DE102004007919B4

DE102004007919B4 - Zündzeitpunktsteuerung auf Basis synchronisierter Zylinderereignisse

Info

Publication number: DE102004007919B4
Application number: DE200410007919
Authority: DE
Inventors: Garth Michael Meyer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: GB2398836B; GB0402785D0; US6895932B2; US20040163624A1; GB2398836A; DE102004007919A1; JP2004257395A

Abstract

Verfahren zur Zündzeitpunktsteuerung für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, mit den Schritten: – Zählen der Zylinderereignisse, welche auftreten, nachdem Synchronisation zwischen Motorzeitgebung und Motorsteuerung erfolgt ist; und – Einstellen des Zylinderzündwinkels auf Basis der Anzahl der gezählten Zylinderereignisse.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zündzeitpunktsteuerung für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen sowie ein computerlesbares Speichermedium mit gespeicherten Daten computerausführbarer Befehle, die den Zündpunkt für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen steuern. Sie bezieht sich also auf Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors und insbesondere ein Verfahren zum Einstellen des Zündzeitpunkts, das auf der Zahl der Zylinderereignisse basiert, nachdem Synchronisation zwischen Motorzeitgebung und Motorsteuerung erfolgt ist.
Die Motorstartsteuerung hat einen wesentlichen Einfluß auf die Motoremissionen und das Motoranlaufen. Der Zündzeitpunkt relativ zur Kolbenposition beeinflußt sowohl das Drehmoment als auch die Emissionen. Das Drehmoment wird benötigt, um einen Motor von der Kurbelgeschwindigkeit bis zur Leerlaufgeschwindigkeit zu beschleunigen. Ferner sind niedrige Startemissionen erwünscht, wenn die Katalysatoren kalt und ihre Effizienz niedrig ist. Generell erhöht ein vorverstellter Zündzeitpunkt das Motordrehmoment, während ein verzögerter Zündzeitpunkt die Emissionen reduziert. Daher ist es wichtig, einen konsistenten und gut plazierten Zündzeitpunkt vorzusehen, um Motoranlaufen mit reduzieren Emissionen sicherzustellen.
Aus der DE 689 18 205 T2 ist dabei ein Verfahren zur Zündzeitpunktsteuerung bekannt, bei welchem die Geschwindigkeit des Motors beim nächsten Zündereignis auf Grundlage von Referenzperioden zwischen vorangegangenen Referenzsignalimpulsen eines Kurbelwellensensors vorherbestimmt und zur Berechnung des Zündzeitpunkts herangezogen wird. Dabei wird für jedes Zylinderereignis mindestens ein Referenzpuls so rechtzeitig erzeugt, dass bei dessen Empfang der Zündzeitpunkt für das nächste Zündereignis berechnet werden kann.
Aus der US 5 726 892 A ist es bekannt, mehrere Referenzsignalimpulse pro Zylinderereignis zu erzeugen und zur Berechnung der Geschwindigkeit des Motors beim nächsten Zündereignis nur Referenzperioden zwischen Referenzsignalimpulsen eines Kurbelwellensensors heranzuziehen, welche innerhalb des aktuellen Arbeitszyklus des Zylinders liegen.
Aus der DE 196 49 451 A1 ist ein Verfahren zur Veränderung des Motorausgangsdrehmoments durch eine Steuerung der Zündzeitpunkteinstellung bekannt, wobei ein Zündzeitpunkteinstellungsbefehl als eine vorbestimmte Funktion von derzeitigen und zukünftigen Motorgeschwindigkeitsfehlern und einer minimalen Funkenvorverstellung für das beste Drehmoment berechnet wird.
Ein Verfahren, den Zündzeitpunkt bei kaltem Motor einzustellen, ist im US Patent 6135087 beschrieben. Dieses Verfahren lehrt Zündzeitvorverstellung auf Basis der Kühlmitteltemperatur und der Motorgeschwindigkeit. Ferner ist die Größe der Zündzeitvorverstellung für die Motorposition und das Zeitintervall für den Übergang vom Start bis zum Laufen (im folgenden Anlaufen genannt) verantwortlich. Insbesondere bestimmt das Verfahren zuerst, ob die erwünschte Zündzeitvorverstellung vor dem oberen Totpunkt liegt und ob die Drossel offen ist. Wenn dies zutrifft, verwendet das Verfahren die Motorgeschwindigkeit und Kühlmitteltemperatur, um einen Zündzeitvorverstellmultiplikator zu bestimmen. Danach wird der Impuls für die momentane Motorposition geladen, und es wird ein Motorpositionsmultiplikator interpoliert und auf den Zündzeitvorverstellmultiplikatorwert angewendet. Als nächstes wird die seit dem Anlaufen verstrichene Zeit geladen, ein Anlaufmultiplikator interpoliert und auf den Zündzeitvorverstellmultiplikatorwert angewendet. Schließlich wird der Zündzeitpunkt über den Zündzeitvorverstellmultiplikatorwert, wie er durch den Motorpositionsimpulsmultiplikator und den Anlaufzeitmultiplikator eingestellt ist, vorverstellt. Nachdem der Motorbetrieb den oberen Totpunkt erreicht hat oder die Drossel geschlossen ist, wird aus dem Verfahren ausgestiegen und der Motor kehrt zur normalen Zündzeitpunktsteuerung zurück.
Die Erfinder haben verschiedene Nachteile dieses Ansatzes gefunden. Der Ansatz ändert nämlich die Zündzeitvorverstellung auf Basis der Motorposition, unabhängig davon, ob die Motorzeitgebung mit einem Motorsteuerungsbetrieb in Übereinstimmung ist, was hier als ”Synchronisation” bezeichnet wird. Daher hält der Motor nach dem Abstellen allgemein in einer beliebigen Position. Generell bewirkt das Trennen der Motorsteuerung und der Sensoren vom Strom den Verlust der Motorpositionsdaten. Die Motorsteuerung überwacht daher mehrere Signale beim Start, um die Motorposition wiedergewinnen zu können. Daher ändert sich die Motorposition, während die Motorsteuerung beim Versuch, die Motorposition und Synchronisation zu bestimmen, die Nocken- und Kurbelwellensignale überwacht. Die Zahl Zylinderereignisse vor Erkennen der Motorposition ändert sich von Start zu Start abhängig davon, wo der Motor angehalten hat und aufgrund der Komplexität des Motorpositionsüberwachungssystems. Deshalb wird sich, falls auf Basis der Position ohne Berücksichtigung der Synchronisation zwischen Motorsteuerung und dem Motor oder ohne Berücksichtigung der Kraftstoffzufuhr gezündet wird, der Winkel, bei dem die Zündung aktiviert wird, von Start zu Start ändern.
Beispielsweise kann ein mit Kraftstoff versorgter Zylinder, der gezündet wird, an einem Zündwinkel gezündet werden, der für die nachfolgende oder vorhergehende Zylinderfüllung bestimmt war. Daher kann ein motorpositionsbasierter Zündzeitpunkt wie im Stand der Technik vorgeschlagen, einen suboptimalen Zündzeitpunkt liefern.
Weiterhin arbeitet das Verfahren nur, wenn die Basis für die Zündzeitvorverstellung nach dem oberen Totpunkt (after top-dead-center = ATDC) liegt und die Drossel offen ist. Deshalb liefert der oben erwähnte Ansatz keinen optimalen Zündzeitpunkt, wenn er während des Starts bei geschlossener Drossel und Zündzeitverzögerung angewendet wird, um die Emissionen zu verringern.
Ein anderes Verfahren für der Zündzeitpunkteinstellung bei kalten Motor wird im US-Patent 5483946 des Anmelders der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Verfahren beschreibt das Verzögern des Zündzeitpunkts ausgehend von einem Nominalwert während eines Zeitraums nach Motorstart und Rückführung des Zündzeitpunks auf den Nominalwert am Ende des Zeitraums, wobei der Zeitraum auf der Zeit beruht.
