DE3743406A1 - Zuendzeitpunkt-regelsystem fuer einen verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zündzeitpunkt-Regelsystem für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1. Insbesondere dreht es sich hierbei um einen Kfz- Motor, dessen Zündzeitpunkt bei Beschleunigung der Maschine vorgestellt werden soll.

Bei einem herkömmlichen Zündzeitpunkt-Steuersystem wird der obere Totpunkt von einem Kurbelwinkelfühler abgetastet, und der Zündzeitpunkt wird vor diesen gelegt. Ein Zeitabschnitt für den Schließwinkel, während dessen ein Strom durch die Primärspule eines Zündsystems fließt, wird weiterhin mitüber­ wacht, um den Startzeitpunkt für den Strom festzulegen, wenn dieser durch die Primärspule fließen soll. Bei Erreichen des Zündzeitpunktes wird der Strom abgeschaltet, so daß die Zünd­ kerze einen Funken abgibt, der über die Hochspannung der Se­ kundärspule erzeugt wird. Der Zündzeitpunkt wird nahe an den Grenzzeitpunkt MBT gelegt, der in Fig. 3 gezeigt ist, um ein maximales Drehmoment sicherzustellen. Wenn jedoch der Zünd­ zeitpunkt zu nahe an den Zeitpunkt MTB kommt, kann es zu einer Selbstentzündung des hochkomprimierten Gemisches kommen. In diesem Fall steigt der Druck in der Brennkammer steil an, so daß es zu Klopfen des Motors kommt. Aus diesem Grund gibt es einen Grenz-Zeitpunkt A ₁, bis auf den der Zündzeitpunkt vorgestellt werden kann. Um nun das Klopfen zu vermeiden, wird der Zündzeitpunkt höchstens bis auf A ₁ vorgestellt. Um nun eine Sicherheit gegen Klopfen zu erreichen, wird der Zündzeitpunkt weiterhin vom Zeitpunkt A ₁ zu einem Zeitpunkt A ₂ über eine zusätzliche Zeit (bzw. Winkel) vom Betrag α zu­ rückgenommen. Die Zeit α wird vorgesehen, da Fertigungstole­ ranzen beim Herstellen des Motors zu berücksichtigen sind, Veränderungen des Zeitpunktes A ₁ durch Störungen des Zünd­ systems usw.

Wie jedoch in Fig. 3 gezeigt, fällt das Drehmoment unvermeid­ bar vom Wert T ₁ auf dem Wert T ₂ aufgrund des Spät-Zündungs­ winkels α ab. Dies bedeutet aber, daß keine optimale Leistung bzw. Beschleunigung erzielbar ist und man darum den Zündzeit­ punkt besser steuern bzw. regeln muß.

Aus dem japanischen Patent mit der Offenlegungsnummer 59-1 45 364 ist ein Zündzeitpunkt-Regelsystem bekannt, bei wel­ chem der Zündzeitpunkt (in Richtung früh) vorgestellt wird, wenn eine schnelle Beschleunigung des Kraftfahrzeugs über die Drosselklappenöffnung und deren Änderungsrate festgestellt wird. Eine optimale Zündzeitpunkteinstellung kann mit diesem System jedoch nicht erzielt werden.

Ausgehend vom obengenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine Verbesserung des Dreh­ moments bei geringstmöglichem Klopfen erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkma­ le gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das System Mittel zum Feststellen der Motorlast und zum Feststellen der Kraftfahr­ zeugbeschleunigung. Wenn die Last bzw. die Beschleunigung vor­ bestimmte Werte überschreiten, so wird der Zündzeitpunkt in­ nerhalb eines Bereiches vorgestellt, in dem noch kein Klopfen des Motors auftritt.

