CN1302354A - 点火控制装置与点火控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于控制内燃机点火线圈装置的点火控制装置,它具有一个转速测量装置,在每个汽缸点火循环中一测量时刻对内燃机的转速进行测量;一个角度测量装置,来测量内燃机当前的曲轴角度;一个计算装置,在各个汽缸点火循环内一个计算时刻,计算当时下一个将要点火汽缸及后续汽缸的相应于测得的转速预定的点火角,计算相应的充电时间和相应的充电开始角;一个形式为读/写存储器的第一存储装置,来存储所有汽缸相应计算的点火角;一个重叠－测量装置,来测量下一个将要点火汽缸点火循环与后续汽缸点火循环的重叠,并确定相应的重叠度;一个FIFO－存储器形式的第二存储装置,来存储计算得出的点火角;一个拷贝装置,根据重叠度将第一存储装置中的相应点火角拷贝到第二存储装置中;以及一个点火输出装置,它从第二存储装置给出下一个相应待被点火汽缸的点火角,并且给出相应的充电时间和相应的充电开始角。

Description

点火控制装置与点火控制方法

现有技术

本发明涉及一种点火控制装置及相应的点火控制方法。

尽管本发明可以应用于任意的点火控制中，这里对它以及以它为基础的问题的说明，根据一个安装于汽车上的发动机控制装置来进行。

点火控制装置，用于控制点火线圈式点火系统或装置的点火事件，主要具有两个方面的控制功能，即通过点火线圈的接通时间或者说充电时间来控制所希望的点火能量，以及通过点火线圈的切断时刻或者说充电结束点来对点火脉冲进行正确的角度控制。

点火能量，在线圈点火装置中通过点火线圈的充电时间来进行计量，相应于附设在线圈电路中的车载电源电压及电路的时间常数而不同。

一般情况下，与转速及尽量多的其它发动机参数相关的各种设定值作为特性曲线被存储在控制装置内。

为了输出角度信号，一般的控制装置具有一个角度传感器轮，它向点火控制装置提供等角度的脉冲。由于计算时间的原因，对点火事件的计算在绝大多数点火控制装置结构中，都是分段式进行的，其中，一个段就是将曲轴的720°角度除以汽缸个数得到的角度间隔，如四缸发动机中的一段为180°。这样，在计算中得到的点火事件的角度位置，虽然能够通过角度传感器轮和点火控制装置中常用的计时器/计数器(限时器/计数器)-电路以足够高的精度测出，计算本身却是从测量得到的转速出发的。

一般而言，用于点火输出的单个汽缸控制参量在每一个点火周期或段都要进行一次计算，并且通过一个汽缸计数器与点火输出同步化。也就是说，一个汽缸计数器向点火控制装置提供信息，确认为哪个汽缸提供下一个包括充电开始和充电结束(即点火)在内的待控制点火信号。

为了计算点火事件，总是需要对内燃机旋转运动的角度/时间-变化进行诊断，这是由于一方面通过确定的充电时间在点火系统内确定能量，而另一方面充电时间的结束必须位于确定的点火角位置上。人们必须要知道，自充电开始起充电时间对应着哪个角度间隔。为了能够说明这种角度移动，必须要有关于机器转速的信息。

今天普遍使用的大多数的四冲程发动机的点火控制装置中，该信息在每个点火间隔内确定一次，其确定地点是相对于下一个将要点火汽缸的OT(上死点)有固定的角度位置的确定的转速测量位置。如果充电时间和/或者转速变大，充电时间的开始点相对于转速测量地点的角度位置的移动增大，直到转速测量点最终处于充电间隔内，而前一段的转速信息必须被用于点火事件的计算。在这种情况下，称之为重叠的点火输出。

如果达到了这种重叠模式，就必须对汽缸计数器用一个偏置进行修正。即，必须在当前的点火间隔中已经对跟随在当前点火间隔之后的下一个点火间隔的点火事件进行控制。如果在当前的点火间隔中由点火输出确认，当前事件的充电开始点本身已经过去，则必须在当前的点火间隔中立即启动当前汽缸的充电开始，而下一个汽缸的充电开始点要向后延迟。恰好是在这种从无重叠的运行向重叠状态的过渡中，在许多点火输出方法中缺少后续汽缸的有关点火角和充电时间的信息，这样，对于后续汽缸的点火角和充电时间，使用当前汽缸中的值。

这里，更精确的方法是利用当前点火间隙的数据并行地计算出后续汽缸的设定数值，并且对于向重叠模式过渡的情况使它们缓冲。迄今为止尚缺乏一种清晰、明了的结构，它向系统用户、比如使用者显示，对于点火输出应当用哪些设定数值。另外也还缺少一个统一的、可普遍使用的方法，它能够在可能的情况下也被其他输出装置共同利用。