Die Erfinder haben auch erkannt, dass, während dieses Verfahren gut während kalten Motorbetriebs arbeitet, es während des Starts ungenau sein kann, da das Verfahren den Zündzeitpunkt zeitbezogen einstellt. Der auf der Zeit basierende Zündzeitpunkt liefert eine Zündzeitvorverstellung als Funktion der Zeit ab Start des Motorzeitgebers. Es besteht aber kein 1:1 Verhältnis zwischen der Motorposition und der Zeit aufgrund der Variabilität der Motorhaltpositionen, wie oben beschrieben. Ferner ist die Motorposition eine mechanische Dimension, Zeit ist ein Kontinuum, dem räumliche Dimensionen fehlen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 sowie ein computerlesbares Speichermedium mit dem Merkmalen des Patentanspruches 31 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren, das die Zündung und deren Konsistenz während des Starts verbessert. Das Verfahren umfasst: Zählen der Zylinderereignisse nach Feststellen der Synchronisation zwischen Motorzeitgebung und Motorsteuerung; und Einstellung des Zylinderzündwinkels auf Basis der gezählten Zylinderereignis Zahl. Das Verfahren kann dazu eingesetzt werden, um die oben erwähnten Begrenzungen von Vorgehensweisen des Standes der Technik zu reduzieren.
Dadurch, dass die Zahl Zylinderereignisse nach Synchronisation gezählt wird und die Zündungsaktivierung auf Basis der Zylinderzählwerts erfolgt, haben die Erfinder das Motorstarten verbessert. Bei dieser Ausführungsform werden der Zündzeitpunkt und die Kraftstoffzufuhr so lange verzögert, bis Synchronisation erzielt ist. Danach beginnt das Zylinderereignis-Zählen, Kraftstoffzufuhr und die Funkenabgabe. Mit anderen Worten kann die Steuerung Zündzeitpunkt und Kraftstoffzufuhr übereinstimmend koordinieren. Daher werden der erste mit Kraftstoff versorgte Zylinder und die darauffolgenden Zylinder einen konsistenten Zündzeitpunkt erhalten, Start für Start und unabhängig von der Anhaltposition. Dies kann in vorteilhafter Weise zur Reduktion der Emissionen und einheitlichen Motoranlaufen führen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung, der von der Zählung der Zahl Zylinderereignisse nach Synchronisation stammt, besteht darin, dass ein bessere Übereinstimmung zwischen dem Zylindergemisch und der Zündzeitvorverstellung möglich ist. Die Erfinder haben erkannt, dass während des Starts in einem Motor und seiner Umgebung Änderungen auftreten. Die ersten gezündeten Zylinder besitzen ein Luft/Kraftstoff Gemisch, das aus frischer Beladung und Kraftstoff zusammengesetzt ist. Mit anderen Worten gibt es sehr wenig EGR oder Rest während der wenigen ersten Verbrennungsereignisse. Nach Zünden der wenigen ersten Zylinder und Ausstoßen ihrer Restgase beeinflussen die Restgase das Gemisch in den anderen Zylindern. Der geeignete Zündwinkel ändert sich mit der Menge Restgase und Zahl Zylinderereignisse nach der Synchronisation und Bestimmung der Restmenge. Daher ist der Verbrennungsprozess in einem Motor nicht mit der Zeit gekoppelt, sondern mit der Zahl Zylinderereignisse nach Auftreten der Synchronisation.
Da die Kraftstoff gefüllten Zylinder individuell verschiedene Kraftstoff Gemische aufweisen, ist es ferner erwünscht, ein für diese Gemische geeigneten Zündzeitpunkt zu liefern. Die Zündungsabgabe auf Basis der Zylinderereignisse nach Synchronisation ermöglicht es der Motorsteuerung individuellen Zylindern eigene Zündwinkel zuzuordnen. Es ermöglicht der Motorsteuerung, individuelle Zylinder Luft/Kraftstoff Gemischunterschiede zu berücksichtigen.
Ferner beeinflußt die Kraftstoffzusammensetzung auch die Mischungsherstellung und sie kann das Motoranlaufen beeinflussen. Kraftstoffe, die Alkohol enthalten, liefern weniger Energie, was das Drehmoment und die Motorgeschwindigkeit beeinflusst. Falls Zündung auf Basis der Motorgeschwindigkeit und Last erfolgt, kann die Steuerung der Zündzeitpunkt in unerwünschter Weise ändern. Daher kann eine Zündung, die nur oder zusätzlich die Zylinderereigniszahl nach Synchronisation berücksichtigt, verwendet werden, um die Konsistenz der Zündzeitgebung mit der Motorsteuerung und den Verbrennungsgemischen zu verbessern.
Die Erfindung liefert mehrere Vorteile. Sie schafft den Vorteil verbesserter Zündzeitsteuerung während des Motorstarts, was zu niedrigen Emissionen führt. Dieser Vorteil ist besonders dann nützlich, wenn der Katalysator kalt und seine Effizienz niedrig ist. Ferner verbessert die Erfindung die Konsistenz des Motoranlaufens. Eine wiederholbare Motorgeschwindigkeit während des Starts verbessert das Vertrauen des Besitzers und dessen Zufriedenheit, da sich der Motor in zuverlässiger und vorhersagbarer Weise verhält.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung. Dabei werden die Vorteile leichter anhand eines Ausführungsbeispiels, in dem die Erfindung vorteilhafter Weise eingesetzt wird, welches hier als Beschreibung der Erfindung bezeichnet wird, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verständlich. Dabei zeigt:
1 ein schematisches Diagramm eines Motors, in dem die Erfindung vorteilhafterweise eingesetzt wird;
2 ein Flußdiagramm der oberen Programmebene, das Zündzeitpunkt auf Basis des Ereignisses des Zylinderfüllens während eines Starts beschreibt;
3 ein Flußdiagramm der oberen Programmebene, das Zündzeitpunkt auf Basis des Ereignisses eines synchronisierten Zylinders während eines Starts beschreibt;
4 ein Flußdiagramm der oberen Programmebene eines alternativen Verfahrens, das Zündzeitpunkt auf Basis des Ereignisses des Zylinderfüllens während eines Starts beschreibt;
5 ein Flußdiagramm der oberen Programmebene eines weiteren alternativen Verfahrens, welches Zündzeitpunkt auf Basis des Ereignisses eines synchronisierten Zylinders während eines Starts beschreibt;
6 eine Auftragung eines Beispiels einer konventionellen zeitbasierten Zündungt und die während des Starts produzierten Kohlenwasserstoffemissionen;
7 eine Auftragung eines auf dem Ereignis des gefüllten Zylinders basierenden Zündzeitpunkts und der während eines Starts produzierten Kohlenwasserstoffemissionen;
8 eine Tabelle von Beispielen für Zündzeitpunkte, die während eines Starts abgegeben werden;
9 ein Flußdiagramm der oberen Programmebene, das sequentielle Kraftstoffsteuerung (sequential fuel control = SEFI) beschreibt; und
10 ein Flußdiagramm der oberen Programmebene, das Big-Bang Kraftstoffversorgung beschreibt.
1 ist ein Verbrennungsmotor 10 mit mehreren Zylindern, durch eine elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert, wobei ein Zylinder in 1 gezeigt ist. Der Motor 10 umfaßt den Brennraum 30 und die Zylinderwände 32 mit der Nockenwelle 130 und dem darin angeordneten Kolben 36, der mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. Der Brennraum 30 ist mit einem Einlassverteiler 44 und einem Abgassammler 48 über entsprechendes Einlassventil 52 und Auslassventil 54 verbunden. Die Einlassverteiler 44 ist so dargestellt, dass er den Kraftstoffeinspritzer 66 besitzt, der mit ihm verbunden ist, um Kraftstoff entsprechend der Impulsbreite eines FPW-Signals der Steuerung 12 abzugeben. Der Kraftstoff wird an den Kraftstoffeinspritzer 66 durch ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffleitung (ebenfalls nicht gezeigt) umfasst, abgegeben. Alternativ kann der Motor so konfiguriert sein, dass der Kraftstoff direkt in der Brennraum eingespritzt wird, wie es dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Der Einlassverteiler 44 wird gezeigt, wie er mit dem Drosselkörper 58 über die Drosselplatte 62 kommuniziert.
Ein konventionelles verteilerloses Zündsystem 88 liefert Zündfunken zur Brennkammer 30 über eine Zündkerze 92 entsprechend der Steuerung 12. Ein zwei Zustände aufweisender Abgasauerstoffsensor 76 ist mit dem Abgassammler 48 stromaufwärts des Katalysators 70 verbunden dargestellt. Der zwei Zustände aufweisende Abgassauerstoffsensor 98 ist mit dem Abgassammler 84 stromabwärts des Katalysators 70 verbunden dargestellt. Der Sensor 76 liefert das Signal EGO1 der Steuerung 12. Alternativ kann ein universeller Abgas Sauerstoffsensor (Universal Exhaust Gas Oxygen sensor) an Stelle des Sensors 98 eingesetzt werden.
