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Diese Anmeldung basiert auf Anmeldung Nr. 2001-183000,
eingereicht in Japan am 18. Juni 2001, deren Inhalt hiermit
durch Bezugnahme aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem
für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf eine Technik
zum Steuern von Zündpunkteinstellung,
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung und einer
Kraftstoffeinspritzmenge.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Wichtige Steuerfunktionen eines Steuersystems für einen
Verbrennungsmotor umfassen Zündpunkteinstellungssteuerung für
Zündspulen und Kraftstoffeinspritzzeitverstellungssteuerung
und Kraftstoffeinspritzmengensteuerung für
Kraftstoffeinspritzventile. Hier ist zu bemerken, dass zur
Zeiteinstellungssteuerung der Zündpunkteinstellung und der
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung allgemein ein Verfahren
eingesetzt wird (Zyklusvorhersageverfahren), in dem ein
gegenwärtiger Zyklus oder Periode zwischen Referenzsignalen,
die Referenzpositionen der Drehung eines Motors (d. h., Zyklus
oder Periode zwischen vorbestimmten festen Winkeln)
darstellen, gemessen wird und der nächste vorgeschriebene
Zyklus oder Periode basierend auf dem so gemessenen
gegenwärtigen Zyklus oder Periode geschätzt oder vorhergesagt
wird.
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Fig. 13 ist eine als Beispiel dienende Ansicht, die das
Zyklusvorhersageverfahren darstellt. Zunächst wird ein
Referenzsignal durch einen Referenzsignalgenerator zu jeder
Zeiteinstellung, zum Beispiel zu Zeitpunkten tn-2, tn-1 bzw.
tn erzeugt, wie in Fig. 13 gezeigt. Unter Annahme von tn als
die gegenwärtige Zeiteinstellung (Zeit), kann hier ein
gegenwärtig gemessener Zyklus T(n) wie folgt berechnet
werden: T(n) = tn - tn-1. Danach wird der nächste geschätzte
oder vorhergesagte Zyklus T(F) wie folgt berechnet: T(F) =
T(n) ± α, wobei α ein später zu beschreibender
Korrekturfaktor ist. Basierend auf diesem gemessenen und
geschätzten Zyklen wird eine Vielzahl von Arten von
Zeiteinstellungssteueroperationen durchgeführt.
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Fig. 14 stellt die Konfiguration eines bekannten
Steuersystems dieser Art für einen Verbrennungsmotor dar. In
Fig. 14 umfasst das bekannte Steuersystem eine
Verbrennungsmotorsteuereinheit (ECU) 1, einen
Referenzsignalgenerator 3, eine Zünd-(IG)-Spule 8 und ein
Kraftstoffeinspritzventil 10. Die ECU 1 umfasst eine CPU 2,
die als ein Arithmetikverarbeitungsabschnitt agiert, eine
Referenzsignaleingangs-I/F-Schaltung 5, eine IG-Spulensteuer-
I/F-Schaltung 7, verbunden mit der Zünd-(IG)-Spule 8, und
eine Einspritzventilsteuer-I/F-Schaltung 9, verbunden mit dem
Kraftstoffeinspritzventil 10.
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Fig. 15 stellt ein Zeitdiagramm von Signalen in jeweiligen
Teilen des Systems von Fig. 14 dar.
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Nun wird auf den Betrieb des bekannten Steuersystems für
einen Verbrennungsmotor Bezug genommen, während auf die Fig.
14 und 15 verwiesen wird. Durch den Referenzsignalgenerator 3
wird zu einer vorbestimmten Zeiteinstellung ein Signal
generiert, so dass eine Referenzzeiteinstellung in die CPU 2
in der ECU 1 über die Referenzsignaleingangs-I/F-Schaltung 5
eingegeben wird. Wenn diese Referenzzeiteinstellung in die
CPU 2 eingegeben wird, wird in der Verarbeitung der CPU 2 ein
Referenzsignalinterrupt generiert, wodurch die CPU 2 eine
Verarbeitung der Zündpunkteinstellung, der
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung und der
Kraftstoffeinspritzmenge für einen Zylinder durchführt, der
den gegenwärtigen Interrupt generiert hat.
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Zum Beispiel stellt die CPU 2 eine
Erregungsstartzeiteinstellung T1 und eine Zünd-
(Unterbrechung)-Zeiteinstellung T2 (siehe ein Signal S2 für
diese Zeiteinstellung) für die IG-Spule 8 in einen
vorgeschriebenen Zeitgeber ein. Die CPU stellt ebenfalls eine
Kraftstoffeinspritzstartzeiteinstellung T0 (siehe ein Signal
S4) in einen anderen vorgeschriebenen Zeitgeber ein. Wenn
jeder Zeitgeber mit diesen darin eingestellten
Zeiteinstellungen eine vorbestimmte Zeitperiode (Zeitdauer)
abzählt, wird ein Interrupt generiert, um eine
Ausgabeverarbeitung durchzuführen, so dass Ausgangssignale
von diesen Zeitgebern an die entsprechenden Steuer-I/F-
Schaltungen 7 bzw. 9 gesandt werden.
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Wie zum Beispiel in Fig. 15 gezeigt, wird mit einem Interrupt
der IG-Spulenerregungsstartzeiteinstellung T1 der Ausgang S2
der CPU 2 an die IG-Spulensteuer-I/F-Schaltung 7 von einem
Niedrig-(L)-Pegel in einen Hoch-(H)-Pegel geschaltet,
wohingegen zur IG-Spulenzünd-(Unterbrechung)-Zeiteinstellung
T2 der Ausgang S2 vom H-Pegel in den L-Pegel geschaltet wird,
wobei dadurch die IG-Spule 8 veranlasst wird, eine
Zündausgabe zu generieren.