Es dreht sich also bei der vorliegenden Erfindung zum einen um eine Vorrichtung, zum anderen um ein Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung des Zündzeitpunktes.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit ein System zum Regeln des Zündzeitpunktes eines Kfz-Motors aufgezeigt, das erste Detektormittel zum Feststellen der Motor-Betriebsbedin­ gungen umfaßt, welche einen Drehzahlfühler umfassen und ein Betriebssignal abgeben, das von den festgestellten Bedingun­ gen abhängt. Weiterhin sind erste Rechnermittel vorgesehen, die auf das Betriebssignal hin einen Basiszündzeitpunkt fest­ legen, zweite Detektormittel, welche die Last am Motor fest­ stellen und ein Lastsignal dann abgeben, wenn diese oberhalb eines ersten Lastwertes liegt, zweite Mittel, welche auf das Lastsignal hin einen Vorstellwinkel abgeben, zweite Rechner­ mittel, welche den Vorstellwinkel zum Basiszündzeitpunkt addieren und einen Soll-Zündzeitpunkt festlegen, wobei schließlich Einstellmittel vorgesehen sind, welche gemäß dem Soll-Zündzeitpunkt eine Zündspule erregen, so daß eine Zünd­ kerze zum gewünschten Zündzeitpunkt einen Zündfunken abgibt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das System weiterhin dritte Detektormittel, zum Feststellen der Kühlmitteltemperatur des Motors und zum Abgeben eines Tempera­ tursignals dann, wenn die Kühlmitteltemperatur oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, und zweite Mittel, welche auf das Kühlmitteltemperatursignal die Addition des Vorstellwinkels unterbinden, wobei weiterhin vierte Detektormittel vorgesehen sind, um die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs festzustellen und ein Beschleunigungssignal dann abzugeben, wenn diese ober­ halb eines vorbestimmten Wertes liegt, wobei die ersten Mittel so ausgebildet und angeordnet sind, daß der Vorstellwinkel in Abhängigkeit von Last- und Beschleunigungssignal eingestellt wird.

Die zweiten Detektormittel geben dann ein Inhibitionssignal ab, wenn die Last unterhalb eines zweiten vorbestimmten Last­ wertes liegt, wobei die zweiten Mittel auf das Inhibitions­ signal hin die Addition des Vorstellwinkels nicht durchführen.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Regelsystems;

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Systems nach Fig. 1 bzw. zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens, und

Fig. 3 eine Graphik zur Erläuterung der Beziehung zwischen Motor-Drehmoment und Zündzeitpunkt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt das Zündzeitpunkt-Regelsystem einen Ansaugluft-Temperaturfühler 1 für eine in einem Kraft­ fahrzeug montierte Maschine, einen Kühlmitteltemperaturfühler 2, einen Kfz-Geschwindigkeitsfühler 3, einen Ansaugluft- Druckfühler 4 zum Ermitteln der Motorlast, einen Drehzahlfüh­ ler 5 und einen Kurbelwinkelfühler 6. Die Ausgangssignale der Fühler 1 bis 6 werden einer Regeleinheit 20 zugeführt. Der Ausgang der Regeleinheit 20 ist mit einer Primärspule 9 a und einer Sekundärspule 9 b einer Zündspule 9 verbunden, die wei­ terhin über einen Zündschalter mit einer Batterie 7 gekoppelt ist. Die Sekundärspule 9 b der Zündspule 9 ist über einen Ver­ teiler 10 mit Zündkerzen 11 verbunden. Eine Versorgungsspan­ nung zwischen dem Schalter 8 und der Zündspule 9 wird der Re­ geleinheit 20 zugeführt.

Die Regeleinheit 20 weist eine Basis-Zündzeitpunkttabelle 29 auf, aus welcher ein Basiszündzeitpunkt A in Übereinstimmung mit dem Ansaugluft-Drucksignal P aus dem Ansaugluft-Druckfüh­ ler 4 und ein Drehzahlsignal Ne aus dem Drehzahlfühler 5 abge­ leitet wird.