Die Steuerung 12 ist in 1 als konventioneller Mikrocomputer mit Mikroprozessoreinheit 102, I/O-Ports 104, Read Only Memory 106, Random Access Memory 108 und einem konventionellen Datenbus dargestellt. Die Steuerung 12 ist dargestellt, wie sie verschiedene Signalen von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren zusätzlich zu den vorher diskutierten Signalen enthält, eingeschlossen: Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature = ECT) vom Temperatursensor 112, der mit dem Kühlmantel 114 verbunden ist; einer Messung des absoluten Verteilerdrucks (manifold absolute pressure = MAP) vom Drucksensor 122, der mit dem Einlassverteiler 44 verbunden ist, einer Messung der Temperatur der Motorluftmenge (ACT) oder der Verteilertemperatur vom Temperatursensor 117, einem Nockenpositionssignal (cam position signal, CAM) vom Nockensensor 150 und einem Zündprofilaufnahmesignal (profile ignition pickup = PIP) vom Hall Effekt Sensor 118, der mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist, und einem Motorgeschwindigkeitssignal (RPM) vom Motorgeschwindigkeitssensor 119. Nach einem bevorzugten Aspekt der Erfindung liefert der Motorgeschwindigkeitssensor 119 eine vorherbestimmt Zahl äquidistanter Impulse pro Kurbelwellenumdrehung.
In 2 ist ein Flußdiagramm einer von der Steuerung 12 ausgeführten Routine gezeigt, wenn ein Zündzeitpunkt erwünscht ist, der auf der Zylinderfüllungs Ereigniszahl basiert. Der Zeitraum des Zylinderereignissignals beträgt in Graden: 720/Zahl der Motorzylinder. Das Zylinderereignissignal identifiziert, wenn ein vorgegebener Motorzylinder den oberen Totpunkt des Kompressionshubs erreicht.
In Schritt 210 werden die Motorbetriebsbedingungen eingelesen. Die Betriebsbedingungen werden durch Messen der Motorkühlmitteltemperatur, Motorlufttemperatur, des barometrischen Drucks, der Katalysatortemperatur, der Zeit seitdem der Motor das letzte Mal betrieben wurde (Standzeit) und ähnlichen Parametern bestimmt. Diese Parameter werden dazu verwendet, die Motorzündwinkelanforderung in Schritten 216 und 218 zu kompensieren. Die Parameter beeinflussen den Motorbetrieb in unterschiedlicher Weise, abhängig von ihrem Wert. Beispielsweise produzieren niedrige Katalysatortemperaturen eine Zündwinkelverzögerung, aber höhere Katalysatortemperaturen einen Zündwinkelvorverstellung.
In Schritt 212 entscheidet die Routine, fortzufahren, abhängig davon, ob der Motor dreht. Wenn der Motor nicht dreht, wartet die Routine, bis der Kurbelwellenpositionssensor 118 Motordrehung detektiert. Falls der Motor dreht, fällt die Routine bis Schritt 214 fort. In Schritt 214 bestimmt die Steuerung, ob ein Zylinderfüllungs Ereignis aufgetreten ist. Wenn dies zutrifft, wird der Ereigniszähler für die Zylinderfüllung um eins inkrementiert und die Routine fährt bis Schritt 216 fort. Falls keine neuen Zylinderfüllungsereignisse aufgetreten sind, wartet die Routine, bis ein Zylinderfüllungs Ereignis beobachtet wird.
In Schritt 216 wird die angeforderte erwünschte Zündzeit aus der Tabelle in 8, FNESPK ausgelesen. Die Zündwerte in der Tabelle hängen davon ab, wie der Motor gesteuert wird. Einige Anwendungen bevorzugen ein mageres Zylinder-Luft/Kraftstoff Gemisch, welches die Oxidation in den Einlässen fördert, während andere Anwendungen ein fettes Luft/Kraftstoff Gemisch bevorzugen, wobei Luft in den Abgassammler eingespritzt wird. Da die Gemische innerhalb der Zylinder unterschiedlich sind, sind auch ihre Zündzeitanforderungen unterschiedlich, welches zu Unterschieden in der FNESPK-Tabelle, basierend auf der Anwendung, führt. Die 8 ist ein Beispiel einer Zündzeitanforderung für magere Luft/Kraftstoff Gemische im Zylinder.
Nachdem der erwünschte Zündzeitpunkt festgelegt wurde, fährt die Routine bis Schritt 218 fort. In Schritt 218 kann der Zündzeitpunkt abhängig von den in Schritt 210 beobachteten Motorbetriebsbedingungen modifiziert werden. Eine Kompensation für barometrischen Druck wird als Funktion mit dem Namen FNBP gespeichert. Abhängig davon, ob der nominale barometrische Druck in der Funktion definiert ist, wird der Zündzeitpunkt vorverstellt oder gegenüber dem Punkt verzögert, um die erwünschten Emissionen und das erwünschte Motoranlaufverhalten zu erreichen. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Einheit Zoll Quecksilbersäule und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels in Winkelgrad aufgetragen. Positive Werte in der Funktion vorverstellen den Zündzeitpunkt, während negative Werte den Zündzeitpunkt verzögern. Eine Kompensation wird auch für die Katalysatortemperatur durch die Funktion FNCAT geschaffen. Allgemein wird FNCAT so geeicht, dass sie den Zündwinkel bei niedrigeren Katalysatortemperaturen verzögert und den Zündwinkel bei höheren Katalysatortemperaturen vorverstellt. Die Katalysatortemperatur kann gemessen oder eingelesen werden. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Einheit °F und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen.
Eine Kompensation für die seit dem letzten, Betrieb verstrichene Zeit oder Standzeit wird in der Funktion FNST geholt. Allgemein wird FNST so geeicht, dass sich der Zündzeitpunkt verzögert, wenn die Standzeit wächst und der Zündzeitpunkt vorverstellt wird, wenn die Standzeit abnimmt. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Standzeit in Sekunden und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen.
Alle Quellen der Zündzeitkompensation werden zu einer einzigen Änderung der Zündzeitanforderung kombiniert, die dazu verwendet wird, den Zündwinkel aus Schritt 216 zu modifizieren. Die Routine fährt dann bis Schritt 220 fort, wo die Kompensation für die Betreibereingabe geliefert wird. Die Betreibereingabe kann verschiedene Formen annehmen, eingeschlossen aber nicht begrenzt auf: Änderung der Drosselposition, Lastanforderung über die elektronische Drossel oder elektronisch gesteuerte Ventile, Drehmomentanforderung, Klimanlagenbetrieb oder irgendeine andere Vorrichtung oder System, welche die Lastanforderung an den Motor erhöht. Ein Beispiel für eine Betreibereingabe ist die Drosselposition.
Falls der Betreiber der Drossel eine Anweisung gibt, wird das Drosselsignal in der Funktion FNTHROTTLE verarbeitet.
Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Drosselposition in der Einheit Volt und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen. Die Funktion ist so geeicht, dass sie den Zündzeitpunkt vorverstellt, wenn die Drosseleingabe steigt, andere Eingaben würden der gleichen Form folgen, steigende Betreiberforderungen vorverstellen den Zündzeitpunkt. Wenn die Betreibereingabe im wesentlichen Null ist oder geringer als ein vorherbestimmter Betrag (beispielsweise 1–10% oder weniger als 5% der Gesamtverschiebung) liefert die-Funktion keine Kompensation für die Betreibereingabe. Die Routine fährt dann bis Schritt 222 fort, wo der erwünschte Zündwinkel an den Motor übergeben wird.
