DE2805293C2

DE2805293C2 - Elektronische Zündzeitpunkteinstellvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2805293C2
Application number: DE2805293A
Authority: DE
Inventors: Seigo Yokohama Suzuki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-02-08
Filing date: 1978-02-08
Publication date: 1986-06-12
Also published as: DE2805293A1; FR2379708A1; JPS6132498B2; JPS5399142A; IT1102047B; US4292941A; IT7847967A0; FR2379708B1; GB1600792A

Description

dadurch gekennzeichnet,

— daß der Festwertspeicher (12) mehrere, über vorbestimmte Drehzahlbereiche der Brennkraftmaschine konstante Werte (A\, ...) aufweist, die den Unterschieden zwischen der Zeit, in der ein Zündfunke in einem Zylinder in der Brennkraftmaschine erzeugt wird, und der Zeit, in der sich die durch diesen Zündfunken erzeugte Flammenfrom durch den Zylinder ausgebreitet hat, entsprechen, und außerdem mehrere von der Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängige Korrekturdaten (Qj) enthält,

— daß ein Rechenwerk (13) aus der gemessenen und im Speicher (Teil von 11) gespeicherten Anzahl, den zugeordneten konstanten Werten und den Korrekturdaten den Wert des nächsten Zündzeitpunktes berechnet, der in einem mit dem Rechenwerk (13) verbundenen Zwischenspeicher (14) zwischengespeichert wird,

— daß der mit dem Zwischenspeicher (14) und dem Zähler (11) verbundene Vergleicher (15) die Anzahl der seit dem letzten Zeitsteuerimpuls aufgetretenen Taktimpulse mit dem im Zwischenspeicher (14) stehenden nächsten Wert des Zündzeitpunktes vergleicht und einen Koinzidenzimpuls erzeugt, wenn die Anzahl der Taktimpulse und der Wert übereinstimmen, und

— daß ein mit dem Vergleicher (15) verbundener Pufferspeicher (16) auf den Koinzidenzimpuls anspricht und ein Ausgangssignal erzeugt, das den nächsten Zündfunken im zugehörigen Zylinder der Brennkraftmaschine hervorruft.

2. Zündzeitpunkteinstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Zähler (11) gespeisten Taktimpuise eine Impulsdauer von 10—50 μ5 besitzen.

Die Erfindung betrifft eine elektronische Zundzeitpunkteinstellvorrichtung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Im Hinblick auf die in jüngster Zeit verschärften Vor-Schriften bezüglich der Abgaswerte von Kraftfahrzeugen ist bereits eine elektronische Zündzeitpunkteinstellvorrichtung entwickelt worden, bei welcher der Vorzündwinkel als Funktion der Drehzahl der Brennkraftmaschine ausgedrückt wird, wobei der Zündzeitpunkt

ίο zur Steuerung der Zündung der Maschine durch diese Funktion bestimmt wird. Insbesondere wird dabei die Drehzahl χ an der Kurbelwelle nach einem geeigneten Verfahren gemessen, und der Vorzündwinkel β wird untere Heranziehung einer Funktion F{tx) der Drehzahl « nach folgender Gleichung bestimmt:

ß-F{a)

Die Funktion F(x) besitzt eine Tendenz zu einem linearen Anstieg, bis die maximale Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine erreicht ist, so daß β in einem bestimmten Drehzahlbereich durch eine primäre Funktion gemäß folgender Gleichung (2) ausgedrückt wird:

Der Zündzeitpunkt wird durch den anhand von Gleichung (1) oder (2) ermittelten Winkel β bestimmt. Hierbei wird der Zündzeitpunkt Tdurch Einsetzen der Größe von β in folgende Gleichung (3) berechnet:

360

1
a
60

+ AT

in welcher π die Zahl der Zylinder der Brennkraftmaschine und AT einen Korrekturausdruck bedeuten. Der Zündimpuls wird entsprechend dem nach Gleichung (3) bestimmten Zündzeitpunkt erzeugt.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung ist es für die Bestimmung des Zündzeitpunkts nötig, Gleichung (1) oder (2) und Gleichung (3) mittels eines elektronischen Rechners auszurechnen. Selbst bei Verwendung eines mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden LSI-Rechners (LSI = Großintegration) für diesen Zweck ist allein für die Multiplikations- und Divisionsoperationen eine Verarbeitungszeit von 50—100 μβ erforderlich, so daß die gesamte Berechnung insgesamt 200—500 \is dauert. Bei einer mit einer Drehzahl von 10 000/min laufenden Sechszylindermaschine ist/?=l°, so daß die Größe der Zündzeit T etwa 100 μ5 beträgt. Dies bedeutet, daß die Verarbeitungszeit länger ist als die Zündzeitspanne. Unter diesen Bedingungen ist es mittels einer eine Programmrüstung verwendenden elektronisehen Vorrichtung schwierig, die Zündung bei einem Zündwinkel von etwa 1° auf Echtzeitbasis zu steuern.

Bei der vorstehend beschriebenen, bisherigen elektronischen Zündanlage wird β für eine Maschinendrehzahl bestimmt, die praktisch der maximalen Ausgangsleistung (Nennleistung) der Brennkraftmaschine entspricht, so daß der Zündzeitpunkt bzw. die Zündzeit erheblich von dem richtigen Wert bei niedrigen Drehzahlen abweicht. Aus diesem Grund ist es schwierig, den richtigen Zündzeitpunkt für den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine festzulegen.

In der DE-OS 26 31 323 ist ein elektronisches Frühzündungs-System für Brennkraftmaschinen beschrieben, bei dem eine erste Serie von Dauerimoulsen einer

Frequenz erzeugt wird, die von der Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängig ist Weiterhin wird eine zweite Serie von Dauerimpulsen einer zur Drehzahl dieser Brennkraftmaschine proportionalen Frequenz erzeugt Die Impulse der ersten Serie werden während der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bezugsimpulsen ablaufenden Zeitspanne gezählt, wobei die so gezählte Impulszahl gemäß einer vorgegebenen Vorzündungsfunktion kodiert wird. Außerdem werden ausgehend von jedem Bezugsimpuls die Impulse der zweiten Serie z. wischen zwei aufeinanderfolgenden Bezugsimpulsen gezählt. Die so erhaltene Impulszahl wird mit dem kodierten Wert der Impulszahl der ersten Serie verglichen. Ein Steuerimpuls wird ausgelöst, sobald der Wert der gezählten Impulszahl der zweiten Serie dem codierten Wert der Impulszahl der ersten Serie gleich wird.

In der DE-OS 24 00 648 ist eine Zündzeitpunkteinstellvorrichtung zur Erzeugung von elektrischen Impulsen beschrieben, bei der ein Rechtecksignal gebildet wird, indem beide Enden einer Markierung auf einer Kurbelwelle erfaßt werden, wobei die der Breite des Rechtecksignals entsprechende Anzahl der Impulse für die Zündungssteuerung herangezogen wird. Zündungsdaten werden aus einem Festwertspeicher ausgelesen und mit der Anzahl der für die nächste Umdrehung erzeugten Impulse verglichen, wodurch die Zündzeitpunkteinstellung festgelegt wird. Die Zündzeitpunkteinstellung wird also entsprechend der auf der Kurbelwelle angebrachten Markierung vorgenommen. Wenn dabei jedoch eine Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine auftritt, liegt ein Fehler in der Zündzeitpunkteinstellung vor. Läuft die Brennkraftmaschine langsam, dann erfolgt die Zündung theoretisch zu einer Zeit, die sehr nahe bei der Zeit ist, in welcher die Brennkraftmaschine eine vollständige Umdrehung ausführt. Tatsächlich tritt die Zündung aber einige Zeit nach einer vollständigen Umdrehung der Brennkraftmaschine ein, da der Verzögerungswinkel berücksichtigt werden muß. Da ein Zähler zu der Zeit nach der einen Umdrehung der Kurbelwelle zurückgestellt wird, ist eine »glatte« Steuerung des Verzögerungswinkels nicht möglich, und bei geringer Drehzahl kann für die Brennkraftmaschine keine »glatte« Zündung erreicht werden.