为了对问题进行说明，图2中示意性地给出了一个四缸内燃机的点火顺序。

在图2中，在x-轴上曲轴角度KW以度(°)为单位给出，而y-轴上显示为点火过程ZZ，它的顺序为…-2-1-3-4-2-…。一个完整的循环对应于循环时间t_ZYK为720°KW。对应于一个阶段时间t_SEG的一段为720°KW/4=180°。

图3中示意性地所示出的，是从点火线圈电流Iz的控制角度看，四缸-内燃机的第一个汽缸的一个段中的点火控制-功能过程。

在0°时，测量转速N，之后立即在计算时刻B从一个特性曲线中获取或计算出充电时间t_L及点火角w_Z(近似地等于闭合结束角或充电结束角)。

之后，在相同形式移动的假设条件下，由关系式W_LB=W_Z-t_L·ω

求出闭合开始角或充电开始角w_LB。其中ω是与转速N相应的角速度。由于计算过程时间的原因，关于点火事件的该时间和角度位置在每个点火间隔中仅计算一次。

为了确定充电开始角，利用一个计数器C1从0°开始通过曲轴传感器信号KWS对角度w_LB进行测量，并且当达到该角度w_LB后，控制点火线圈的输出级。利用另一个计数器C2从0°开始通过曲轴传感器信号KWS对角度w_Z进行测量，并且当达到角度w_Z时中断控制。

在上面提到的重叠模式下确认，通过计数器C1引发的事件处于过去，并且因此在0°时立即启动充电开始。

本发明的优点

具有权利要求1所述特征的本发明点火控制装置和相应的根据权利要求5所述的点火控制方法，相对于已有的解决方案而言优点是，它们使得一个统一、明了并且可以通用地使用于发动机控制平台上的、用来控制向点火输出器输送特定汽缸控制参量的工作方式成为可能。该过程也能够在需要时被其它输出装置共同使用，如喷射输出。向输出装置进行的数据传递可以被理解。

本发明的基本构思在于，对点火事件的管理在两个存储模块中执行。

在作为简单矩阵构造的第一个存储块中，点火事件的用于当前段中向其点火-OT位置移动的汽缸和所有后续汽缸的设定值，被点火控制装置存储下来。

点火输出方法由其内部状态中辨认出什么重叠度是有效的，并且使一个重叠计数器置位。

第二个存储块作为FIFO-存储器(先入先出存储器—移位寄存器)构成。FIFO-单元利用每个点火间隔向下移动一个单元。重叠计数器确定第一个存储块的那个被拷贝到FIFO-存储器的最上单元中的单元。

与现有技术中普遍性的不同之处在于，这里的点火输出并非直接从点火控制装置的第一个存储块中获得各个点火角，而是从点火角-FIFO-存储器中得到。后者可以作为一个独立的硬件、或者作为一个与控制器硬件无关的、由CPU-运行时间控制的FIFO-区域来实现。

特殊的优点如下所述。当过渡到一个更高的重叠度时，考虑特定汽缸的点火角变化。数值传递的控制通过存储器部分、而不是通过暂存缓冲器实现。一般地，可以利用应用系统使存储器部分清楚。即，事件计算对于使用者而言可理解。特别是，在向重叠过渡时不可避免的转速实际损失和与之相关联的误差因而可被检验。在微控制器中通用的单片机硬件-线路允许对FIFO-存储器进行管理而不干涉CPU。该方法因而能够几乎在不占用运行时间的状况下得到执行。矩阵/FIFO-机理能够被应用于其它的、其中会发生段重叠的输出方法中，如喷射输出中。通过点火角矩阵和重叠计数器能够预见到下一个段中的重叠，从而避免在向重叠模式的过渡中出现错误。

在从属权利要求中对于权利要求1给出的点火控制装置及权利要求5给出的点火控制方法进行了进一步有利构造和改进。

根据一个有利的扩展结构，设置了一个用于对后续点火循环中的重叠进行诊断的诊断装置。

根据另一个优选的扩展结构，点火角-FIFO-存储器在一个读/写-存储器中通过软件方式实现。

根据又一个优选的扩展结构，拷贝装置通过一个短脉冲机理(Burstmechanismus)在微控制器中实现。

附图

本发明的实施例在附图中示出，并且在随后的说明中予以进一步描述。其中，

图1  是解释本发明实施例所用的一个时间流程图；

图2  是一个四缸-内燃机中点火顺序的示意图，以及，

图3  为四缸-内燃机中第一个汽缸的一个阶段中点火控制功能运行过程的示意图。

实施例说明

在附图中相同的标号表示同样的或者功能相同的元件。

图1示出了用于解释本发明实施例的一个时间流程图。

图1中特别给出了一个四缸-内燃机中点火顺序的时间划分，即具有四段，每段180°，其中汽缸1具有一个极限的爆震延迟调节，并且通过点火角的提前调节建立转矩。

四缸-内燃机借助基于一个线圈点火的单个火花塞点火器运行。这样，在实施例中，充电阶段的开始能够位于点火信号-段之前最多3段。否则的话，就可能低于点火装置的最短打开时间(没有加电流)。重叠计数器的最大值因而为3，其中=0意味着没有重叠。这两个存储器装置—点火角-存储器矩阵SP1和点火角-FIFO-存储器SP2因而纵向上分别有4个单元，即单元EL 0、1、2、3。