Die Routine fährt dann bis Schritt 224 fort, wo entschieden wird, fortzufahren, wenn die Zündung auf der Zylinderfüllungs Ereigniszahl basiert, oder zu einem anderen Verfahren der Zündzeitsteuerung auszusteigen, beispielsweise unabhängig von der Zylinderfüllungs Ereigniszahl. Falls die aktuelle Zahl der Ereignisse von Zylinderfüllungen weniger als der Eichparameter EVT_LIM ist, fährt die Routine bis Schritt 214 fort. Falls die Zylinderfüllungs Ereigniszahl größer oder gleich EVT_LIM ist, fährt die Routine bis Schritt 226 fort. In Schritt 226 wird ein Übergang von einer Zündung auf Basis der Zylinderfüllungs Ereignisse zu einer anderen Methode der Zündzeitsteuerung ausgeführt. Beispielsweise zu einer zeitbasierten Zündzeitsteuerung, wo ein Zeitgeber gestartet wird, nachdem der letzte auf dem Zylinderfüllungs Ereignis basierende Zündung stattgefunden hatte und sodann der Zündfunke als Funktion der Zeit abgegeben wird.
Alternativ kann die Routine so ausgelegt werden, dass sie zum geschwindigkeits/lastbasierten Zündzeitpunkt übergeht. Es sollte aber beim Übergang Sorgfalt angewendet werden, da eine Zündung auf Basis der Motorgeschwindigkeit/-last durch barometrischen Druck während des Starts beeinflußt werden kann, da in Höhenlagen weniger Sauerstoff als auf Meereshöhe verfügbar ist. Sobald der Übergang auf das andere Zündungssteuerverfahren abgeschlossen ist, wird aus der Routine ausgestiegen.
In 3 ist ein Flußdiagramm einer von der Steuerung 12 ausgeführten Routine dargestellt, wenn es erwünscht ist, dass der Zündzeitpunkt auf der Zahl Ereignisse synchronisierter Zylinder basiert. Synchronisierung tritt auf, wenn die Motorzeitgebung mit dem Motorsteuerungsbetrieb in Übereinstimmung gebracht wurde. Im Schritt 310 werden die Motorbetriebsbedingungen abgelesen. Die Betriebsbedingungen werden bestimmt durch Messen der Motorkühlmitteltemperatur, der Motorlufttemperatur, des barometrischen Drucks, der Katalysatortemperatur, der Zeit seit letztem Betrieb des Motors (Standzeit) und ähnlicher Parameter. Diese Parameter werden dazu verwendet, die Motorzündwinkelanforderung in den Schritten 318 und 320 zu erfüllen. Die Parameter beeinflussen den Motorbetrieb in unterschiedlicher Weise, abhängig von ihrem Wert. Beispielsweise liefern niedrige Katalysatortemperaturen eine Zünkwinkelverzögerung, wobei höhere Katalysatortemperaturen den Zündwinkel vorverstellen.
In Schritt 312 entscheidet die Routine, fortzufahren, auf Basis dessen, ob der Motor dreht. Wenn der Motor nicht dreht, wartet die Routine, bis der Kurbelwellenpositionssensor 118 Drehungen detektiert. Falls der Motor dreht, fährt die Routine bis Schritt 314 fort. In Schritt 314 bestimmt die Routine, ob ein Ereignis eines synchronisierten Zylinders aufgetreten ist und wenn dies zutrifft, wird der Zähler für das Ereignis eines synchronisierten Zylinders inkrementiert und die Routine fährt bis Schritt 316 fort. Falls keine neuen Ereignisse eines synchronisierten Zylinders aufgetreten sind, wartet die Routine bis ein Ereignis eines synchronisierten Zylinders beobachtet wird. Die Motor/Steuerungs-Synchronisation wird in Schritt 316 bestimmt. Falls die Steuerung Signale beobachtet, die eine Bestimmung der Motorposition ermöglichen, richtet die Motorsteuerung den Betrieb, Zündung und die Kraftstoffabgabe mit der Motorzeitgebung so aus, dass sie synchronisiert werden. Nach Synchronisation wird der Ereigniszähler auf Null gesetzt und die Routine fährt bis Schritt 318 fort. Falls der Motor und die Steuerung bereits synchronisiert sind, fährt die Routine wiederum bis Schritt 318 fort. Falls keine Synchronisation erzielt werden konnte und falls Synchronisation nicht eingestellt werden kann, kehrt die Routine zu Schritt 314 zurück. In Schritt 318 wird die Anforderung nach erwünschtem Zündzeitpunkt aus einer Tabelle ähnlich der in 8, FNESPK, ausgelesen. Der Zündzeitpunktwerte, die in Schritt 318 verwendet werden, basieren auf Zylinderereignissen nach Synchronisation anstelle auf Zylinderfüllungensereignissen, wie in 8 beschrieben. Der Zündzeitpunktwerte in der Tabelle hängen davon ab, wie der Motor gesteuert ist. Einige Anwendungen bevorzugen ein mageres Zylinder-Luft/Kraftstoff Gemisch, welches die Oxidation in den Einlässen fördert, während andere Anwendungen ein fettes Luft/Kraftstoff Gemisch bevorzugen, wobei Luft in den Abgassammler eingespritzt wird. Da die Gemische in den Zylindern unterschiedlich sind, unterscheiden sich auch ihre Zündzeitanforderungen, was zu Unterschieden in der FNLESPK-Tabelle je nach Anwendung führt.
Nach Bestimmung des erwünschten Zündzeitpunkts fährt die Routine bis Schritt 320 fort. In Schritt 320 kann der Zündzeitpunkt entsprechend den Motorbetriebsbedingungen, die in Schritt 310 beobachtet werden, modifiziert werden. Eine Kompensation für den barometrischen Druck wird in einer Funktion mit dem Namen FNBP gespeichert. Abhängig davon, ob der nominale barometrische Druck in der Funktion definiert ist, wird der Zündzeitpunkt vorverstellt oder gegenüber dem Punkt verzögert, um die erwünschten Emissionen und das erwünschte Motoranlaufverhalten zu erreichen. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Einheit Zoll Quecksilbersäule und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen. Positive Werte in der Funktion vorverstellen den Zündzeitpunkt, während negative Werte den Zündzeitpunkt verzögern.
Die Kompensation für die Luftladungstemperatur ist in einer Funktion mit dem Namen FNACT gespeichert. Abhängig davon, wo die nominale Luftladungstemperatur in der Funktion definiert wird, wird der Zündzeitpunkt vorverstellt oder gegenüber dem Punkt verzögert, der die erwünschten Emissionen und das erwünschte Motoranlaufverhalten erreicht. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Luftladungstemperatur in °F und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels in Winkelgrad, aufgetragen.
Die Katalysatortemperatur wird auch durch die Funktion FNCAT kompensiert. Allgemein wird FNCAT so geeicht, dass der Zündwinkel bei niedrigeren Katalysatortemperaturen verzögert wird und bei höheren Katalysatortemperaturen vorverstellt wird. Die Katalysatortemperaturen können gemessen oder eingelesen werden. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Einheit °F und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen.
Eine Kompensation für die Zeit seit dem letzten Motorbetrieb, die Standzeit, wird aus der Funktion FNST entnommen. Allgemein wird FNST so geeicht, dass sie den Zündzeitpunkt bei steigender Standzeit verzögert und den Zündzeitpunkt vorverstellt, wenn die Standzeit abnimmt. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Standzeit in Sekunden und auf der y-Achse die Änderung (() des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen.
Alle Quellen der Zündzeitkompensation werden zu einer einzigen Änderung der Zündzeitanforderung kombiniert, die dazu verwendet wird, den Zündwinkel von Schritt 318 zu ändern. Die Routine fährt dann bis Schritt 323 fort, wo eine Kompensation für die Betreibereingabe geliefert wird. Die Betreibereingabe kann verschiedene Formen annehmen, eingeschlossen, aber nicht begrenzt auf: Änderung der Drosselposition, Lastanforderung über die elektronische Drossel oder elektronisch gesteuerte Ventile, Drehmomentanforderung, Klimaanlagenbetrieb oder irgendeine andere Vorrichtung oder Einrichtung, welche die Motorlast steigert. In diesem Beispiel ist die Betreibereingabe die Drosselposition. Falls der Betreiber eine Forderung an die Drossel eingibt, wird das Drosselsignal durch die Funktion FNTHROTTLE verarbeitet. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Drosselposition in der Einheit Volt und auf der y-Achse die Änderung (() des Zündwinkels in Winkelgrad aufgetragen.
Die Funktion wird so ausgelegt, dass sie den Zündzeitpunkt vorverstellt, wenn der Drosseleinlass steigt, wobei andere Eingaben die gleiche Form hätten, so dass wachsende Betreiberanforderung den Zündzeitpunkt vorverstellt. Falls die Betreibereingabe im wesentlichen Null ist oder unter einer vorherbestimmten Größe liegt (beispielsweise 1–10% oder weniger als 5% der Gesamtverschiebung) liefert die Funktion keine Kompensation für die Betreibereingabe. Die Routine fährt bis Schritt 324 fort, wo dem Motor der erwünschte Zündwinkel übergeben wird.