In der DE-OS 25 24 994 ist eine Vorrichtung zur automatischen Einstellung der Vorzündung im Zündsystem einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei der mittels mehrerer Fühler die Stellung der Kurbelwelle erfaßt wird. An einem Fühler vorbeilaufende Zähne werden während einer Zeitspanne gezählt, die zwischen dem Vorbeigang eines Vorsprunges an einem anderen Fühler abläuft. Ein Speicher speichert den Zählerstand eines Zählers nach dieser Zeit, um ein Signal zu liefern, das einen Sollwert des erforderlichen Vorzündungswinkels bildet. Ein weiterer Speicher speichert diesen Sollwert, und ein Vergleicher vergleicht den gespeicherien Sollwert mit der momentanen Anzahl im Zähler, um, wenn diese Werte übereinstimmen, eine Funkenentladungsschaltung zu betätigen.

Die Verwendung von Festwertspeichern in Zündsteuerungen von Brennkraftmaschinen ist z. B. aus den Zeitschriften »Computer«, August 1974, Seite 34, und »Automotive Engineering«, January 1977, Seiten 24-29, bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute elektronische Zündzeiteinstellvorrichtung zu schaffen, mit welcher der Zündzeitpunkt besonders genau und in kurzer Zeit eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Zündzeitpunkteinstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

De>- Festwertspeicher enthält also mehrere, über vorbestimmten Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine konstante Werte und außerdem noch mehrere drehzahlunabhängige Korrekturdateii, wodurch bei kurzer Rechenzeit eine genaue Zündzeitpunkteinstellung vorgenommen werden kann.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 eine graphische Darstellung der Kennlinie der Drehzahl einer Brennkraftmaschine,

F i g. 2 ein Zeitdiagramm für den Zündzeitpunkt und die Zündzeitspanne,

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der elektronischen Zündzeitpunkteinstellvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung und

Fig.4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß F i g. 3.

Bei einer Brennkraftmaschine läßt sich die Flammenausbreitungs-Verzugszeit D, d. h. die Zeitspanne zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Zeitpunkt, bis zu dem sich die durch den Funken erzeugte Flammenfront durch den Zylinder ausgebreitet hat, durch folgende Gleichung ausdrucken:

D=P{<x)-rQ (4)

worin P(x) eine Funktion der Drehzahl der Brennkraftmaschine bedeutet und sich allgemein durch eine einfaehe, stufenförmige Funktion gemäß F i g. 1 darstellen läßt. Insbesondere ist dabei

P = A₁ im Bereich von 0<x<a\ P = A₂ im Bereich von x\ <x<X2 P = Ai'v

Gemäß F i g. 1 ist die Funktion Ρ(λ) in jedem Bereich konstant.

In Gleichung (4) bedeutet Q einen Korrekturausdruck für andere Veränderliche, wie Unterdruck bzw. Maschinensaugdruck, Grad der Drosselklappenöffnung, Atmosphärendruck, Außentemperatur usw.; diese Größe Q ist von der Drehzahl χ unabhängig. Aus diesem Grund kann die Größe Q als in einem bestimmten Betriebsbereich der Maschine konstant angesehen werden. Beispielsweise entspricht in einem Bereich von

D = Ai + Q

Im Zeitdiagramm von F i g. 2 gibt Kieinen passenden Zündzeitpunkt an, während Li den tatsächlichen Zündimpuls-Erzeugungspunkt angibt. Mit D ist die genannte Flammenausbreitungs-Verzugszeit bezeichnet, die sich nach Gleichung(4) oder (5) bestimmt. Als Informationen bezüglich der Zündzeitpunkte Ki- 1, Ki und Ki+ 1 können Signalimpulse benutzt werden, die bei jedem Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine erzeugt werden, beispielsweise Signalimpulse, die mittels eines photoelektrischen Wandlerelements in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle erzeugt werden. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, entspricht der Zündimpuls-Erzeugungspunkt Li für den Zündzeitpunkt Ki einem Punkt,

der um ein Intervall Xi—\ später liegt als der Zeitpunkt Ki-1. Das Intervall zwischen Ki+ X und Kikann mittels eines Zählers bestimmt werden, wenn die Information bezüglich Ki und Ki+1 verfügbar ist. Xi kann somit anhand von (Zi-D) bestimmt werden. Zum Zeitpunkt Li+ 1 wird jedoch Zi nicht gemessen. Wenn man daher annimmt, daß Zi—\ gleich Zi ist, läßt sich Xi nach folgender Gleichung bestimmen:

Xi = Zi- X-D (7)

Aus Gleichungen (4) und (7) ergibt sich:

Xi = Zi - \P(x) + Q] = Zi - Q- P(x)
Mithin folgt aus Gleichung (6):

Xi = Zi-1 - A, - Q (8)

Da /4i und Q in einem bestimmten Drehzahlbereich Konstanten sind, läßt sich das Intervall Xi auf einfache Weise lediglich durch Addition und Subtraktion von Konstanten bestimmen.

Während in der vorstehenden Beschreibung vorausgesetzt wurde, daß Zi = Zi — 1 entspricht, beträgt der

Fehler dieses Intervalls nur etwa — Umdrehung (mit

η — Zylinderzahl), so daß dieser Fehler vernachlässigbar ist. Tatsächlich entspricht die für die Berechnung des Intervalls Xi nötige Verzugszeit der Ansprechzeit der elektronischen Zündzeitpunkteinstellvorrichtung. Die Zeitspanne zur Bestimmung des Intervalls Zi-1 und zur anschließenden Bestimmung von Xi beträgt etwa 10—50 y&. Dies bedeutet, daß das Ansprechen der erfindungsgemäßen Vorrichtung außerordentlich schnell erfolgt und der Zündzeitpunkt mit außergewöhnlich großer Genauigkeit bestimmt werden kann.

F i g. 3 veranschaulicht ein Blockschaltbild einer elektronischen Zündzeitpunkteinstellvorrichtung, die einen Zündimpuls nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzeugt, wobei einZähler 11 in Abhängigkeit von einem Taktimpuls Φχ die Perioden der Zeitsteuerimpulse Ki-X. Ki und Ki+1 zählt, die fortlaufend durch einen Impulsgenerator, beispielsweise ein photoelektrisches Wandlerelement jedesmal dann erzeugt werden, wenn sich die Kurbelwelle über einen vorbestimmten Winkel dreht. Die Periode des Taktimpulses Φ liegt bei 10—5Q\is. Informationen entsprechend den für die Durchführung von Gleichung (8) erforderlichen Konstanten werden in einem Festwertspeicher 12 gespeichert.

In Abhängigkeit von einer Zählinformation des Zählers 11 liest ein Rechenwerk 13 eine Konstanteninforination entsprechend der Zählinformation aus dem Festwertspeicher 12 aus, und es verarbeitet Gleichung (8) auf der Grundlage der Konstanten- und der Zählinformation. Das Rechenwerk 13 kann aus einem Rechner oder einem Addierwerk bestehen, beispielsweise aus einem 8-12-Bit-Paralleladdierwerk. Ein Zwischenspeicher 14 dient zur vorübergehenden Speicherung des Ergebnisses der vom Rechenwerk 13 durchgeführten Verarbeitung von Gleichung (8). Ein Vergleicher 15 vergleicht das Intervall Xi, welches durch das vorhergehende Intervall Zi-1 nach Gleichung (8) bestimmt und im Zwischenspeicher 14 gespeichert worden ist, mit dem Inhalt des die ihm eingespeisten Taktimpulse zählenden Zählers 11, um das Impulsintervall zwischen den Impulsen Ki und Ki+1 zu bestimmen. Wenn die Zählwerte des Zählers mit der Größe Xi übereinstimmen, liefert der Vergleicher 15 einen Koinzidenzimpuls, der einem Pufferspeicher 16 eingegeben wird, der seinerseits ein den Zündzeitpunkt bestimmendes Ausgangssignal SP liefert.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 3 anhand des Flußdiagramms von F i g. 4 erläutert. Bei Beaufschlagung mit einem Zeitsteuerimpuls Ki-X beginnt der Zähler 11 den Taktimpuls Φ zu zählen, wobei er an das Rechenwerk 13 eine Information bezüglich