点火控制装置在每个段的开始测得转速N1、N2、N3、及N4，并且在B1、B2、B3及B4计算出当前段及点火间隔中点火的点火角和充电时间以及充电角，以及用于后续汽缸的后三个段中点火的上述参数。

第一个汽缸，向点火-OT运动并到达该点，在此前显示出强烈的爆震倾向，其点火角因而被延迟调节到-10°。对于随后的3个汽缸计算出分别为5°的提前点火角，不过仍然明显地比最佳点火角迟后。这里，在第一段中可能因防冲击功能(Antiruckelfunktion)要求减低转矩。这是由于在上一段重叠计数器的数值尚为0，第一个汽缸的延迟点火角-10°被拷贝到点火角-FIFO-存储器SP2的第0个单元ELO中。读出地址由所确认的重叠度获得。

根据相应的询问，将点火事件由点火角-FIFO-存储器SP2发送给点火输出器的输出逻辑器，它最终控制点火信号。与此同时，点火输出器从单元控制器得到充电时间。点火输出器将从转速测量器N1得到的转速与充电时间进行比较，并且确定，用于第一个汽缸点火的闭合起始角度还与第一段相匹配。重叠计数器因此停留于0的数值上。

点火角-FIFO-存储器SP2在完成了第二段开始时的输出之后，向下移动一个单元(沿OUT方向)。在第二段，再次为当前段和后续段的点火事件进行计算。当前汽缸的设定点火角突然地向提前方向跳跃，因为由于平静运行的原因(大致还是因应用了防冲击功能，它应阻止机器回摆)又需建立起转矩。

点火输出器处理第二个转速测量器N2的转速信息以及设定充电时间，并且确定，第二个汽缸实际点火的充电起始时间一定真正处于过去、即在第一段中。点火输出器对此还决定，即刻开始充电、并在第二段中精确给出点火角。同时点火输出器判定为简单重叠=1。

在向该下一更高重叠模式的过渡中，将点火角-存储矩阵SP1的两个单元EL0和EL1拷贝到点火角-FIFO-存储器SP2中去。存储逻辑器(不必改变输出方法)将点火角-存储矩阵SP1的第零个单元EL0和第一个单元EL1拷贝到点火角-FIFO-存储器SP2中，并且从后者的值直接计算得到一个新的充电开始时间，这次是为了下一个汽缸，即第三个汽缸。

通过调用转速测量器N3，将点火角-FIFO-存储器SP2又向下移动一个单元。这里，转速的测量总是由一个独立的转速测量装置触发的。由于重叠计数器现在的值为=1，在同样是被转速测量装置触发的自动拷贝过程中，点火角矩阵SP1中的第一个单元EL1，在这里为15°，被传送到点火角-FIFO-存储器SP2的第一个单元EL1中，并且将该单元交付给充电开始时间的计算过程。

类似过程发生于第四段的开始时，其中点火角矩阵SP1中的第一个单元EL1，在这里为-10°，被传送到点火角-FIFO-存储器SP2的第一个单元EL1，并且该单元被交付给充电开始时间的计算过程。

一般注意到，在向更高重叠模数n的过渡中，单元EL0,EL1,…,Eln—即中间重叠度-一次要被拷贝，并且随后在同一个重叠模数中仅还有单元ELn。

反过来，当向较低的重叠模数j过渡时，仅仅需要拷贝至相应的较低单元ELj。如果在上述例子中，当从第四个汽缸向第一个汽缸过渡时，重叠度从=1变化为=0，只将点火角-FIFO-存储器SP2的第0个单元改写。

如果使用上述方法，输出方法必须具有一个计算充电开始时间的计算装置和一个计算/输出点火角的计算装置。在一个输出方法的纯软件式的转化中，要将相应的计算路径明确地分开。重叠计数器与充电时间被应用于充电开始方法中。充电开始方法访问通过重叠计数器定址的矩阵单元，并且检验，重叠度是否还有效。如果重叠度过小，充电开始方法必需立即启动充电过程，并且使重叠计数器增量。这样，充电开始计算立即再被存储逻辑器调用，这次是为了使随后的汽缸与重叠计数器的新值相对应。