Die Routine fährt dann bis Schritt 326 fort, wo entschieden wird, mit der Zündung auf Basis der Zahl der Ereignisse synchronisierter Zylinder fortzufahren oder zu einem anderen Verfahren der Zündzeitsteuerung auszusteigen, beispielsweise unabhängig von der Zahl Ereignisse synchronisierter Zylinder. Falls die aktuelle Zahl der Ereignisse synchronisierter Zylinder kleiner als ein Eichparameter EVT_LIM ist, geht die Routine zu Schritt 314 zurück. Falls die Zahl der Ereignisse synchronisierter Zylinder größer als oder gleich EVT_LIM ist, fährt die Routine bis Schritt 328 fort. Im Schritt 328 wird ein Übergang von Zündung auf Basis der Zahl der Ereignisse eines synchronisierten Zylinders zu einem anderen Verfahren der Zündzeitsteuerung durchgeführt. Beispielsweise zu einer zeitbasierten Zündzeitsteuerung, wo ein Zeitgeber gestartet wird, nachdem die letzte auf den Ereignis eines synchronisierten Zylinders basierende Zündung durchgeführt wurde und Zündung als Funktion der Zeit erfolgt.
Alternativ kann die Routine so ausgelegt werden, dass sie zum geschwindigkeits/lastbasierten Zündzeitpunkt übergeht. Es muß Sorgfalt beim Übergang angewendet werden, da ein Zündzeitpunkt auf Basis der Motorgeschwindigkeit/-last durch den barometrischen Druck beim Start beeinflußt werden kann, da in Höhen weniger Sauerstoff verfügbar ist als auf Meereshöhenniveau. Sobald der Übergang auf die andere Zündzeitsteuerung vollständig ist, steigt die Routine aus.
In 4 ist ein Flußdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Zündzeitsteuerung auf Basis von Ereignissen eines gefüllten Zylinders dargestellt. In Schritt 410 werden die Motorbetriebsbedingungen abgelesen. Betriebsbedingungen werden bestimmt, in dem die Motorkühlmitteltemperatur, Motorlufttemperatur, barometrischer Druck, Katalysatortemperatur, Zeit seit letztem Motorbetrieb (Standzeit) und ähnliche Parameter durch Messung bestimmt werden. Diese Parameter werden eingesetzt, um die Motorzündwinkelanforderung in Schritten 418 und 420 zu erfüllen. In Schritt 412 bestimmt die Routine, ob der Motor dreht. Wenn dies nicht zutrifft, wartet die Routine, bis eine Drehung erkannt wird. Falls eine Drehung erkannt wird, fährt die Routine zu den Schritten 414 und 424 fort. Die endgültige Zündzeitanforderung ist die Summe von zwei Betriebsweisen, die unterschiedliche Pfade in der Figur nehmen. Der linke Pfad beginnt in Schritt 414, wo die Steuerung entscheidet, die Zündung auf Basis von Ereignissen eines gefüllten Zylinders abzugeben. Falls die aktuelle Zahl Ereignissen eines gefüllten Zylinders unter dem Eichparameter EVT_LIM liegt, fährt die Routine bis Schritt 416 fort. Falls die Zahl der Ereignisse größer oder gleich EVT_LIM ist, fährt die Routine bis Schritt 426 fort. In Schritt 416 bestimmt die Steuerung, ob ein Zylinderfüllungs Ereignis aufgetreten ist. Wenn dies zutrifft, wird der Zähler um das Ereignis einer Zylinderfüllung inkrementiert und die Routine fährt bis Schritt 418 fort. Falls keine neuen Ereignisse einer Zylinderfüllung aufgetreten sind, behält die Routine den Zündzeitwert für die letzte Zylinderfüllung und schreitet bis Schritt 426 fort. In Schritt 418 wird die erwünschte Zündzeitanforderung aus der Tabelle in 8, FNESPK, ausgelesen. Nach Bestimmung der erwünschten Zündzeitpunkt fährt die Routine bis Schritt 420 fort.
In Schritt 420 kann der Zündzeitpunkt abhängig von den Motorbetriebsbedingungen, die in Schritt 410 beobachtet wurden, modifiziert werden. Eine Kompensation für den barometrischen Druck wird als Funktion mit dem Namen FNBP gespeichert. Abhängig davon, wie der nominale barometrische Druck in der Funktion definiert ist, wird der Zündzeitpunkt vorverstellt oder gegenüber dem Punkt verzögert, der die erwünschten Emissionen und das erwünschte Motoranlaufverhalten erreicht. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Einheit Zoll Quecksilbersäule und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen. Positive Werte in der Funktion vorverstellen den Zündzeitpunkt, während negative Werte den Zündzeitpunkt verzögern.
Eine Kompensation für die Luftladungstemperatur ist in der Funktion FNCAT gespeichert. Abhängig davon, wie die nominale Luftladungstemperatur in der Funktion definiert ist, wird der Zündzeitpunkt vorverstellt oder gegenüber dem Punkt verzögert, um die erwünschten Emissionen und das erwünschte Motoranlaufverhalten zu erreichen. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Luftladungstemperatur in der Einheit °F und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen.
Eine Kompensation wird auch für die Katalysatortemperatur in der Funktion FNCAT geschaffen. Allgemein wird FNCAT so geeicht, dass sie den Zündwinkel bei niedrigeren Katalysatortemperaturen verzögert und den Zündwinkel bei höheren Katalysatortemperaturen vorverstellt. Die Katalysatortemperatur kann gemessen oder eingelesen werden. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Einheit °F und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen.
Eine Kompensation für die Standzeit wird in der Funktion FNST geholt. Allgemein wird FNST so geeicht, dass sich der Zündzeitpunkt verzögert, wenn sich Standzeit verlängert und der Zündzeitpunkt vorverstellt wird, wenn die Standzeit sich verringert. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Standzeit in Sekunden und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen. Alle Quellen der Zündzeitkompensation werden zu einer einzigen Änderung der Zündzeitanforderung kombiniert, die dazu verwendet wird, den Zündwinkel aus Schritt 418 zu modifizieren. Die Routine fährt dann bis Schritt 422 fort, wo die Kompensation für die Betreibereingabe geliefert wird. Die Betreibereingabe kann verschiedene Formen annehmen, eingeschlossen, aber nicht begrenzt auf: Änderung der Drosselposition, Lastanforderung über die elektronische Drossel oder elektronisch gesteuerte Ventile, Drehmomentanforderung, Klimaanlagenbetrieb oder irgendeine andere Vorrichtung oder Einrichtung, welche die Lastanforderung an den Motor erhöht. Bei diesem Beispiel ist die Betreibereingabe die Drosselposition.
Falls der Betreiber eine Anweisung an die Drossel gibt, wird das Drosselsignal in der Funktion FNTHROTTLE verarbeitet. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Drosselposition in der Einheit Volt und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen. Die Funktion ist so geeicht, dass sie den Zündzeitpunkt vorverstellt, wenn die Zufuhr durch die Drossel steigt, andere Eingaben würden der gleichen Form folgen, steigende Betreiberforderung vorverstellt den Zündzeitpunkt. Wenn die Betreibereingabe im wesentlichen Null ist oder geringer als ein vorherbestimmter Betrag, liefert die Funktion keine Kompensation für die Betreibereingabe. Die Routine fährt dann bis Schritt 426 fort.
Der rechte Pfad der Routine beginnt bei Schritt 424, wobei der Zündzeitpunkt auf der Basis der Betriebsparameter durch irgendein geeignetes Verfahren bestimmt wird. Die Routine fährt dann bis 426 fort. Im Schritt 426 werden die Zündwinkel der Schritte 422 und 424 summiert, um den endgültigen Zündzeitpunkt zu erhalten. Die Struktur und die Eichung dieser Routine ermöglicht eine Zündzeitsteuerung, die nur auf Zylinderfüllungsereignisbasis, oder ein Alternativ-Verfahren unabhängig vom Ereignisses der Zylinderfüllung (bspw. auf Zeitbasis, auf Basis von Geschwindigkeit und Last) oder durch irgendeine Kombination der beiden, abhängig vom Eichverfahren. Die Routine fährt sodann bis Schritt 428 fort, wo der Motor gezündet wird. Nach der Zündung steigt die Routine aus, bis sie wieder aufgerufen wird.