Um den Zündzeitpunkt einzustellen, ist die Regeleinheit 20 mit einem Ansaugluft-Temperaturkomparator 21 und einem Kühl­ mitteltemperatur-Komparator 23 versehen, in denen die Ansaug­ lufttemperatur T _A bzw. die Kühlmitteltemperatur T _W mit vorbe­ stimmten Werten T _{A 1} bzw. T _{W 1} verglichen werden. Wenn die An­ sauglufttemperatur T _A oberhalb T _{A 1} liegt oder wenn die Kühl­ mitteltemperatur T _W oberhalb T _{W 1} liegt, so geben der Kompa­ rator 21 bzw. 23 ein Inhibitionssignal ab, um das Vorstellen zu stoppen bzw. den Vorstellwinkel Δ A zurückzunehmen. Die Geschwindigkeit S des Kraftfahrzeugs, die vom Kfz-Geschwin­ digkeitsfühler 3 festgestellt wird, liegt an einem Beschleu­ nigungsrechner 24, in dem die Beschleunigung G des Kraftfahr­ zeugs in Übereinstimmung mit der Gleichung G = ds/dt berech­ net wird. Die Beschleunigung G wird einem Beschleunigungskom­ parator 25 zugeführt, in welchem die Beschleunigung G mit vorbestimmten Bezugswerten G ₁ und G ₂ verglichen wird, wobei G ₁ größer ist als G ₂. Die zwei Bezugswerte sind hierbei so gewählt, daß das System eine Hysterese aufweist. Wenn die Be­ schleunigung G oberhalb des vorbestimmten hohen Wertes G ₁ liegt (G ≧ G ₁), wird festgelegt, daß das Fahrzeug beschleunigt wird. In diesem Beschleunigungszustand gibt der Komparator 25 ein erstes Vorstellsignal ab, das einem Vorstellwinkelrechner 22 zugeführt wird. Das Vorstellen wird dann abgebrochen, wenn die Beschleunigung G kleiner als der vorbestimmte niedrigere Beschleunigungswert G ₂ wird (G < G ₂). Der Druck P aus dem An­ saugluft-Druckfühler 4 wird einem Ansaugluft-Druckkomparator 26 zugeführt, der zwei Bezugswerte P ₁ und P ₂ aufweist (P ₁ ist größer als P ₂). Wenn der Druck P oberhalb des höheren Wertes P ₁ liegt (P ≧ P ₁), so gibt der Komparator 26 ein zweites Vor­ stellsignal ab. Das Vorstellen wird dann beendet, wenn der Druck P niedriger wird als der niedrigere Wert P ₂ (P < P ₂). Das erste und das zweite Vorstellsignal werden dem Vorstell­ winkelrechner 22 zugeführt, um einen Vorstellwinkel Δ A zu errechnen. Der Basiszündzeitpunkt A und der Vorstellwinkel Δ A werden einem Soll-Zündzeitpunktrechner 30 zugeführt, in welchem der gewünschte Zündzeitpunkt A′ errechnet wird, und zwar durch Addition des Vorstellwinkels Δ A zum Basis-Zünd­ zeitpunkt A.

Weiterhin umfaßt die Regeleinheit 20 einen Schließwinkelrech­ ner 27, dem das Drehzahlsignal Ne und die Versorgungsspannung V zugeführt werden. Der Schließwinkelrechner 27 berechnet einen Schließwinkel D. Der Schließwinkel D, der gewünschte Zündzeitpunkt A′ und der vom Kurbelwinkelfühler 6 festgestell­ te Kurbelwinkel werden einem An- und Ausschaltabschnitt 28 für den Zündspulenstrom zugeführt, so daß dort der tatsächli­ che Startzeitpunkt für den Strom hergeleitet wird. Der Aus­ gang des An- und Ausschaltabschnitts 28 wird einer Ausgangs­ schaltung 31 zugeführt, in welcher der Stromkreis für die Primärspule der Zündspule 9 geschlossen wird, wobei die Dauer vom Ausgangssignal abhängt. Auf diese Weise wird an der Se­ kundärspule eine Hochspannung erzeugt, welche den Zündkerzen 11 über den Verteiler 10 zur Bildung des Zündfunkens zugeführt wird.