现在，在一个段中，重叠器会读取矩阵-单元EL1的数值，并且将输出硬件相应地为随后的汽缸预初始化。通过将适时修正的重叠计数器写入到存储逻辑器中去，不仅要重新触发充电开始时间的计算，同时还将点火角矩阵SP1的第一个单元拷贝到点火角-FIFO-存储器SP2中去。这种自动的存储器传递在大多数情况下可以通过现代微控制器中具有的、在总线-控制器中的短脉冲机理(Burstmechanismen)实现。(参见C167-控制器中的PEC或者是80C197中的PTS。)

点火角-FIFO-存储器SP2在下一次调用转速测量结果时被存储逻辑器自动地向下移动一个单元。点火角输出器总是通过点火角-FIFO-存储器的第0个单元EL0得到其设定值，因而对于点火角的计算不再需要其它的智能。此外，存储结构也能够通过软件来实现。

在图1中另外还给出，通过所描述的方法，在前一段中已经能够预测向一个前段的闭合开始的过渡。其中，在无重叠运行状态下下一个后续的值已经在点火角堆栈中被解释，并且同样利用它进行闭合开始角计算。

如果已经表明，用于后续段中点火的闭合开始处于当前段中，就可以立即换接到重叠上。假如系统只使用了两个中断(一个闭合开始中断和一个点火中断)，当点火角和闭合时间差别非常大时，后面汽缸的开始通电流时间可能在当前汽缸的通电流开始之前。如果出现了这种情况，后面汽缸的闭合开始时间必须并行于当前汽缸的关闭开始时间考虑另外的输出通道(第二个闭合开始中断会是必要的)。如果没有其它的触发单元/中断通道可以使用，在所述的方法中，重叠诊断模式应被断开。

上述实施形式的时间顺序总结归纳为：

-FIFO向下推移

-通过闭合时间、转速、可能的动态转速、点火角矩阵和截止当前的重叠度来识别重叠度

-考虑到可能发生的重叠度变化，相应于所识别的重叠度写入FIFO中

-将第0个FIFO-单元读出送入点火输出器中。

尽管上面借助于优选的实施例对本发明进行了说明，但是并不局限于这些实施例，而是可以通过多种方式进行修改。

特别是对于存储拷贝过程或存储输出过程的存储控制机理能够通过硬件方式或者软件形式来实现。

也能够将其使用于任意汽缸数量的系统中。

Claims (5)

1．用于控制内燃机点火线圈装置的点火控制装置，具有：

一个转速测量装置，在每个汽缸的点火循环内一个测量时刻对内燃机的转速进行测量；

一个角度测量装置，来测量内燃机当前的曲轴角度；

一个计算装置，在各个汽缸的点火循环内的一个计算时刻，分别计算下一个将要点火汽缸及后续汽缸的相应于测得的转速预定的点火角，计算相应的充电时间和相应的充电开始角；

一个形式为读/写一存储器的第一存储装置，来存储所有汽缸的相应计算的点火角；

一个重叠-测量装置，来测量后续汽缸点火循环与下一个将要点火汽缸的点火循环的重叠，并确定相应的重叠度；

一个FIFO-存储器形式的第二存储装置，来存储计算得出的点火角；

一个拷贝装置，根据重叠度来将第一存储装置中当时的点火角拷贝到第二存储装置中；和，

一个点火输出装置，它从第二存储装置中给出当时下一个要点火汽缸的点火角，并且给出相应的充电时间和相应的充电开始角。

2．如权利要求1所述的点火控制装置，其特征为，设置了一个诊断装置，来诊断接着的点火循环中的重叠。

3．如权利要求1或2之一所述的点火控制装置，其特征为：点火角-FIFO-存储器在一个读/写-存储器中以软件形式实现。

4．如权利要求1、2或3之一所述的点火控制装置，其特征为：拷贝装置在一个微控制器中通过短脉冲机理(Burstmechanismus)实现。

5．用于控制内燃机点火线圈装置的点火控制方法，包括如下步骤：

在当时汽缸点火循环内在一个测量时刻测量内燃机的转速；

测量内燃机当前的曲轴角度；

在当时汽缸的点火循环内，在一个计算时刻，计算当时下一个将被点火汽缸及后续汽缸的相应于测得的转速预定的点火角，计算相应的充电时间和相应的充电开始角；

在一个读/写-存储器形式的第一存储器中存储所有汽缸的相应计算的点火角；

测量后续汽缸点火循环与当时下一个要点火汽缸点火循环的重叠，并确定相应的重叠度；

提供一个FIFO-存储器形式的第二存储装置，存储计算得出的点火角；

根据重叠度将第一存储装置中的相应点火角拷贝到第二存储装置中；并且，

由第二存储装置给出各下一个被点火汽缸的点火角，并且给出相应的充电时间和相应的充电开始角。

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