5 ist ein Flußdiagramm einer alternativen Ausführungsform einer Zündzeitpunktsteuerung, die auf dem Ereignis eines synchronisierten Zylinders basiert, gezeigt. In Schritt 510 werden die Motorbetriebsbedingungen abgelesen. Betriebsbedingungen werden bestimmt, in dem die Motorkühlmitteltemperatur, Motorlufttemperatur, barometrischer Druck, Katalysatortemperatur, Zeit seit letztem Motorbetrieb (Standzeit) und ähnliche Parameter durch Messung bestimmt werden. Diese Parameter werden dazu eingesetzt, um die Motorzündwinkelanforderung in Schritten 520 und 522 zu erfüllen. In Schritt 512 bestimmt die Routine, ob der Motor dreht. Wenn dies nicht zutrifft, wartet die Routine, bis Drehung detektiert wird. Falls Drehung detektiert wird, fährt die Routine zu den Schritten 514 und 526 fort. Die endgültige Zündzeitanforderung ist die Summe von zwei Betriebsweisen, die unterschiedliche Pfade in der Figur nehmen.
Der linke Pfad beginnt in Schritt 514, wo die Steuerung entscheidet, auf Basis von Ereignissen eines sychronisierten Zylinders zu zünden. Falls die aktuelle Zahl Ereignisse eines sychronisierten Zylinders unter dem Eichparameter EVT_LIM liegt, fährt die Routine bis Schritt 516 fort. Falls die Zahl der Ereignisse größer oder gleich EVT_LIM ist, fährt die Routine bis Schritt 528 fort. In Schritt 516 bestimmt die Steuerung, ob ein Ereignis eines sychronisierten Zylinders aufgetreten ist. Wenn dies zutrifft, wird der Zähler für das Ereignis einer Zylinderfüllung inkrementiert und die Routine fährt bis Schritt 518 fort. Falls keine neuen Ereignisse eines sychronisierten Zylinders aufgetreten sind, behält die Routine den Zündzeitwert für das letzte Ereignis eines sychronisierten Zylinders und schreitet bis Schritt 528 fort.
Die Motor/Steuerungs-Synchronisation wird in Schritt 518 bestimmt. Falls die Steuerung Nocken- oder Kurbelwellensignale beobachtet, die eine Bestimmung der Motorposition ermöglichen, werden die Motorsteuerungsbedingungen mit der Motorzeitgebung in Übereinstimmung gebracht, so dass sie synchronisiert werden. Nach Synchronisation wird der Ereigniszähler auf Null gesetzt und die Routine fährt bis Schritt 520 fort. Falls der Motor und die Steuerung bereits synchronisiert sind, fährt die Routine wiederum bis Schritt 520 fort. Falls keine Synchronisation erzielt werden konnte und Synchronisation nicht eingestellt werden kann, kehrt die Routine zu Schritt 528 zurück. In Schritt 520 wird die Anforderung nach erwünschter Zündung aus einer Tabelle ähnlich der in 8, FNESPK, ausgelesen.
Der Zündzeitpunktwerte, die in Schritt 520 verwendet werden, werden auf den Ereignissen eines synchronisierten Zylinders begründet anstelle auf den Ereignissen von Zylinderfüllungen, wie durch 8 beschrieben. Nachdem der erwünschte Zündzeitpunkt bestimmt wurde, fährt die Routine bis Schritt 522 fort.
Im Schritt 522 kann der Zündzeitpunkt abhängig von den Motorbetriebsbedingungen, die im Schritt 510 beobachtet wurden, modifiziert werden. Eine Kompensation für den barometrischen Druck wird als Funktion mit dem Namen FNBP gespeichert. Abhängig davon, wie der nominale barometrische Druck in der Funktion definiert ist, wird der Zündzeitpunkt vorverstellt oder gegenüber dem Punkt, der die erwünschten Emissionen und das erwünschte Motoranlaufverhalten erreicht, verzögert. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Einheit Zoll Quecksilbersäule und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen. Positive Werte in der Funktion vorverstellen den Zündzeitpunkt, während negative Werte den Zündzeitpunkt verzögern.
Eine Kompensation für die Luftladungstemperatur ist in der Funktion FNCAT gespeichert. Abhängig davon, wie die nominale Luftladungstemperatur in der Funktion definiert ist, wird der Zündzeitpunkt vorverstellt oder gegenüber dem Punkt verzögert, der die erwünschten Emissionen und das erwünschte Motoranlaufverhalten erreicht. Beider Funktion ist auf der x-Achse die Luftladungstemperatur in der Einheit °F und auf der y-Achse die Änderung (() des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen.
Eine Kompensation wird auch für die Katalysatortemperatur in der Funktion FNCAT geschaffen. Allgemein wird FNCAT so geeicht, dass sie den Zündwinkel bei niedrigeren Katalysatortemperaturen verzögert und den Zündwinkel bei höheren Katalysatortemperaturen vorverstellt. Die Katalysatortemperatur kann gemessen oder eingelesen werden. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Einheit °F und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen.
Eine Kompensation für die Standzeit wird in der Funktion FNST geholt. Allgemein wird FNST so geeicht, dass sich der Zündzeitpunkt verzögert, wenn die Standzeit zunimmt und der Zündzeitpunkt vorverstellt wird, wenn die Standzeit sich verringert. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Standzeit in Sekunden und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen.
Alle Quellen der Zündzeitkompensation werden zu einer einzigen Änderung der Zündzeitanforderung kombiniert, die dazu verwendet wird, den Zündwinkel aus Schritt 520 zu modifizieren. Die Routine fährt dann bis Schritt 524 fort, wo die Kompensation für die Betreibereingabe geliefert wird. Die Betreibereingabe kann verschiedene Formen annehmen, eingeschlossen, aber nicht begrenzt auf: Änderung der Drosselposition, Lastanforderung über die elektronische Drossel oder elektronisch gesteuerte Ventile, Drehmomentanforderung, Klimanlagenbetrieb oder irgendeine andere Vorrichtung oder Einrichtung, welche die Lastanforderung an den Motor erhöht. Bei diesem Beispiel ist die Betreibereingabe die Drosselposition.
Falls der Betreiber eine Anweisung an die Drossel gibt, wird das Drosselsignal in der Funktion FNTHROTTLE verarbeitet. Bei der Funktion ist auf der x-Achse die Drosselposition in der Einheit Volt und auf der y-Achse die Änderung des Zündwinkels, in Winkelgrad, aufgetragen.
Die Funktion ist so geeicht, dass sie den Zündzeitpunkt vorverstellt, wenn die Zufuhr durch die Drossel steigt, andere Eingaben würden der gleichen. Form folgen, steigende Betreiberforderung vorverstellt den Zündzeitpunkt. Wenn die Betreibereingabe im wesentlichen Null oder geringer als ein vorherbestimmter Betrag ist, liefert die Funktion keine Kompensation für die Betreibereingabe. Die Routine fährt dann bis Schritt 528 fort.
Der rechte Pfad der Routine beginnt bei Schritt 526, wo der Zündzeitpunkt auf Basis des Betriebsparameters durch irgendein geeignetes Verfahren bestimmt wird. Die Routine fährt dann bis Schritt 528 fort. In Schritt 528 werden die Zündwinkel der Schritte 524 und 526 summiert, um den endgültigen Zündzeitpunkt zu erhalten. Die Struktur und Eichung dieser Routine ermöglicht eine Zündzeitsteuerung, die nur auf der Zahl Ereignisse synchronisierter Zylinder basiert, oder ein Alternativverfahren, unabhängig von der Zahl Ereignisse synchronisierter Zylinder (beispielsweise auf Basis von Zeit, oder Geschwindigkeit und Last) oder irgendeine Kombination derselben, abhängig von der Eichung. Die Routine fährt dann in Schritt 530 fort, wo der Zündzeitpunkt dem Motor übermittelt wird. Nachdem der Zündzeitpunkt dem Motor übergeben wurde, wird aus der Routine ausgestiegen, bis sie wieder aufgerufen wird.