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Zur Kraftstoffeinspritzstartzeiteinstellung T0 wird eine
Ausgabe S4 der CPU 2 an die Einspritzventilsteuer-I/F-
Schaltung 9 vom L-Pegel in den H-Pegel geschaltet und
gleichzeitig wird eine Impulsweite (Zeitdauer) TP
entsprechend einer Einspritzmenge in einen vorgeschriebenen
Zeitgeber eingestellt, wodurch eine vorbestimmte
Kraftstoffmenge vom Einspritzventil 10 geliefert werden kann.
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Im Fall dieses Zyklusvorhersageverfahrens wird die
Genauigkeit des nächsten Vorhersagezyklus ein wichtiger
Steuerparameter. Das heißt, wenn der Vorhersagezyklus oder
die Vorhersageperiode ungenau ist, wird es Fehler oder
Abweichungen in der Zündpunkteinstellung und der
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung geben, was somit eine
Möglichkeit des nachteiligen Beeinflussens der Steuerung und
des Betriebs eines angeschlossenen Verbrennungsmotors erhöht.
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Um die Genauigkeit der oben erwähnten Zyklusvorhersage zu
verbessern, werden gegenwärtig verschiedene Korrekturen für
Motorbetriebsbedingungen durchgeführt (z. B. wird der
Vorhersagezyklus eingestellt, während einer Beschleunigung
kürzer und während einer Abbremsung länger zu sein), oder es
werden die Intervalle zwischen Impulsen des Referenzsignals
verkürzt, um zu ermöglichen, Schwankungen in der Drehung des
Motors für eine verbesserte Genauigkeit zu erfassen, und sie
zu absorbieren.
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Unter den obigen Umständen sind die oben erwähnte
Zündpunkteinstellung und die
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung wichtige Elemente für die Motorausgabeleistung
und ihre Stabilität in Verbrennungsmotoren, und deshalb wird
eine hohe Genauigkeit für diese wichtigen Elemente gefordert.
Insbesondere wird im System eines Direkteinspritzverfahrens,
in dem Kraftstoff direkt in die Motorzylinder eingespritzt
wird, eine Genauigkeit in der
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung erfordert, die höher ist
als zuvor und wird deshalb ein noch wichtigeres Element.
Darüber hinaus sind im Fall von Zweitaktmotoren Schwankungen
in der Drehzahl des Motors wegen Motorstrukturen groß, und
deshalb entsteht ein Problem, dass eine genaue
Zyklusvorhersage schwierig ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist gedacht, die Probleme, auf die
oben verwiesen wurde, zu vermeiden und hat als ihr Ziel, ein
Steuersystem für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen,
welches in der Lage ist, jederzeit Zündpunkteinstellung und
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung in einer stabilen Weise
sogar in einem Motor oder in einem Betriebsbereich oder unter
einer Betriebsbedingung, in denen es große Schwankungen in
der Drehzahl des Motors gibt, zu steuern.
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Unter Berücksichtigung des obigen Ziels befindet sich die
vorliegende Erfindung in einem Steuersystem für einen
Verbrennungsmotor, umfassend: einen Referenzsignalgenerator
zum Generieren eines Referenzsignals, das eine
Referenzposition der Drehung des Motors darstellt; einen
Festwinkelsignalgenerator zum Generieren eines
Festwinkelsignals, das eine Auflösung hat, die höher als die
des Referenzsignals ist und das eine Drehposition des Motors
darstellt; und eine Verbrennungsmotorsteuereinheit mit einem
Arithmetikverarbeitungsabschnitt, betriebsfähig, das
Referenzsignal und das Festwinkelsignal zu empfangen und
Zündpunkteinstellung und Kraftstoffeinspritzzeitverstellung
zu steuern basierend auf einem Zählwert des Festwinkelsignals
mit dem Referenzsignal, angenommen als eine Referenz, wobei
die Verbrennungsmotorsteuereinheit ebenfalls betriebsfähig
ist, eine Kraftstoffeinspritzmenge durch eine Zeitmessung zu
steuern.
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In einer bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung umfasst
die Verbrennungsmotorsteuereinheit einen Speicherabschnitt
zum Speichern einer Tabelle, die umfasst Kurbelwinkel, die
Motordrehpositionen der Zündpunkteinstellung und der
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung darstellen, und eine
Kraftstoffeinspritzzeit, die die Kraftstoffeinspritzmenge zum
Bestimmen einer idealen Zündpunkteinstellung, einer idealen
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung und einer idealen
Kraftstoffeinspritzmenge unter jeder Motorbetriebsbedingung
darstellt. Die Arithmetikverarbeitungsabschnitt umfasst
Zähler zum Aufrechnen des Festwinkelsignals zu jeweils
eingestellten Werten der Kurbelwinkel, die in Übereinstimmung
mit der Tabelle eingestellt sind, um die Zündpunkteinstellung
und die Kraftstoffeinspritzzeitverstellung zu steuern, und
einen Zeitgeber zum Messen einer Zeit bis zu einem
eingestellten Zeitwert, der in Übereinstimmung mit der
Tabelle eingestellt ist, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu
steuern.