Die Funktionsweise der oben beschriebenen Anordnung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren wird nunmehr anhand des Flußdia­ gramms gemäß Fig. 2 beschrieben. Das Programm startet hierbei in gleichmäßigen Zeitabständen.

Im Schritt S 1 werden die Ansauglufttemperatur T _A , die Kühl­ mitteltemperatur T _W , die Fahrzeuggeschwindigkeit S, der An­ saugdruck P und die Maschinendrehzahl Ne ausgelesen. Im Schritt S 2 wird die Beschleunigung G durch Subtraktion der beim vorherigen Programmdurchlauf festgestellten Kraftfahr­ zeuggeschwindigkeit So von der momentanen Kraftfahrzeugge­ schwindigkeit S festgestellt. Die zuvor gespeicherte Kraft­ fahrzeuggeschwindigkeit So wird durch die momentane Kraftfahr­ zeuggeschwindigkeit S im Schritt S 3 ersetzt. In den Schritten S 4 und S 5 wird festgestellt, ob die Ansauglufttemperatur T _A und die Kühlmitteltemperatur T _W oberhalb der vorbestimmten Werte T _{A 1} und T _{W 1} liegen. Wenn die Ansauglufttemperatur T _A oder die Kühlmitteltemperatur T _W oberhalb der Bezugswerte liegen, so kann Klopfen im Motor auftreten. Dementsprechend geben der Komparator 21 oder der Komparator 23 ein Inhibi­ tionssignal ab, um den Vorstellwinkel Δ A im Schritt S 13 auf Null zu stellen. Wenn die Temperaturen T _A und T _W unterhalb der vorbestimmten Werte liegen, so schreitet das Programm zum Schritt S 6 fort, in welchem die Beschleunigung G, die im Schritt S 2 errechnet wurde, mit dem vorbestimmten unteren Bezugswert G ₂ verglichen wird.

Wenn die Beschleunigung G größer ist, wird der Einlaßluft­ druck P in einem Schritt S 7 mit dem vorbestimmten unteren Wert P ₂ verglichen. Wenn der Druck P darüberliegt, so wird weiterhin festgestellt, ob die Beschleunigung G höher als der vorbestimmte hohe Wert G ₁ ist, wobei dies im Schritt S 8 ge­ schieht, daraufhin wird im Schritt S 9 festgestellt, ob der Einlaßluftdruck P oberhalb des höheren Wertes P ₁ liegt. Wenn beides der Fall ist, so wird ein Vorstellwinkel Δ A im Schritt S 10 festgelegt. Im Schritt S 11 wird der Basiszünd­ zeitpunkt A aus der Tabelle 29 ausgelesen. Der Basiszündzeit­ punkt A und der Vorstellwinkel Δ A werden im Schritt S 12 zur Bildung des gewünschten Zündzeitpunktes A′ addiert. Auf diese Weise wird der Zündzeitpunkt vorverstellt, um dadurch das Drehmoment des Motors zu erhöhen.

Nach der Einstellung des Zündzeitpunktes können möglicher­ weise die Ansauglufttemperatur T _A und die Kühlmitteltemperatur T _W die betreffenden vorbestimmten Werte T _{A 1} bzw. T _{W 1} über­ schreiten. In diesem Fall geht das Programm vom Schritt S 4 oder S 5 zum Schritt S 13, bei dem die Vorverstellung abgebro­ chen wird. Auf diese Weise wird ein Klopfen der Maschine ver­ hindert.