ίο seines zwischen den Impulsen Ki-X und Kierreichten Inhalts übermittelt, nämlich eine Information entsprechend dem Impulsintervall Zi-X. Hierauf zählt der Zähler 11 weiter das Impulsintervall zwischen den Impulsen Ki und Ki+ 1. Die dem Rechenwerk 13 gelieferte Information bezüglich des Intervalls Zi-X wird mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine verglichen, d. h. mit Xx, x₂ und X3. Wenn die Bedingung 0<Zi—X <x\ vorliegt, wird die Konstante Αχ aus dem Festwertspeicher 12 ausgelesen, während im Fall von

0<Zi—X <X₂ undX₂ <Zi-1 <X₂

die Konstanten A₂ bzw. A3 aus dem Festwertspeicher 12 ausgelesen werden. Darüber hinaus wird die von der Drehzahl unabhängige Korrekturgröße Q entsprechend der Information von Zi-1 ausgelesen. Nach dem Auslesen dieser Informationen führt das Rechenwerk 13 eine Operation entsprechend der Gleichung

Xi= Zi-X-Ak-Q

in Übereinstimmung mit diesen Informationen aus (wenn k=l, 2 oder 3). Die dabei gewonnene Information Xiwird im Zwischenspeicher 14 gespeichert.
Der Inhalt des Zählers, beginnend mit dem Impuls Ki, wird durch den Vergleicher 15 mit der im Zwischenspeicher 14 enthaltenen Information Xi verglichen, und beim Auftreten von Koinzidenz liefert der Vergleicher

15 einen Ausgangsimpuls. Dieser Ausgangsimpuls wird auf vorher beschriebene Weise über den Pufferspeicher

16 als Zündzeitsignal der Zündanlage aufgeprägt. Der vorstehend erläuterte Vorgang wiederholt sich bei jeder Umdrehung bzw. jedem Hub der Brennkraftmaschine.

Wie dargelegt, wird je ein Signalimpuis bei jeder Umdrehung oder jedem Hub der Brennkraftmaschine erzeugt, wobei der Zündzeitpunkt entsprechend diesem Signalimpuls berechnet wird. In Abhängigkeit vom Rechenergebnis wird eine entsprechende Verbrennungs-Verzugsinformation aus einer Anzahl vorgegebener Verbrennungsverzugsinformationen ausgewählt, wobei die gewählte Information zur Zählinformation hinzuaddiert oder davon subtrahiert wird, um für die folgende Maschinenperiode den Zündzeitpunkt zu berechnen, der als Basis für die Zufuhr eines Zündsignals zu einer Zündkerze benutzt wird. Die Verbrennungsverzugsinformation enthält eine Information, in welcher Konstanten bezüglich der Drehzahl und die Korrekturgröße auf Zeitbasis oder in ähnlichen Einheiten ausgedrückt sind und die im Festwertspeicher enthalten ist. Die Information betreffend die Konstanten und die Korrekturgröße werden durch die Information bezüglich der Drehzahl kontinuierlich oder intermittierend ausgelesen. Nach diesem Verfahren kann der Zündzeitpunkt wirtschaftlieh und mit großer Genauigkeit bestimmt werden, so daß außerordentlich genaue Zündzeitpunkte für alle Drehzahlbereiche der Brennkraftmaschine gewährleistet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronische Zündzeitpunkteinstell vorrichtung für Brennkraftmaschinen, mit

— einem Zeitsteuerimpulsgenerator zum Erzeugen mehrerer Zeitsteuerimpulse (Ki), wobei das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Zeitsteuerimpulsen jeweils aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine entspricht,

— einem Taktgeber zum Erzeugen mehrerer Echtzeit-Taktimpulse (Φ),

— einem mit dem Zeitsteuerimpulsgenerator und dem Taktgeber verbundenen Zähler (11) zum Zählen der Anzahl der Taktimpuise zwischen aufeinanderfolgenden Zeitateuerimpulsen, wobei diese Anzahl die Information über die Drehzahl der Brennkraftmaschine darstellt,

— einem Speicher (Teil von 11) zum Speichern der gemessenen Anzahl der Taktimpulse entsprechend der vorhergehenden Umdrehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine,

— einem Festwertspeicher (12) und

— einem Vergleicher (15),