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In einer anderen bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung
umfasst der Festwinkelsignalgenerator einen Drehkranz, der
betriebsfähig ist, sich in Synchronisation mit der Drehung
des Motors zu drehen, und einen Drehsensor zum Erfassen eines
Zahns des Drehkranzes und zum Generieren des entsprechenden
Festwinkelsignals. Die Verbrennungsmotorsteuereinheit umfasst
eine Festwinkelsignal-I/F-Schaltung zum Generieren von vier
Impulsen von einem Zahn des Drehkranzes basierend auf dem
Festwinkelsignal vom Drehsensor.
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In einer weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung
umfasst die Festwinkelsignal-I/F-Schaltung eine
Zweiweggleichrichterschaltung zum Zweiweggleichrichten des
Festwinkelsignals vom Drehsensor, um ein
zweiweggleichgerichtetes Signal zu generieren, eine
Normalintervall-Impulsformungsschaltung zum Aufschneiden des
zweiweggleichgerichteten Signals auf einem vorbestimmten
Spannungspegel, um ein Impulssignal eines halben
Tastverhältnisses zu generieren, und eine Impulsschaltung zum
Generieren eines Impulses jedes Mal, wenn die
Impulssignalausgabe von der Normalintervall-
Impulsformungsschaltung steigt oder fällt.
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In der vorliegenden Erfindung umfasst ein Steuersystem für
einen Verbrennungsmotor einen Referenzsignalgenerator zum
Generieren eines Referenzsignals des Motors, einen
Festwinkelsignalgenerator zum Generieren eines Festwinkel-
(Hochauflösung)-Signals des Motors und eine
Verbrennungsmotorsteuereinheit (ECU) mit einer CPU, die als
ein Arithmetikverarbeitungsabschnitt zum Generieren von
Steuersignalen an eine Zünd-(IG)-Spule und ein
Kraftstoffeinspritzventil basierend auf dem Referenzsignal
und dem Festwinkelsignal, um dadurch Zündpunkteinstellung,
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung und eine
Kraftstoffeinspritzmenge zu steuern.
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Durch Winkelzählen unter Verwenden des Referenzsignals und
des Festwinkelsignals steuert die CPU die
Zündpunkteinstellung, die einen Erregungsstartzeitpunkt und
einen Zündzeitpunkt für die IG-Spule umfasst, und die
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung (Steuerzeiteinstellung),
die ein Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkt des
Kraftstoffeinspritzventils ist. Die CPU steuert ebenfalls die
Kraftstoffeinspritzmenge (Steuerzeit) durch Verwenden eines
Zeitgebers (Zeit) in der CPU. Im Ergebnis wird es möglich,
die Zündpunkteinstellung, die
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung und die
Kraftstoffeinspritzmenge jederzeit sogar in einem Motor oder
in einem Betriebsbereich oder unter einer Betriebsbedingung,
in denen Schwankungen in der Drehzahl des Motors groß sind,
stabil zu steuern.
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Außerdem umfasst die ECU ferner eine Eingangs-I/F-Schaltung
für das Festwinkelsignal, welche dazu dient, die Auflösung
des dazu eingegebenen Festwinkelsignals zu verbessern.
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Die obigen und andere Ziele, Leistungsmerkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden einem Durchschnittsfachmann
aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang
mit den begleitenden Zeichnungen leichter offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines
Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt.
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Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm von Signalen in jeweiligen
Teilen des Systems von Fig. 1.
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Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer CPU
von Fig. 1 darstellt.
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Fig. 4 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der CPU von
Fig. 1 darstellt.
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Fig. 5 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der CPU von
Fig. 1 darstellt.
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Fig. 6 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der CPU von
Fig. 1 darstellt.
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Fig. 7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Tabelle
darstellt, die Idealeinstellungen zum Steuern von
Zündpunkteinstellung,
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung und einer Kraftstoffeinspritzmenge in
jeweiligen Betriebsbedingungen, verwendet zur
Steuerung der vorliegenden Erfindung und
gespeichert in einem RAM von Fig. 1, darstellt.
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Fig. 8 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Tabelle
darstellt, die Idealeinstellungen einer IG-
Spulenerregungszeit und die Anzahl von
Festwinkelsignalimpulsen in Bezug auf die
Batteriespannung, verwendet zur Steuerung der
vorliegenden Erfindung und gespeichert in einem RAM
von Fig. 1, darstellt.
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Fig. 9 ist eine Ansicht, die ein Beispiel des Aufbaus
eines Festwinkelsignalgenerators in einem
Steuersystem für einen Verbrennungsmotor gemäß
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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Fig. 10 ist eine Ansicht, die insbesondere ein Beispiel des
Aufbaus einer Festwinkelsignaleingangs-I/F-
Schaltung eines Steuersystems für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt.
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Fig. 11 ist ein Zeitdiagramm von Signalen in jeweiligen
Teilen des Systems von Fig. 10.
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Fig. 12 ist eine Ansicht, die eine Normalintervall-
Impulsgenerierung in der vorliegenden Erfindung
erläutert.
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Fig. 13 ist eine Ansicht, die ein Zyklusvorhersageverfahren
zum Vorhersagen oder Schätzen des nächsten Zyklus
in einer bekannten Zeiteinstellungssteuerung einer
Zündpunkteinstellung und
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung erläutert.
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Fig. 14 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines bekannten
Steuersystems dieser Art für einen
Verbrennungsmotor darstellt.
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Fig. 15 ist eine Ansicht, die ein Zeitdiagramm von Signalen
in jeweiligen Teilen des Systems von Fig. 14
darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
detailliert beschrieben.
Ausführungsform 1
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Fig. 1 erläutert den Aufbau eines Steuersystems für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. In dieser Figur werden die gleichen
oder entsprechende Teile wie jene des oben erwähnten
bekannten Steuersystems für einen Verbrennungsmotor durch die
gleichen Zeichen identifiziert. Das Steuersystem dieser
Ausführungsform umfasst eine Verbrennungsmotorsteuereinheit
(ECU) 1a mit einer CPU 2, die als ein darin eingegliederter
Arithmetikverarbeitungsabschnitt agiert, einen
Referenzsignalgenerator 3 zum Generieren eines
Referenzsignals, das eine Referenzposition der Drehung des
Motors darstellt, und einen Festwinkelsignalgenerator 4 zum
Generieren eines Festwinkelsignals, das eine Drehposition des
Motors mit einer Auflösung, die höher als die des
Referenzsignals ist, darstellt. Die ECU 1a umfasst eine
Referenzsignaleingangs-I/F-Schaltung 5, eine
Festwinkelsignaleingangs-I/F-Schaltung 6, eine IG-
Spulensteuer-I/F-Schaltung 7, verbunden mit IG-Spulen 8 (es
ist nur eine dargestellt), und eine Einspritzventilsteuer-
I/F-Schaltung 9, verbunden mit Kraftstoffeinspritzventilen 10
(es ist nur eines dargestellt). Die ECU 1a umfasst ferner
einen RAM 21 zum zeitweiligen Speichern von Daten und Zähler
C0, C1, C2 und einen Zeitgeber TM, von denen alle zum
Beispiel durch Software in der CPU 2 gebildet werden können.
Außerdem bezeichnet ein Referenzzeichen 31 einen
Drosselöffnungssensor und ein Referenzzeichen 32 bezeichnet
einen Batteriespannungssensor.
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Fig. 2 stellt ein Zeitdiagramm von Signalen in jeweiligen
Teilen des Systems von Fig. 1 dar, und die Fig. 3 bis
einschließlich 6 sind Flussdiagramme, die den Betrieb der CPU
2 darstellen.
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In der vorliegenden Erfindung werden unter Verwendung des
Referenzsignalgenerators 3 und des Festwinkelsignalgenerators
4 (ein vorbestimmtes Auflösungssignal des Kurbelwinkels, zum
Beispiel eine Auflösung von 1° Kurbelwinkel (CA)) die
Zeiteinstellungssteuerung im Erregungsstart und in der
Zündung (Unterbrechung) von jeder IG-Spule 8 und die
Zeiteinstellungssteuerung im Kraftstoffeinspritzstart von
jedem Kraftstoffeinspritzventil 10 durch ein
Winkelzählverfahren gemäß den Zählern C0, C1, C2 der CPU 2
durchgeführt, und gleichzeitig wird die
Kraftstoffeinspritzmenge (Einspritzventilsteuerdauer) durch
den Zeitgeber TM (Zeit) der CPU 2 gesteuert, wodurch es
möglich wird, die Zündpunkteinstellung, die
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung und die
Kraftstoffeinspritzmenge jederzeit in einer stabilen Weise
sogar in einem Motor, in dem Schwankungen in der Drehzahl des
Motors groß sind, oder in einem Betriebsbereich oder unter
einer Betriebsbedingung des Motors, in denen Schwankungen in
der Drehzahl des Motors groß sind, zu steuern.
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Der Betrieb dieser Ausführungsform wird nun nachstehend gemäß
den Fig. 1 bis einschließlich 6 beschrieben. Es werden ein
Referenzsignal S1 und ein Festwinkelsignal S3 in die CPU 2
eingegeben, und die CPU 2 zählt das Festwinkelsignal S3
mittels der Zähler C0, C1, C2 basierend auf dem
Referenzsignal S1.
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Wenn ein Interrupt entsprechend der Referenzzeiteinstellung
von jedem Zylinder des Referenzsignals S1 stattfindet (Fig.
3), wird ein gegenwärtiger Zylinder (zum Beispiel Zylinder
#1) überprüft und es wird die Zündzylinderverarbeitung
entsprechend dem gegenwärtigen Zylinder durchgeführt (Schritt
S301). Zuerst werden ein Winkel vom gegenwärtigen
Interruptwinkel (entsprechend dem Referenzsignal S1,
angezeigt in BTDC 70° in Fig. 2) zu einem Winkel entsprechend
der Erregungsstartzeiteinstellung T1, in der eine Erregung
des gegenwärtig gesteuerten Zylinders (z. B. Zylinder #1)
gestartet wird, und ein Winkel vom gegenwärtigen
Interruptwinkel zur Zünd- oder Unterbrechungszeiteinstellung
T2, in der eine Zündung oder Unterbrechung des gegenwärtig
gesteuerten Zylinders (z. B. Zylinder #1) bewirkt wird, für
eine Zündpunkteinstellungssteuerung berechnet, und diese so
berechneten Winkel werden dann in Zählwerte entsprechend dem
Festwinkelsignal S3 umgewandelt.
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Im RAM 21 wird vorab eine Tabelle gespeichert, die
Kurbelwinkel KA1T0, KB1T0,. . . KA1T2, KB1T2,. . . vom
Referenzsignal S1 zum idealen
Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkt T0 bzw. dem idealen Zündzeitpunkt T2 unter
jeweiligen Betriebsbedingungen und ideale
Kraftstoffeinspritzzeiten oder -dauern TPA1, TPB1,. . . für
jeweilige Zylinder darstellt. Die Betriebsbedingungen werden
durch die Drehzahlen des Motors ECA, ECB,. . ., erhalten vom
Referenzsignal S1, oder durch Drosselöffnungen THA, THB,...,
erhalten vom Drosselöffnungssensor 31, bestimmt. Die
Bestimmung der Zylinder wird basierend auf dem Referenzsignal
S1 vorgenommen.
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Die CPU 2 berechnet Kurbelwinkel K vom Referenzsignal S1 zu
dem idealen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt T0 und dem idealen
Zündzeitpunkt T2 und einem idealen
Kraftstoffeinspritzzeitpunkt TP basierend auf einer Betriebsbedingung, bestimmt
durch die Drehzahl des Motors EC oder die Drosselöffnung TH,
während in der in Fig. 7 gezeigten Tabelle nachgesehen wird.
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Wenn das Referenzsignal S1 in einem Kurbelwinkel von 70° ist
und ein idealer Kurbelwinkel vom Referenzsignal S1 zum
Zündzeitpunkt T2 15° ist, wie in Fig. 2 gezeigt, wird der
ideale Kurbelwinkel ein 15. Impuls sein, wenn ein Impuls des
Festwinkelsignals S3 einen Kurbelwinkel von 1° darstellt.
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Um außerdem der CPU 2 zu ermöglichen, den idealen
Erregungsstartzeitpunkt T1 an jede IG-Spule 8 aus dem
Zündzeitpunkt T2 zu berechnen, wird ferner im RAM 21 vorab
eine Tabelle gespeichert, wie zum Beispiel in Fig. 8 gezeigt,
die eine Erregungszeit t an jede IG-Spule 8 oder die Anzahl
von Festwinkelsignalimpulsen m entsprechend der Erregungszeit
t in Bezug auf die sich ändernde Batteriespannung VB
darstellt.
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Die CPU 2 berechnet aus der in Fig. 8 gezeigten Tabelle die
ideale Erregungszeit t an jede IG-Spule 8 basierend auf der
Batteriespannung, erhalten vom Batteriespannungssensor 32,
und wandelt sie in die entsprechende Anzahl von
Festwinkelsignalimpulsen um oder sie berechnet die Anzahl von
Festwinkelsignalimpulsen entsprechend der idealen
Erregungszeit t direkt aus der Batteriespannung.
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Im in Fig. 2 gezeigten Fall zum Beispiel ist die
Batteriespannung 12 V und die Erregungszeit ist tn, oder die
Anzahl von Festwinkelsignalimpulsen entsprechend dieser
Erregungszeit tn ist 8. Deshalb wird der
Erregungsstartzeitpunkt T1 ein 7. (= 15 - 8) Impuls.
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Danach wird der Erregungsstartzeiteinstellungszählwert (z. B.
7 im Beispiel von Fig. 2) in den Zähler C1 eingestellt, der
die Erregungsstartzeiteinstellung steuert, und der Zähler C1
wird gestartet zu zählen (Schritt S303). Ähnlich wird der
Zünd-(Unterbrechung)-Zeiteinstellungszählwert (z. B. 15 im
Beispiel von Fig. 2) in den Zähler C2 eingestellt, der eine
Zünd-(Unterbrechung)-Zeiteinstellung steuert, und der Zähler
C2 wird gestartet zu zählen (Schritt S305). Zu dieser Zeit
wird die Zylindernummer (Nr.), die den gegenwärtig in die
jeweiligen Zähler eingestellten Zeiteinstellungszählwerten
entspricht, an eine vorbestimmte Stelle im RAM 21 mit einem
Merker eingestellt.
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Anschließend wird die Einspritzzylinderverarbeitung
entsprechend dem gegenwärtigen Zylinder durchgeführt (Schritt
S307). Zur Kraftstoffeinspritzsteuerung wird die ideale
Kraftstoffeinspritzstartzeiteinstellung T0 (zum Beispiel der
5. Impuls im Beispiel von Fig. 2) basierend auf der in Fig. 7
dargestellten Tabelle in der gleichen Weise wie oben
beschrieben bestimmt, und ein
Kraftstoffeinspritzstartzeiteinstellungszählwert (z. B. 5 in Beispiel von Fig. 2)
wird in den Zähler C0 eingestellt, und der Zähler C0 wird
gestartet zu zählen. Außerdem werden andere notwendige
Steueroperationen (obwohl deren Beschreibung weggelassen
wird, da sich diese Steueroperationen nicht insbesondere auf
die vorliegende Erfindung beziehen) durchgeführt und die
Referenzsignalinterruptverarbeitung wird abgeschlossen
(Schritt S309).
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Danach finden, wenn die jeweiligen Zähler C0 bis
einschließlich C2, die nur bis zu ihren eingestellten Werten
aufrechnen, ihre jeweils eingestellten Werte erreichen,
entsprechende Interrupts statt, wie jeweils in den Fig. 4 bis
einschließlich 6 gezeigt. Im Fall der auf die
Zündpunkteinstellung bezogenen Zähler C1, C2 wird überprüft,
welchem Zylinder der gegenwärtige Interrupt entspricht
basierend auf dem Inhalt des Merkers an der vorbestimmten
Stelle im RAM 21, und es wird die Steuerausgangsverarbeitung
an die IG-Spule 8 des entsprechenden Zylinders durchgeführt.
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Speziell wird in Fällen, wo der Zählwert des
Erregungsstartzählers C1 den eingestellten Wert erreicht und
einen Interrupt generiert (Fig. 4) ein Zylinder, zu dem die
gegenwärtige Erregung zu starten ist, bestätigt und überprüft
durch den Inhalt des Merkers im RAM, und es wird eine
Erregungsstartausgabe an den vorbestimmten Zylinder
generiert, d. h., das Signal S2 wird vom L-Pegel in den H-
Pegel umgeschaltet (Schritt S401).
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In Fällen, wo der Zählwert des Zünd-(Unterbrechung)-Zählers
C2 den eingestellten Wert erreicht und einen Interrupt
generiert (Fig. 5), wird ein Zylinder, zu dem die
gegenwärtige Zündung (Unterbrechung) durchzuführen ist,
bestätigt und überprüft durch den Inhalt des Merkers im RAM,
und es wird eine Zünd-(Unterbrechung)-Ausgabe an den
vorbestimmten Zylinder generiert, d. h., das Signal S2 wird
vom H-Pegel in den L-Pegel umgeschaltet (Schritt S501).
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Ebenfalls wird im Fall des auf den Kraftstoffeinspritzstart
bezogenen Zählers C0, wenn der Zählwert des Zählers C0 den
eingestellten Wert erreicht und einen Interrupt generiert
(Fig. 6), ähnlich eine Steuerausgabe an das
Kraftstoffeinspritzventil 10 eines entsprechenden Zylinders
generiert, d. h., das Signal S4 wird vom L-Pegel in den H-
Pegel umgeschaltet (Schritt S601), und es wird dann eine
Kraftstoffeinspritzzeit TP (Einspritzventilsteuerzeit)
entsprechend einer Kraftstoffeinspritzmenge für den
entsprechenden Zylinder aus der in Fig. 7 gezeigten Tabelle
wie oben beschrieben bestimmt und in den Zeitgeber TM
eingestellt, der dann gesteuert wird, das Zählen zu starten
(Schritt S603).
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Wenn hier der Zeitgeber TM, der die so eingestellte
Kraftstoffeinspritzzeit TP misst, den eingestellten Wert
erreicht, wird die Steuerausgabe an das Einspritzventil 10
gestoppt, d. h., das Signal S4 wird vom H-Pegel in den L-Pegel
umgeschaltet.
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Auf diese Weise werden die Zündpunkteinstellung und die
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung gemäß dem
Kurbelwinkelzählverfahren gesteuert, so dass eine genaue
Steuerung in der Zündpunkteinstellung und der
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung sogar in Fällen, wo
Schwankungen in der Drehung des Motors zur Zeit des
Leerlaufs, der Beschleunigung, der Abbremsung, etc. groß
sind, bewirkt werden kann. Außerdem wird Genauigkeit in der
Kraftstoffeinspritzmenge durch genaues Steuern der
Zündpunkteinstellung und der
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung ebenfalls stabil.
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Hier ist zu bemerken, dass es in diesem System, es ist derart
aufgebaut, dass jedes Mal, wenn ein Interrupt von jedem
Zähler oder Zeitgeber generiert wird, ein Zählwert oder ein
Zeitgebereinstellwert entsprechend dem nächsten Zylinder, der
anschließend zu verarbeiten ist, und der entsprechende
Zylinder eingestellt werden, wodurch es sogar im Fall, dass
eine Anomalie (eine Unterbrechung in Signalleitungen etc.) im
Referenzsignal S1 im Verlauf von dessen Übertragung auftritt,
möglich wird, das Steuern der Zündpunkteinstellung und der
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung in einer stabilen Weise
fortzusetzen, solange wie das Festwinkelsignal S3 normal ist.
Ausführungsform 2
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Zunächst kann der Festwinkelsignalgenerator 4 zum Generieren
des Festwinkelsignals S3 in der Form eines
Hochauflösungssignals (Kurbelwinkelsignal) derart aufgebaut
sein, dass die Zähne eines Drehkranzes 41, der gewöhnlich zum
Starten eines Motors mittels eines Anlassers verwendet wird
und der um die Kurbelwelle (nicht insbesondere gezeigt) des
Motors angeordnet ist, um in Synchronisation damit gedreht zu
werden, durch einen Drehsensor 42 in der Form eines
elektromagnetischen Sensors zum Beispiel, wie in Fig. 9
gezeigt, erfasst wird. Mit einem derartigen Aufbau ist es
möglich, den Festwinkelsignalgenerator durch Verwenden
vorhandener Zulieferungsteile des Motorsteuersystems in einer
einfachen und leichten Weise herzustellen.
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Hier sollte bemerkt werden, dass die Anzahl von Zähnen des
Drehkranzes im allgemeinen klein ist und wenn deshalb
Signalimpulse in direkter Übereinstimmung mit der Anzahl der
Zähne generiert werden, gibt es eine Begrenzung in der
Auflösung des so generierten Signals, d. h., es ist unmöglich,
ein Hochauflösungssignal zu erhalten ebenso wie die
Steuergenauigkeit zu verbessern. Es ist jedoch möglich, die
Auflösung des Signals, das die Zähne des Drehkranzes erfasst,
mittels der Eingangs-I/F-Schaltung der ECU 1a zu verbessern.
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Fig. 10 zeigt insbesondere ein Beispiel der Konfiguration
einer Festwinkelsignaleingangs-I/F-Schaltung eines
Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß einer anderen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der vier
Impulse mit regelmäßigen oder gleichen Intervallen für einen
Zahn eines Drehkranzes generiert werden können. Fig. 11
erläutert ein Zeitdiagramm von Signalen in jeweiligen Teilen
des Systems von Fig. 10.
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In dieser Figur werden die gleichen oder entsprechende Teile
wie jene der oben erwähnten Ausführungsform durch die
gleichen Zeichen identifiziert. Eine
Festwinkelsignaleingangs-I/F-Schaltung 6a, in die ein
Festwinkelsignal S7 von einem Festwinkelsignalgenerator 4
(gezeigt als eine Spule des Drehsensors 42) von einem
derartigen wie in Fig. 9 dargestellten Aufbau eingegeben
wird, umfasst einen Zweiweggleichrichter 61 zum
Zweiweggleichrichten des Festwinkelsignals S7 vom Drehsensor
42 in ein Signal S8, eine Normalintervall-
Impulsformungsschaltung 63 zum Aufschneiden des
zweiweggleichgerichteten Signals S8, um ein Impulssignal S9
eines halben Tastverhältnisses zu generieren, und eine
Impulsschaltung 65 zum Generieren von Impulsen zu einer
Anstiegsflanke bzw. von einer Abfallflanke von jedem
Ausgangsimpuls der Normalintervall-Impulsformungsschaltung
63. Der Zweiweggleichrichter 61 umfasst eine
Zweiweggleichrichterbrückenschaltung, und die
Normalintervall-Impulsformungsschaltung 63 umfasst einen
Differentialverstärker zum Generieren einer Ausgabe basierend
auf der Größe eines dazu eingegebenen Eingangssignals in
Bezug auf das Referenzsignal.
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Der Drehsensor 42 ist entgegengesetzt zu den Zähnen des
Drehkranzes 41 angeordnet, wie in Fig. 9 dargestellt. Hier
wird unter Annahme eines elektromagnetischen Sensors als ein
Beispiel des Drehsensors 42 ein Festwinkelsignal S7 in die
Festwinkelsignaleingangs-I/F-Schaltung 6a von Fig. 10
eingegeben. Danach wird das Festwinkelsignal S7 (Sinuswelle)
durch den Zweiweggleichrichter 61 hinsichtlich der Wellenform
in ein zweiweggleichgerichtetes Signal S8 geformt, welches
dann auf einem vorbestimmten Spannungspegel durch die
Normalintervall-Impulsformungsschaltung 63 aufgeschnitten
wird, um ein Signal S9 bereitzustellen. Basierend auf diesem
Signal S9 ist es möglich, vier Impulse (Referenzsignal) S3
von einem Zahn des Drehkranzes 41 über die Impulsschaltung 65
zu generieren.
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Hier ist zu bemerken, dass in Fällen, wo das Signal S7 der
Sinuswelle vom Drehsensor 42 zuerst durch den
Zweiweggleichrichter 61 zweiweggleichgerichtet wird und dann
auf einer vorbestimmten Schnittspannung durch die
Normalintervall-Impulsformungsschaltung 63 hinsichtlich der
Wellenform geformt wird, das so gebildete resultierende
Signal S3 unregelmäßige oder ungleiche Intervalle zwischen
Impulsen hat, wie in Fig. 12 dargestellt, und es deshalb,
wenn die Zündpunkteinstellung und die
Kraftstoffeinspritzstartzeiteinstellung basierend auf diesem
Signal gesteuert werden, unmöglich ist, eine genaue Steuerung
in der Zündpunkteinstellung und der
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung durchzuführen.
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Um dieses Problem zu bewältigen wird somit das Formen
hinsichtlich der Wellenform der Schnittspannung des
zweiweggleichgerichteten Signals S8 aus dem Sinuswellensignal
S7 (d. h. Referenzspannung angewandt auf einen positiven
Eingang des Differentialverstärkers der Normalintervall-
Impulsformungsschaltung 63) in Übereinstimmung mit der
Wellenform des Signals S7 oder S8 oder der Drehzahl des
Motors (bestimmt aus dem Referenzsignal) etc. abgewandelt, um
die Intervalle zwischen Impulsen des Referenzsignals einander
gleichzumachen. Im Ergebnis ist es möglich, die
Steuerfunktion des Motors lediglich durch Ändern der
Konfiguration der Festwinkelsignaleingangs-I/F-Schaltung 6a
ohne Hinzufügen eines Festwinkelsignalgenerators mit einer
speziellen Funktion zu verbessern.
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Hier ist zu bemerken, dass das Festwinkelsignal S7 aus dem
Festwinkelsignalgenerator 4, der durch den Drehkranz 41 und
den Drehsensor 42 gebildet wird, von der Kurbelwelle des
Motors ausgegeben wird und deshalb die Winkelgenauigkeit des
Signals mechanisch bestimmt wird, was es somit möglich macht,
Genauigkeit und Auflösung jederzeit, sogar wenn sich die
Drehzahl des Motors ändert, stabil zu erhalten.
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Auf diese Weise wird das Festwinkelsignal von vierfacher
Genauigkeit (Auflösung) aus der Sinuswelle, generiert durch
den Festwinkelsignalgenerator mittels der wie oben
aufgebauten Festwinkelsignaleingangs-I/F-Schaltung, erhalten,
so dass die Steuerfunktion ohne Einsetzen eines
Festwinkelsignalgenerators mit einer speziellen Funktion
verbessert werden kann.
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Außerdem ist das Steuersystem gemäß der vorliegenden
Erfindung besonders nützlich und effektiv für
Zweitaktdirekteinspritzmotorsysteme, in denen Schwankungen in
der Motordrehung im allgemeinen groß sind und eine hohe
Steuergenauigkeit erforderlich ist.
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Wie im vorangegangenen beschrieben, stellt die vorliegende
Erfindung die folgenden exzellenten Vorteile bereit.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Steuersystem für
einen Verbrennungsmotor einen Referenzsignalgenerator zum
Generieren eines Referenzsignals, das eine Referenzposition
der Drehung des Motors darstellt, einen
Festwinkelsignalgenerator zum Generieren eines
Festwinkelsignals, das eine Auflösung hat, die höher als die
des Referenzsignals ist und das eine Drehposition des Motors
darstellt und eine Verbrennungsmotorsteuereinheit mit eine
Arithmetikverarbeitungsabschnitt, betriebsfähig, das
Referenzsignal und das Festwinkelsignal zu empfangen und eine
Zündpunkteinstellung und eine
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung basierend auf einem
Zählwert des Festwinkelsignals mit dem Referenzsignal,
angenommen als eine Referenz, zu steuern, wobei die
Verbrennungsmotorsteuereinheit ebenfalls betriebsfähig ist,
eine Kraftstoffeinspritzmenge durch eine Zeitmessung zu
steuern. Mit dieser Anordnung ist es durch Verwenden des
Referenzsignals (niedrige Auflösung) und des
Festwinkelsignals (hohe Auflösung) möglich, die
Zündpunkteinstellung und die
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung jederzeit in einer stabilen Weise sogar in einen
Betriebsbereich oder unter einer Betriebsbedingung des
Motors, in denen Schwankungen in der Drehzahl des Motors groß
sind, zu steuern.
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Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsmotorsteuereinheit einen
Speicherabschnitt zum Speichern einer Tabelle, die umfasst
Kurbelwinkel, die Motordrehpositionen der
Zündpunkteinstellung und der
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung darstellen, und eine Kraftstoffeinspritzzeit, die
die Kraftstoffeinspritzmenge zum Bestimmen einer idealen
Zündpunkteinstellung, einer idealen
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung und einer idealen
Kraftstoffeinspritzmenge unter jeder Motorbetriebsbedingung
darstellt. Der Arithmetikverarbeitungsabschnitt umfasst
Zähler zum Aufrechnen des Festwinkelsignals jeweils zu
Einstellwerten der Kurbelwinkel, die gemäß der Tabelle
eingestellt sind, um die Zündpunkteinstellung und die
Kraftstoffeinspritzzeitverstellung zu steuern, und einen
Zeitgeber zum Messen einer Zeit bis zu einem
Zeiteinstellwert, der gemäß der Tabelle eingestellt ist, um
die Kraftstoffeinspritzmenge zu steuern. Mit dieser Anordnung
ist es durch Einsetzen der Zähler und des Zeitgebers, in
denen die idealen Steuerwerte eingestellt sind, möglich, die
Zündpunkteinstellung, die Kraftstoffeinspritzzeitverstellung
und die Kraftstoffeinspritzmenge jederzeit sogar in einem
Motor, in dem Schwankungen in der Drehzahl des Motors groß
sind, oder in einem Betriebsbereich oder unter einer
Betriebsbedingung, in denen Schwankungen in der Drehzahl des
Motors groß sind, zu steuern.
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Vorzugsweise umfasst der Festwinkelsignalgenerator einen
Drehkranz, der betriebsfähig ist, sich in Synchronisation mit
der Drehung des Motors zu drehen, und einen Drehsensor zum
Erfassen eines Zahns des Drehkranzes und zum Generieren des
entsprechenden Festwinkelsignals. Die
Verbrennungsmotorsteuereinheit umfasst eine Festwinkelsignal-
I/F-Schaltung zum Generieren von vier Impulsen von einem Zahn
des Drehkranzes basierend auf dem Festwinkelsignal vom
Drehsensor. Somit ist es möglich, die Steuerfunktion ohne
Hinzufügen eines Festwinkelsignalgenerators mit einer
speziellen Funktion zu verbessern.
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Vorzugsweise umfasst die Festwinkelsignal-I/F-Schaltung eine
Zweiweggleichrichterschaltung zum Zweiweggleichrichten des
Festwinkelsignals vom Drehsensor, um ein
zweiweggleichgerichtetes Signal zu generieren, eine
Normalintervall-Impulsformungsschaltung zum Aufschneiden des
zweiweggleichgerichteten Signals auf einem vorbestimmten
Spannungspegel, um ein Impulssignal eines halben
Tastverhältnisses zu generieren, und eine Impulsschaltung zum
Generieren eines Impulses jedes Mal, wenn der
Impulssignalausgang von der Normalintervall-
Impulsformungsschaltung steigt oder fällt. Entsprechend ist
es möglich, das Festwinkelsignal einer höheren Auflösung mit
einer einfachen Schaltungsstruktur zu erhalten.
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Während die Erfindung im Sinne von bevorzugten
Ausführungsformen beschrieben wurde, wird ein
Durchschnittsfachmann erkennen, dass die Erfindung mit
Modifikationen innerhalb von Geist und Bereich der
hinzugefügten Patentansprüche praktiziert werden kann.