Wenn die Beschleunigung G oder der Ansaugluftdruck P kleiner bzw. niedriger als die entsprechenden hohen Werte G ₁ und P ₁ werden (Schritte S 8 bzw. S 9), so geht das Programm zum Schritt S 11 weiter, ohne einen Vorstellwinkel Δ A zu errechnen. Somit wird der Vorstellwinkel Δ A aus dem letzten Programmdurchlauf verwendet, um den erwünschten Zündzeitpunkt A′ im Schritt S 12 herzuleiten.

Wenn die Beschleunigung G des Fahrzeugs weiter absinkt, so daß es unter dem unteren Wert G ₂ im Schritt S 6 fällt, so schreitet das Programm zum Schritt S 13 fort. Dasselbe ge­ schieht dann, wenn im Schritt S 7 festgestellt wird, daß der Ansaugdruck P unterhalb des unteren Wertes P ₂ liegt. Demzu­ folge wird die Vorverstellung abgebrochen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Einstellung nicht vollständig abgebrochen, wenn die Ansauglufttemperatur und die Kühlmitteltemperatur oberhalb der Bezugswerte liegen, jedoch wird in diesem Fall der Vor­ stellwinkel reduziert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Einstellung des Zündzeitpunktes während der Zeit durchgeführt, während derer das Kraftfahrzeug bei hoher Motorenlast stark beschleunigt, und zwar nicht bei Fahrbedingungen, bei denen Klopfen mit größerer Wahrscheinlichkeit auftritt. Auf diese Weise wird die Beschleunigungscharakteristik (bzw. Leistungscharakteristik) des Motors gesteigert, ohne dabei Klopfen zu erzeugen und die Lebensdauer der Maschine damit abzusenken.

Claims (4)

1. Zündzeitpunkt-Regelsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch
erste Detektormittel (4, 5) zum Feststellen der Motor­ betriebsbedingungen einschließlich der Motorendrehzahl und zum Abgeben eines Betriebssignals in Abhängigkeit von den festgestellten Bedingungen;
erste Rechnermittel (29), welche auf das Betriebssignal hin einen Basiszündzeitpunkt festlegen;
zweite Detektormittel (24, 25) zum Feststellen der auf den Motor wirkenden Last und zum Abgeben eines Last­ signals dann, wenn diese oberhalb eines ersten vorbe­ stimmten Lastwertes liegt;
zweite Mittel (22), die auf das Lastsignal hin einen Vor­ stellwinkel abgeben;
zweite Rechnermittel (30) zum Addieren des Vorstellwinkels zum Basiszündzeitpunkt und zum Abgeben eines Signals für den gewünschten Zündzeitpunkt; und durch
Einstellmittel (28), welche auf das Signal für den ge­ wünschten Zündzeitpunkt eine Zündspule (9) des Motors er­ regen, so daß ein Zündfunke an einer Zündkerze (11) zum gewünschten Zündzeitpunkt entsteht.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Detek­ tormittel weiterhin dritte Detektormittel (2, 23) umfas­ sen, zum Feststellen der Kühlmitteltemperatur des Motors und zum Abgeben eines Temperatursignals dann, wenn die Kühl­ mitteltemperatur oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, und zweite Mittel (S 5), die auf das Kühlmitteltemperatur­ signal hin die Addition des Vorstellwinkels unterbinden.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Detek­ tormittel weiterhin vierte Detektormittel (3, 24, 25) um­ fassen, um die Beschleunigung des Fahrzeugs festzustellen und ein Beschleunigungssignal dann abzugeben, wenn diese oberhalb eines vorbestimmten Beschleunigungswertes liegt, wobei die ersten Mittel so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie einen Vorstellwinkel auf das Lastsignal und das Be­ schleunigungssignal hin abgeben.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten De­ tektormittel (S 5) so ausgebildet sind, daß ein Inhibitions­ signal dann abgegeben wird, wenn die Last unterhalb eines vorbestimmten zweiten Lastwertes liegt, wobei die zweiten Mittel in Übereinstimmung mit dem Inhibitionssignal die Addition des Vorstellwinkels abbrechen.