In 6 ist eine Darstellung der während eines Starts interessierender Parameter gezeigt, wobei ein konventioneller zeitbasierter Zündzeitpunkt verwendet wird. Signalgrößen wurden normiert, so dass die Kurven der Signale gemeinsam betrachtet werden können. Die 6 und 7 haben den gleichen Maßstab, um einen objektiven Vergleich der beiden Methoden zu ermöglichen.
Die Motorgeschwindigkeit (RPM), Kohlenwasserstoff (HCPPM) emissionskonzentration, Zeit seit Start (ATMR1), und Zündzeitpunkt (SAF) sind aufgetragen, um typische Signalkurven während eines Kaltstarts zu zeigen. Man beachte die Beziehung zwischen den Signalen. Der Zündzeitpunkt wird konstant gehalten, bis eine vorherbestimmte Motorgeschwindigkeit beobachtet wird, sodann folgt sie einer Kurve, die durch eine Tabelle beschrieben wird, die Motorkühlmitteltemperatur und die Zeit seit Start in Schritten beinhaltet. Die Zündung ist nicht mit den Zylinderereignissen korreliert. Dieser Ansatz führt zu höheren Kohlenwasserstoff (HCPPM) Emissionen, da keine individuellen Ereignisse gesteuert werden. Man beachte, dass das Signal ATMR1 linear wächst und unabhängig von der Motorgeschwindigkeit oder der Zahl Ereignisse gefüllter oder nicht gefüllter Zylinder ist.
7 ist eine Darstellung der gleichen Parameter wie in 6, wobei aber auf dem Ereignis einer Zylinderfüllung basierender Zündzeitpunkt verwendet wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Signalgrößen wurden normiert, so dass die Signalkurven gemeinsam betrachtet werden können.
Die Motorgeschwindigkeit (RPM), die Kohlenwasserstoffemissionskonzentrationen (HCPPM) die Zahl von Ereignissen von Zylinderfüllungen (EVTCNT) und der Zündzeitpunkt (SAFTOT) sind aufgetragen, um typische Signalkurven während eines Starts darzustellen. Man beachte das Verhältnis zwischen den Signalen, wobei der Zündzeitpunkt sich auf Basis der Zylinderfüllungs Ereigniszahl ändern darf. Der Zündzeitpunkt folgt einer in der Tabelle FNESPK beschriebene Kurve. Der übermittelte Zündzeitpunkt ist mit einem spezifischen Ereignis eines synchronisierten Zylinders verbunden, was zu reduzierten HC Emissionen führt, während ausreichendes Drehmoment, um die Motorgeschwindigkeit bis zum Leerlauf zu erhöhen, geliefert wird.
In 8 ist eine Tabelle FNESPK gezeigt, welche ein Beispiel eines erwünschten Zündzeitpunkts auf Basis der Motorkühlmitteltemperatur und Zylinderfüllungs Ereigniszahl zeigt. Die Tabelle wird verwendet, um den für an einem spezifischen Ereignis einer Zylinderfüllung abzugebenden Zündzeitpunkt zu bestimmen. Bei der Tabelle ist die Grösse x die Motortemperatur in °F und die Grösse y die Zylinderfüllungs Ereigniszahl.
Typischerweise sind die Tabellenspalten und -zeilen durch die Auflösung bestimmt, die dazu benötigt wird, den Verbrennungsprozess zu unterstützen. Allgemein werden genügend Zeilen vorgegeben, um individuelle Zylinderereignisse über die ersten beiden Motorzyklen zu steuern, plus einige zusätzliche Zeilen. Die zusätzlichen Zeilen werden dazu verwendet, den Zündzeitpunkt über eine Ereigniszahl von Zylinderfüllungen zu definieren, welche die Stabilisierung im Verbrennungsprozess reflektieren, sobald die Zylinderfüllungs Ereigniszahl zunimmt. Negative Werte in der Tabelle beziehen sich auf Zündwinkel nach dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs, während positive Werte sich auf Winkel vor dem oberen Totpunkt der Kompression im Kompressionshub beziehen.
Gemäss der Form der Spalten wird ein Zündzeitpunkt bei konstanter Motortemperatur über mehrere Zylinderereignisse abgegeben. Ein verzögerter Zündzeitwinkel wird in den ersten beiden Reihen gefordert, sodann wächst der Zündwinkel. Dieses Zündprofil erkennt die sich ändernden Anforderungen an die Zündung während eines Starts. Die ersten beiden Zylinderereignisse können mehr Zündzeitverzögerung tolerieren, da die Zylinderladung fast frei von Restgasen ist. Die wenigen nachfolgenden Ereignisse benötigen eine erhöhte Zündzeit, um das Motoranlaufen und die Verbrennung bei wachsenden Restgasen zu unterstützen.
In 9 ist ein Flussdiagramm einer durch die Steuerung 12 durchgeführten Routine, die die Kraftstoffzufuhr auf Basis einer sequentiellen Strategie steuert, gezeigt. Sequentielle Kraftstoffversorgungsstrategien liefern spezifische Kraftstoffmengen an jeden Zylinder auf Basis der entsprechenden Luftladung des Zylinders. Kraftstoff kann in offene oder geschlossene Einlassventile abgegeben werden. Durch Anpassung individueller Kraftstoffmengen an individuelle Luftmengen eröffnen die sequentiellen Füllungsstrategien eine Möglichkeit, Emissionen zu verbessern. Zusätzliche Emissionsreduktionen können erzielt werden, indem der Zündzeitpunkt den individuellen Zylinderereignissen angepasst wird. Kraftstoff wird sequentiell zugeführt, nachdem der Motor und die Steuerung 12 synchronisiert sind. Im Schritt 910 werden die Motorbetriebsbedingungen eingelesen. Die Motorbetriebsbedingungen werden bestimmt, indem die Motorkühlmitteltemperatur und ähnliche Parameter gemessen werden. Diese Parameter werden dazu verwendet, die Kraftstoffmengenabschätzungen für den Motor in Schritt 918 zu kompensieren. In Schritt 912 entscheidet die Routine, ob Luft- und Kraftstoffzufuhr synchronisiert werden sollen, in Schritt 914, ob sie fortfährt und die Motorluftmenge aus Schritt 916 aufnimmt. Falls Luft und Kraftstoff nicht synchronisiert wurden, richtet die Steuerung 12 die für zwei Zustände vorhergesagte Motorluftmenge mit dem nächsten Zylinder beim Ansaughub aus. In Schritt 916 wird die Luftmenge aus einer Routine für die Luftmengenabschätzung entnommen. In Schritt 918 wird das erwünschte Lambda aus einer Tabelle abgespeicherter vorbestimmter Werten entnommen. Bei der Tabelle ist die Grösse x die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) und die Grösse y die Zeit seit dem Start. Lambda wird wie folgt berechnet:
In Schritt 920 wird die Kraftstoffmasse auf Basis der Motorluftmenge aus Schritt 916 errechnet und der Lambdawert in Schritt 918 entnommen. Die Kraftstoffmasse wird wie folgt berechnet:
In Schritt 922 wird die Einspritzimpulsbreite unter Verwendung einer Funktion berechnet, deren Eingabe die erwünschte Kraftstoffmasse und deren Ausgabe die Einspritzimpulsbreite ist. In Schritt 924 werden die Einspritzer für die in Schritt 922 bestimmte Zeitdauer aktiviert. Dieses Verfahren tritt für jedes Einspritzereignis auf, wobei zylinderspezifische Luftmengen verwendet werden und eine zylinderspezifische Kraftstoffversorgung liefern.
In 10 ist ein Flussdiagramm einer Routine, die von der Steuerung 12 ausgeführt wird, für die ”Big-Bang” Kraftstoffzufuhr dargestellt. Die ”Big Bang” Kraftstoffzufuhr verringert die Startzeit, da keine Motorsynchronisation benötigt wird. Optimale Emissionen werden bei der ”Big-Bang” Kraftstoffzufuhr nicht erzielt, es können aber die Emissionen reduziert werden, indem die Startzeit herabgesetzt wird, wenn eine auf dem Zylinderereignis basierende Zündung mit ”Big Bang” Kraftstoffzufuhr durchgeführt wird. Die Emissionsreduktionen sind ein Resultat der Anpassung des Zündzeitpunkts an die Zylinder, die die gesamte Einspritzmenge empfangen haben. In Schritt 1010 werden die Motorbetriebsbedingungen eingelesen. Die Motorbetriebsbedingungen werden bestimmt, indem die Motorkühlmitteltemperatur und ähnliche Parameter gemessen werden. Diese Parameter werden dazu verwendet, die Mengenabschätzungen für den Motorkraftstoff in Schritt 1014 zu kompensieren. In Schritt 1012 wird die Motorluftmenge aus in Schritt 1012 durchgeführten Berechnungen entnommen. In Schritt 1014 wird das erwünschte Lambda unter Verwendung der gleichen Methode wie in Schritt 918 entnommen. In Schritt 1016 bestimmt die Routine, ob der Motor dreht. Wenn dies zutrifft, werden alle Einspritzer gleichzeitig in Schritt 1018 ausgelöst, wo das erste Zylinderereignis erkannt wird. Falls der Motor nicht dreht, wird kein Kraftstoff abgegeben und die Routine wartet, bis eine Rotation beobachtet wird. In Schritt 1020 bestimmt die Motorsteuerung 12 die Motorposition unter Verwendung von den Signalen, die von den Sensoren für die Kurbelwelle 118 und den Nockenwellensensoren 150 geliefert werden. Sobald die Motorposition bestimmt wurde, werden die vorherbestimmte Motorluftmenge und die Kraftstoffzufuhr in Übereinstimmung gebracht. Die ”Big Bang” Kraftstoffzufuhr liefert Kraftstoff für zwei Motorumdrehungen, welche es der Steuerung ermöglicht, die N3 Zylinderereignisse abzuwarten, Schritt 1022, bevor SEFI mit Zufuhr in Schritt 1024 beginnt. Man beachte, das N3 die Zahl der Motorzylinder ist.
Wie dem Fachmann offensichtlich, können die in den 2, 3, 7 und 8 beschriebenen Routinen eine, mehrere oder jede Zahl von Verfahrensstrategien, wie ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Taskinggesteuert, Multi-Threadinggesteuert und dgl., repräsentieren. Als solche können verschiedene Schritte oder dargestellte Funktionen in der dargestellten Abfolge, parallel oder in einigen Fällen auch mit Auslassungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise ist die zeitliche Abfolge des Verfahrens nicht unbedingt notwendig, um die Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung zu erreichen, sondern sie wurde lediglich zur Vereinfachung der Erläuterung und Beschreibung so dargestellt. Obwohl nicht explizit dargestellt, ist es dem Fachmann offensichtlich, dass einer oder mehrere der erläuterten Schritte oder Funktionen abhängig von der speziellen eingesetzten Strategie auch wiederholt durchgeführt werden können.
Damit endet die Beschreibung der Erfindung. Dem Fachmann sind aus der Lektüre derselben viele Abwandlungen und Modifikationen, ohne sich vom Kern und Umfang der Erfindung zu entfernen, offensichtlich. Bspw. können I3, I4, I5, V6, V8, V10 und V12 Motoren die mit natürlichem Gas, Benzin oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen betrieben werden, die Erfindung in vorteilhafter Weise einsetzen. Daher wird der Schutzumfang derselben durch die Ansprüche begründet:
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungsmotor
12: Motorsteuerung
30: Brennkammer 30
32: Zylinderwände 32
36: Kolben
40: Kurbelwelle
44: Einlassverteiler
48: Abgassammler
52: Einlassventil
54: Auslassventil
58: Drosselkörper
62: Drosselplatte
66: Einspritzer
70: Katalysators
76: zwei Zustände aufweisender Abgasauerstoffsensor stromaufwärts 70
88: verteilerloses Zündsystem
92: Zündkerze
98: zwei Zustände aufweisender Abgassauerstoffsensor stromabwärts 70
102: Mikroprozessoreinheit
104: I/O-Ports
106: Read Only Memory,
108: Random Access Memory
112: Temperatursensor
114: Kühlmantel
117: Temperatursensor
118: Kurbelwellenpositionssensor (Halleffekt Sensor)
119: Motorgeschwindigkeitssensor
122: Drucksensor
130: Nockenwelle
144: Einlassverteiler
150: Nockensensor

Claims

Verfahren zur Zündzeitpunktsteuerung für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, mit den Schritten: – Zählen der Zylinderereignisse, welche auftreten, nachdem Synchronisation zwischen Motorzeitgebung und Motorsteuerung erfolgt ist; und – Einstellen des Zylinderzündwinkels auf Basis der Anzahl der gezählten Zylinderereignisse.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderzündwinkel entsprechend einer Zunahme der Anzahl der gezählten Zylinderereignisse eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderzündwinkel ferner auf Basis der Umgebungslufttemperatur und Motortemperatur eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderzündwinkel ferner auf Basis des barometrischen Drucks eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderzündwinkel ferner auf Basis der Katalysatortemperatur eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderzündwinkel ferner auf Basis der seit letztem Motorbetrieb verstrichenen Zeit eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkel ferner auf Basis von in das Abgassystem eingespritzter Luft eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkel ferner auf Basis einer Betreibereingabe eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betreiberanforderung darin besteht, dass der Betreiber einen mechanischen Drosselkörper öffnet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betreiberforderung von einem Betreiber, der eine Vorrichtung des Kraftfahrzeugs betätigt, stammt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eingespritzte Kraftstoffstoff auf Basis der Anzahl der gezählten Zylinderereignisse eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der eingespritzte Kraftstoff synchron mit der Motorzeitgebung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der eingespritzte Kraftstoff zumindest während des Starts asynchron zur Motorzeitgebung zugeführt und der Kraftstoff nach dem Start synchron mit der Motorzeitgebung eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 mit: – Zählen der Zylinderereignisse, nachdem Synchronisation zwischen Motorzeitgebung und Motorsteuerung erfolgt ist; – Einstellung eines ersten Werts des Zylinderzündwinkels auf Basis der Anzahl der gezählten Zylinderereignisse – Einstellung eines zweiten Werts des Zylinderzündwinkels unabhängig der Anzahl der gezählten Zylinderereignisse; und – Zünden des Motors auf Basis des ersten und den zweiten Wertes.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Betreibereingabe praktisch Null ist
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass praktisch Null weniger als 1–10% des Gesamt-Wertebereichs ist oder weniger als eine vorherbestimmte Konstante.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Betreiber einen mechanischen Drosselkörper öffnet.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Betreibereingabe von einem Betreiber stammt, der eine Einrichtung des Fahrzeugs betätigt.
Verfahren zur Zündzeitpunktsteuerung für Verbrennungsmotoren mit: – Zählen der Zylinderereignisse eines Verbrennungsmotors ab Start; – Einstellung eines ersten Werts des Zylinderzündwinkels auf Basis der Anzahl der gezählten Zylinderereignisse; – Einstellung eines zweiten Werts des Zylinderzündwinkels unabhängig von der Anzahl der gezählten Zylinderereignisse; und – Zünden des Motors auf Basis des ersten und zweiten Wertes.
Verfahren zur Zündzeitpunktsteuerung für Verbrennungsmotoren mit: – Zählen der Zylinderereignisse eines Verbrennungsmotors, welche ab dem Start auftreten; und – Berechnen des Zylinderzündwinkels auf Basis der Anzahl der gezählten Zylinderereignisse, wobei eine Betreibereingabe praktisch null ist
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass praktisch Null weniger als 1–10% des Gesamt-Wertebereichs oder weniger als eine vorherbestimmte Konstante bedeutet.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderzündwinkel entsprechend einer Zunahme der Anzahl der gezählten Zylinderereignisse eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderzündwinkel ferner auf Basis der Umgebungslufttemperatur und Motortemperatur eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderzündwinkel ferner auf Basis des barometrischen Drucks eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderzündwinkel ferner auf Basis der Katalysatortemperatur eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderzündwinkel ferner auf Basis des Standzeitzeitgebers eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderzündwinkel ferner auf Basis von in das Abgassystem eingespritzter Luft eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der eingespritzte Kraftstoffstoff ferner auf Basis der Anzahl der gezählten Zylinderereignisse eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der eingespritzte Kraftstoff synchron mit der Motorzeitgebung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der eingespritzte Kraftstoff asynchron mit der Motorzeitgebung zumindest während des Starts zugeführt wird; und dass der Kraftstoff nach dem Start synchron mit der Motorzeitgebung eingespritzt wird.
Computerprogramm, mit auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeicherten Daten computerausführbarer Befehle, die den Zündpunkt für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen steuern, mit Befehlen zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche.