ein Eintrag mit einem Soll -Zählerstand vorhanden ist, der dem aktuellen Zählerstand des zweiten Zählers Z2 entspricht.

Ist dies nicht der Fall, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S18 fortgesetzt. Ist dies jedoch der Fall, so wird in einem Schritt S17 aus der Aktionstabelle der entsprechende Steuerbefehl herausgelesen und ausgeführt.

Anschließend wird die Bearbeitung in dem Schritt S18 fortgesetzt, in dem geprüft wird, ob sich der Zählerstand seit der Durchführung des Schrittes S16 geändert hat. Ist dies nicht der Fall, so wird das Programm gestoppt. Andernfalls wird die Bearbeitung in dem Schritt S16 fortgesetzt.

Die Steuerbefehle, die zum Ansteuern der Stellglieder der verschiedenen Zylinder vorgesehen sind, können alle in der gemeinsamen Aktionstabelle AT abgelegt werden, da die Zähler- stände unabhängig von einem Bezug auf den jeweiligen oberen Totpunkt bei Zündung oder einen sonstigen zylinderspezifischen Bezugspunkt sind. Daher kann auch einfach ein zwei, vier, sechs oder acht Takt-Betrieb der Brennkraftmaschine realisiert werden, ohne daß Anpassungen an den Steuerbefehlen und der Schnittstellen der Steuereinrichtung und der Steuereinheit notwendig sind. Die Übertragung der Steuerbefehle von der Steuereinrichtung zur Steuereinheit kann prinzipiell jederzeit unter Berücksichtigung der zur Verarbeitung benötigten Rechenzeit erfolgen. Mittels des umlaufenden ersten und zweiten Zählers wird ein Bezug geschaffen, der sowohl in der Steuereinrichtung als auch in der Steuereinheit bekannt ist.

Weitere Vorteile sind, daß die Steuerbefehle für den Einsatz bei verschiedenen Motorbauarten, z. B. verschiedene Zylinder- zahlen nicht modifiziert werden müssen. Prozessbedingt optimale Sendezeitpunkt bzw. Sendekurbelwellenwinkel für die Steuerbefehle können von der Steuereinrichtung festgelegt werden. Sie müssen nicht auf eine maximale Drehzahl, für die Berechnungs- und Stellzeiten ausreichen, festgelegt werden.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Werte des ersten und zweiten Zählers ZI, Z2 in der Steuereinrichtung 9 und in der Steuereinheit 12 jeweils beim Empfang des Synchronisierungs- signals gespeichert werden und dann entweder die Steuerein- richtung oder die Steuereinheit den eigenen Zählerstand an die andere, also die Steuereinheit 12 oder die Steuereinrichtung übermittelt, die sich dann auf den jeweils anderen Zählerstand synchronisieren kann. Dadurch ist eine gemeinsame Zählerbasis gewährleistet .

Claims

Patentansprüche

1. Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit

- Mitteln zum Erzeugen von Steuerbefehlen zum Steuern von Stellgliedern abhängig von mindestens einer Messgröße,

- einer Kommunikationsschnittstelle, zum Austausch von Nachrichten mit einer Steuereinheit (10) für Stellglieder,

- einem Zähler (ZI), dessen Zählerstand abhängt von den Pulsen eines Messsignals (MS) eines inkrementellen Kurbelwellen- winkelsensors, wobei die Steuerbefehle Soll -Zählerstände für die Durchführung der Steuerungsaufgaben enthalten.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler ein umlaufender Zähler ist, dessen Zähler- stand unabhängig ist von der Inkrementzahl des Kurbelwellen- winkelsensors während eines Arbeitspiels der Brennkraftmaschine .

3. Steuereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler ein Dualzähler vorgegebener Bit -Länge ist.

4. Steuereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zählerstand des Zählers (ZI) zwischen den Pulsen des Messsignals (MS) interpoliert wird.

5. Steuereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Synchronisieren des Zählerstands des Zählers (ZI) und eines weiteren Zählers (Z2) in der Steuereinheit (10) vorhanden sind.

6. Steuereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder Gaswechsel - ventile sind.

7. Steuereinheit für Stellglieder einer Brennkraftmaschine mit

- einer Kommunikationsschnittstelle, zum Austausch von Nachrichten mit einer Steuereinrichtung (9) der Brennkraft- maschine, die Steuerbefehle erzeugt zum Steuern der Stellglieder,

- einem Zähler (Z2) , dessen Zählerstand abhängt von den Pulsen eines Messsignals (MS) eines inkrementellen Kurbelwellen- winkelsensors , wobei die Steuerbefehle Soll-Zählerstände für die Durchführung der Steuerungsaufgaben enthalten und Mittel vorgesehen sind zum Durchführen der Steuerungsaufgaben abhängig von dem Zählerstand und dem Soll-Zählerstand.

8. Steuereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler ein umlaufender Zähler ist, dessen Zählerstand unabhängig ist von der Inkrementzahl des Kurbelwellen- winkelsensors während eines Arbeitspiels der Brennkraftmaschine .

9. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler ein Dualzähler vorgegebener Bit-Länge ist.

10. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zählerstand des Zählers (Z2) zwischen den Pulsen des Messsignals (MS) interpoliert wird.

11. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Synchronisieren des Zähler- Stands des Zählers (Z2) und eines weiteren Zählers (ZI) in der Steuereinheit (10) vorhanden sind.

12. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder Gaswechselventile sind.

13. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine, bei dem - Steuerbefehle zum Steuern von Stellgliedern abhängig von mindestens einer Messgröße in einer Steuereinrichtung (9) erzeugt werden, die Soll -Zählerstände für die Durchführung von Steuerungsaufgaben enthalten, - die Steuerbefehle an eine Steuereinheit (10) für Stellglieder gesendet und dort empfangen werden,

- ein Zählerstand eines Zählers abhängig von den Pulsen eines Messsignals (MS) eines inkrementellen Kurbelwellenwinkel - sensors verändert wird, - und die durch die Steuerbefehle vorgegebenen Steuerungsaufgaben in der Steuereinheit (10) abhängig von dem Zählerstand und dem Soll-Zählerstand durchgeführt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler ein umlaufender Zähler ist, dessen maximaler Zähler standunabhängig ist von der Inkrementzahl des Kurbelwel- lenwinkelsensors während eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine .