DE2823711A1

DE2823711A1 - Verfahren und anordnung zum betrieb einer fremdgezuendeten brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2823711A1
Application number: DE19782823711
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Bruening; Istvan Dipl Ing Geiger; Manfred Dipl Ing Meyer; Klaus Dipl Ing Dr Stamm
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1978-05-31
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1979-12-06
Also published as: DE2823711C2; US4338899A; IT7923129A0; FR2427477A1; IT1120930B; FR2427477B3

Description

AKTIENGESELLSCHAFT

-A- K 2555/1702-pt-hu-sa 29. 5. 78

Verfahren und Anordnung zum Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Art sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ist aus der DE-OS 2 221 354, F02p, 5/04, zum Zwecke der Stabilisierung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine beim Auftreten von positiven Änderungen einer äußeren Belastung, wie sie beispielsweise durch eine hydraulische Lenkhilfe gegeben ist, bekannt. Dieses bekannte Verfahren geht aus von der aus dem Diagramm der Figur 1, in der die relative Drehzahl η über dem ZündwinkelOC wiedergegeben

ist, ersichtlichen bekannten Tatsache, daß bei Änderungen des Zündwinkels in Richtung auf Vorverlegung des Zündzeitpunkts die Drehzahl zunächst ansteigt, bis bei einem relativ großen positiven Zündwinkel, bezogen auf OT, also bei einer starken Vorzündung, ein Maxiraum der Drehzahl auftritt. Wie Figur 2 hinsichtlich der Tendenz zeigt, wächst mit zunehmender Vorzündung der mittlere indizierte Druck ρ . in den Brennräumen der Brennkraftmaschine und damit auch das Drehmoment derselben bis zu einem Maximum.

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Vorsitzender Vorstand: Toni Scrtroüdcer, Vorsitzender · Horst Backsmann · Prof. Dr. lechn. Ernst FIaIa ■ Dr. Jw. Peter Frerk

des Aufsichtirau: Günter Hartwich . Hont Munjner · Df. rer.pol. Werner P. Schmidt Gottlieb M. Strobl · Pro«. Df. ref. poL Frtodrkb Thome«

Hans Birnbaum Sitz der Gesellschaft: Wolfsburg Amtsgericht Wotftburg HRt 21S

Dieser Tatbestand wird also bei dem bekannten Verfahren zur Stabilisierung der Leerlaufdrehzahl bei Schwankungen der äußeren Belastung ausgenutzt, wobei das bekannte Verfahren im übrigen im Leerlauf mit starker Spätzündung und zur Kompensation des damit verbundenen Leistungsverlust s mit einer Vergrößerung der Füllung der Brennräume arbeitet.

Während es bei dem bekannten Verfahren nach den obigen Ausführungen um eine Stabilisierung der Leerlaufdrehzahl bei Schwankungen der äußeren Belastung der Maschine geht, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine anzugeben, das im Leerlauf die Zuführung eines im Hinblick auf die Abgasemission günstigen mageren Kraftstoff-Luft-Gemischs gestattet, ohne daß nicht zu vermeidende Streuungen der Luftzahl, und zwar sowohl zeitliche Streuungen in dem einem der Zylinder zugeführten Gemischanteil als auch Streuungen zwischen den den verschiedenen Zylindern zugeführten Gemischanteilen, zu einem unrunden Lauf der Brennkraftmaschine oder gar einem Stillstehen derselben im Leerlaufbetrieb führen. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Hauptanspruchs; vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Anordnung zur Durchführung desselben sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung geht davon aus, daß die Ursache für das Auftreten hoher Emissionen insbesondere von CO und HC in den interessierenden Betriebsbereichen der Fahrzeug-Brennkraftmaschinen in der bei bekannten Betriebsverfahren von Brennkraftmaschinen notwendigen Zuführung eines fetten Gemische im Leerlaufbetrieb zu sehen ist; das zugeführte Gemisch kann sich, ausgehend von dem fetten Gemisch bei Leerlauf, in den Fahrbereich hinein nicht sprunghaft ändern. Wie Figur 3 zeigt, in der über der Drehzahl η der Brennkraftmaschine der Mitteldruck ρ aufgetragen ist und die Kurven konstanter CO-Emission eingezeichnet sind, ergeben sich bei den bekannten Betriebsverfahren von Fahrzeug-Brennkraftmaschinen in den durch Drehzahl und Mitteldruck gekennzeich-

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neten unterschiedlichen Betriebszuständen, wie Leerlauf, Teillast und Tollast, unterschiedliche Schadstoffemissionen, und zwar hohe Emissionswerte gerade in den interessierenden Betriebsbereichen.

Ein erstes Merkmal der Erfindung, die also die Verringerung der Schadstoffemissionen zum Ziel hat, besteht in der Zuführung eines sehr mageren Leerlaufgemischs, nämlich eines Gemischs mit so hoher Luftzahl Λ. > daß der Arbeitspunkt auf der den Mitteldruck ρ . über

k Uli-

der Luftzahl Λ. wiedergebenden Kurve - siehe Figur 4 - im Bereich der abfallenden Planke derselben liegt. Das ist also identisch mit der Aussage, daß der Arbeitspunkt auf der abfallenden Flanke der Drehmomentkurve der Brennkraftmaschine liegt. Zur Erläuterung der Yerhältnisse wird im folgenden außer auf Figur 4 auch auf die bereits kurz behandelte Figur 2 sowie den in Figur 5 wiedergegebenen Zusammenhang zwischen Mitteldruck ρ . und Luftdurchsatz Q₁- eingegangen.

In allen drei Diagrammen ist durch den mit 1 bezeichneten Punkt das übliche Arbeitsverfahren bei Fahrzeug-Brennkraftmaschinaa gekennzeichnet. Es handelt sich also um die übliche Leerlaufeinstellung mit einem fetten Gemisch (kleine Luftzahl A* ) und einem relativ kleinen Luftdurchsatz. Bei dieser Leerlaufeinstellung spielen die erwähnten zeitlichen Änderungen der Zusammensetzung der einzelnen Gemischanteile der Brennkraftmaschine für den Betrieb derselben keine Rolle. Diese - an sich günstige - Eigenschaft wird aber, wie gesagt, erkauft mit relativ hohen Schadstoffanteilen in den Abgasen. Diese Verhältnisse liegen auch bei dem bekannten Verfahren nach der genannten Offenlegungsschrift vor, da die dort angesprochene Vergrößerung des Leerlaufluft-Drosselquerschnitts bei im Leerlauf auf sehr spät verlegtem Zündzeitpunkt keine grundsätzliche Änderung der Luftzahl A. , sondern nur eine Änderung der Füllung bedeutet.

Bei der Erfindung wird nun eine so große Luftzahl A» eingestellt, daß sich gemäß Figur 4 ein Arbeitspunkt 2 auf der abfallenden Flanke dieser Kurve ergibt. Dies bedeutet eine Abnahme des Mitteldrucks, so daß

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jetzt die Brennkraftmaschine erheblich, weniger Leistung erzeugt und auch dann, wenn der Kraftstoffanteil im Gemisch gerade noch zur Zündung ausreicht, die Gefahr besteht, daß bei den angeführten Schwankungen der Luftzahl die Maschine stehenbleibt.

Wie Figur 5 erkennen läßt, kann dieser Drehmomentverlust durch die Abmagerung des Leerlaufgemischs durch Erhöhung des Luftdurchsatzes Ο,- kompensiert werden; siehe auch dort den sich dann einstellenden Betriebspunkt 2.

'Würde man den normalen Zündzeitpunkt im Leerlauf relativ früh legen, wie dies in Figur 2 durch den Punkt 1 angedeutet ist, so wäre eine gemäß dem Kurvenverlauf an sich mögliche Kompensation des Drehmomentverlusts, der gemäß dem Zusammenhang in Figur 4 durch die Abmagerung des Leerlaufgemischs auftritt, durch Änderung des ZündwinkelsOC , nämlich Verlegen des Zündzeitpunkts in Richtung Früher, nicht möglich, und zwar einerseits infolge der Lage dieses Punktes 1 in Figur 2 nahe dem Maximum der Kurve und andererseits deshalb, weil bei weiterer Verlegung des Zündzeitpunkts in Richtung Früher der gewünschte Betrieb der Maschine nicht mehr gewährleistet wäre. Der den Betriebspunkten 2 in den Diagrammen nach Figur 4 i^nd 5 zugeordnete Betriebspunkt 2 in dem Diagramm nach Figur 2 wäre bei dieser grundsätzlichen Zündzeitpunkt-Einstellung im Leerlauf also praktisch identisch mit Punkt 1.

Daher geht das erfindungsgemäße Verfahren aus von einem relativ spät liegenden Zündzeitpunkt, der in Figur 2 bei 3 angedeutet ist. Er liegt nämlich eindeutig auf dem ansteigenden Ast der den Zusammenhang zwischen Mitteldruck und Zündzeitpunkt angebenden Kurve in Figur 2.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß unter einem relativ späten Zündzeitpunkt im Sinne der Erfindung nicht notwendigerweise, wie in der DE-OS 2 221 354, eine Spätzündung bezüglich OT zu verstehen ist, sondern daß unter "relativ spät" auch noch eine Vorzündung bezüglich OT fallen soll, also ein Winkel, der in Figur 1 durch posi-

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tive Zahlenwerte für ein unverbindliches Beispiel gekennzeichnet ist. Natürlich erfaßt die Erfindung auch ein Verfahren, bei dem die Grundeinstellung des Zündzeitpunkts auf Spätzündung (negative Abszissenwerte in Figur 1) erfolgt.

Durch diese Wahl des Ausgangswertes des Zündzeitpunkts im Leerlauf ist ein Regelhub für das erfindungsgemäße Verfahren gewonnen, denn nunmehr kann der ZündwinkelOi. in Figur 2 bei Änderungen des Drehmo-

2!

ments der Brennkraftmaschine infolge der beschriebenen Schwankungen der Luftzahl zwecks Stabilisierung der Leerlaufdrehzahl zwischen den Punkten 3 und 1 des Diagramms nach Figur 2 geändert werden. Verständlicherweise können dadurch auch Schwankungen der äußeren Belastung der Brennkraftmaschine regelungstechnisch kompensiert werden, da auch diese sich in Drehzahländerungen im Leerlauf auswirken.

Die hiermit gemäß Figur 2 verbundene Verringerung des Mitteldrucks ρ . und damit des von der Brennkraftmaschine erzeugten Drehmoments wird durch Erhöhung des Luftdurchsatzes Qt von 2 nach 3 in Figur 5 kompensiert.

Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nun die Vorverlegung des Zündzeitpunkts bei absinkender Drehzahl der Brennkraftmaschine nach einem bestimmten Gesetz, nämlich linear mit einer Steigung, die gegeben ist durch den Quotienten aus einem Referenzwinkel und dem Sollwert der Leerlaufdrehzahl. Der Referenzwinkel (oder: Referenzzündwinkel) ist dabei definiert als der von der Anzahl der Brennräume der Brennkraftmaschine abhängige Winkel zwischen aufeinanderfolgenden Impulsgeber-Betätigungen. Im folgenden wird stets davon ausgegangen, daß als Impulsgeber_ein Unterbrecherkontakt Verwendung findet. Geht man von einem üblichen Viertakt-Kolbenmotor mit Fremdzündung aus, so erfolgt die Zündung jedes der Zylinder bei jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle, d.h. alle 720° KW. Bei Verwendung nur eines Unterbrecherkontakts für die Zündung aller vier Zylinder der Brennkraftmaschine ergibt sich eine Betätigung dieses Kontakts alle 180 KW. Die Zeit zwischen zwei Kontaktbetätigungen wird als Eeferenz-

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zeit, der Winkel zwischen zwei Kontaktbetätigungen wird als Referenzwinkel angegeben, und zwar stets bezogen auf den Sollwert der Leerlauf drehzahl . Liegt in dem behandelten Zahlenbeispiel der Sollwert der Leerlaufdrehzahl bei 1000 U/min, so ergibt sich demgemäß eine Steigung von 18 ° KW Eine derartige lineare Regelkennlinie hat

100 U/min
sich in Verbindung mit einem mageren Leerlaufgemisch als optimaler Kompromiß zwischen niedrigem Verbrauch, günstiger Abgasemission (vor allem CO und HC) sowie technischer Realisierung erwiesen. Eine entsprechende Anordnung, für die ein Ausführungsbeispiel im folgenden noch anhand der weiteren Figuren erläutert wird, braucht nämlich lediglich einen Zeitvergleich vorzunehmen und, sofern eine bestimmte Zeit überschritten, d.h. ein bestimmter Drehzahlsollwert unterschritten wird, eine lineare Vorverlegung des Zündzeitpunkts zu bewirken.

Die erwähnte Steigung im Sinne der oben gegebenen Definition ist also abhängig von dem vorgegebenen Sollwert der Leerlaufdrehzahl. Dies wiederum macht es möglich, den Betrieb der Brennkraftmaschine beeinflussende äußere Einflußgrößen, z.B. eine Maschinentemperatur, wie die Kühlmitteltemperatur, zu berücksichtigen. Dies kann entweder direkt durch Erfassung einer Maschinentemperatur oder indirekt dadurch geschehen, daß man den von einer Starteinrichtung beeinflußten Luftdurchsatz oder die Stellung einer Starteinrichtung meßtechnisch erfaßt. Man kann dann sprunghaft oder kontinuierlich in Abhängigkeit von der jeweils gemessenen Temperatur zwischen zwei Sollwerten der Leerlaufdrehzahl wechseln, und zwar bei entsprechender Auslegung der Anordnung automatisch, wobei beim Kaltstart ein größerer Sollwert für die Leerlaufdrehzahl Berücksichtigung findet als bei warmer Brennkraftmaschine. Regelungstechnisch bedeutet dies, daß beim Kaltstart eine flachere Regelkennlinie Verwendung findet als bei warmer Maschine.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß es nicht notwendigerweise das Starten der Brennkraftmaschine nachteilig beeinflußt. Wie erläutert, führt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Absinken der Leerlaufdrehzahl zu einer Verlegung des Zündzeitpunkts in Richtung Früher, bis ein Stabilisierungseffekt auftritt, so daß die jeweilige Drehzahlverringerung auf einen von der je-

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weiligen Schwankung der Luftzahl bzw. der äußeren Belastung abhängigen kleinen Wert begrenzt wird. Damit können aber Werte für den Zündzeitpunkt auftreten, die abweichen von den für das Starten der Maschine optimalen Werten der Zündwinkel. Diesem Gesichtspunkt trägt die in Anspruch 2 behandelte Abschaltung der erfindungsgemäßen Torverlegung des Zündzeitpunkts - und gegebenenfalls eine Abschaltung der grundsätzlichen Spätzündung bei Leerlaufbetrieb - Rechnung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in Figur 6 dargestellt ist und dessen Impulsdiagramm in den Figuren 1, 8 und J für verschiedene Betriebsfälle wiedergegeben ist. Figur 10 zeigt im einzelnen eine Ausbildung eines Teils der Schaltung nach Figur 6 für den Fall einer temperaturabhängigen Umschaltung zwischen zwei vorgegebenen Sollwerten der Leerlaufdrehzahl, und Figur 11 schließlich zeigt das Arbeitsdiagramm der gesamten Anordnung.

Bezüglich der Darstellung der einzelnen Schaltungsbauteile bzw. Schaltungsbausteine wird verwiesen auf die Schaltzeichen in 'Elektronik' 1978, Heft 1, Seiten 85 ff. In der folgenden Beschreibung wird der Begriff "Spannungsimpuls" bzw. "Impuls" auch für Bereiche von zeitlichen Spannungsverläufen verwendet, in denen der Wert der Spannung Bull ist, sofern die Dauer dieser Bereiche in der Schaltung ausgenutzt wird.

Betrachtet man Figur 6, so zerfällt die dort dargestellte Anordnung in drei Schaltungsteile, nämlich die Auslöseschaltung 10, die Zeitvergleichslogik 11 und die .^rjündschaltung 12, die in diesem Ausführungsbeispiel einen an sich bekannten Aufbau besitzt.

Betrachtet man zunächst die Auslöseschaltung 10, so enthält sie, vie für Zündeinrichtungen von Brennkraftmaschinen üblich, den von dem Unterbrechernocken 13 periodisch drehzahlabhängig betätigten Unterbrecherkontakt 14, der demgemäß ebenfalls periodisch duroh Inversion aus Impulsen U_ gewonnene Spannungsimpulse U an parallel angeschaltete retriggerbare Zeitglieder 15, 16 und 17 abgibt. Diese Zeitglieder sind in dem figürlich dargestellten Ausführungsbeispiel durch monostabile Kippstufen gebildet, jedoch können stattdessen auch Zähler Einsatz finden. Die Leitung 18 dient als Sperrleitung zur Sperrung des Zeitglieds 16, wenn sich das Zeitglied 17 im stabilen Zustand befindet.

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Die in ien Zeitgliedern 15 und 16 erzeugten Spanrmngsimpulse U3 und ΤΓ1 haber. eine Bauer, die dem zeitlichen Anstand T _nn zwischen auf-

soll

einanderfolgenden Unterbrecherkontakt-Betätigungen beim Sollwert η ,, der Leerlaufdrehzahl entspricht. Dagegen liegt die Bauer T

SO J-X HX

des in dem Zeitglied 17 erzeugten Spannungsimpulses ΤΓ2 bei dem Zeitwert der Zündzeitpunkt-Vorverlegung, die bei der gewählten Steilheit der Regelkennlinie einem unterhalb des üblichen Leerlaufbereichs liegenden minimalen Brehzahlwert η der Brennkraftmaschine zugeordnet ist.

Bie beiden Impulse bzw. Impulsfolgen U1 und TJ2 werden dem bistabilen Zippgliei 19 zugeführt, dessen Ausgangsimpulse TJ4 ebenso wie die Impulse TJ' an die UlTB-Schaltung 20 gelangen. Bie Impulse ΤΓ4 gelangen ebenso vie die Impulse U3 ferner an das UHB-Glied 21, dessen Ausgangsimpulse 77 auf einen Eingang des UND-Glieds 22 gegeben werden. Ber andere Eingang dieses Glieds ist belegt mit Ausgangsimpulsen U6 des UtTB-Glieäs 23, dessen Eingängen die Impulse U und die Ausgangsimpulse U5 des 75B-Glieds 20 zugeführt werden. Am Ausgang des IMB-Glieds 22 liegen bereits die den jeweiligen Zündzeitpunkt bestimmenden Impulse U. vor, die aber über den Invertierer 25 invertiert als Impulse U. dem ersten Transistor 25 des ferner den Transistor 26 enthaltenden Schaltverstärkers der Zündschaltung 12 zugeführt werden. Bas Vorhandensein des Invertierers 24 und des am Eingang der Logik 11 vorgesehenen In-ertierers 27 bietet den Vorteil, daß die Zeitvergleichslogik 11 gleichsam als eigenständiger Block zwischen Auslöseschaltung 10 und Zündschaltung 12 eingefügt werden kann, da die Ausgangsimpulse Ü. dieselbe Polarität haben wie die Impulse JS_V, die am unterbrecherkontakt erzeugt verden.

Wie durch die Brücke 28 im rechten Teil der Zeitvergleiehslogik 11 angedeutet, ist es ferner möglich, nur den unterhalb der Linie 29 dargestellten Teil dieser Logik zu verwenden. Oberhalb der Linie 29 ist lediglich ein ergänzender Schaltungsteil wiedergegeben, der dann Einsatz findet, wenn eine Zündvorrichtung mit Schließwinkelsteuerung vor-

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liegt. Derartige Zündvorrichtungen sind "bekannt. Bei ihnen wird das Anstehen der Speisespannung für die Zündspule aus Gründen der Vermeidung von Energieverlusten auf einen Wert begrenzt, der zur Aufladung der Spule ausreicht. Wie bei der folgenden Erläuterung der Erfindung anhand der Figuren 7» 8 und 9 noch dargelegt wird, bewirkt die erfindungsgemäße Vorverlegung des Zündzeitpunkts bei absinkender Leerlaufdrehzahl eine Verkürzung der über den Schaltverstärker 25, 26 der Zündspule zugeführten Impulse. Da dies bei Zündvorrichtungen mit Schließwinkelsteuerung insofern kritisch sein kann, als dann die ohnehin knapp bemessene Dauer des Anstehens der Spannungsimpulse an der Zündspule noch weiter verringert wird, sorgt die oberhalb der Linie 29 wiedergegebene Teilschaltung der Zeitvergleichslogik 11, die demgemäß auch als Zusatzlogik bezeichnet werden kann, für eine zumindest annähernde Konstanz der Zeitdauer des Anlegens der Ladespannung an der Zündspule.

Von den drei Zeitgliedern 15, 16 und 17 sind die beiden erst genannten so ausgelegt, daß sie nur dann Impulsspannungen U3 bzw. ¥1 abgeben, wenn der Istwert der Leerlaufdrehzahl unter den Sollwert gesunken ist, also der Abstand zwischen Betätigungen des Unterbrecherkontakts 14 den zugehörigen Zeitwert Tg .., überschreitet. Während das Zeitglied 16 dann Impulse der Dauer Τ_{σ ΊΊ} abgibt, die mit der abfal-

DO-Lx

lenden Flanke der positiven Impulse der Spannung U beginnen, fangen die negativen Impulse der Dauer T .... der Spannung U3 bei dieser Drehzahlbedingung mit der ansteigenden Flanke der positiven Impulse der Spannung IT an.

Das Zeitglied 17 dagegen ist so ausgelegt, daß es erst dann eine Impulsspannung U2 mit positiven Impulsen der Dauer T abgibt, wenn die Drehzahl unter einen DrehzahlwerT η gesunken ist, der unterhalb des

eigentlichen Leerlaufdrehzahlbereichs liegt und dem die Zeitdauer T zwischen aufeinanderfolgenden Betätigungen des Unterbrecherkontakts 14 zugeordnet ist.

Die Figuren 7» 8 und 9 zeigen den zeitlichen Verlauf der Spannungen

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an den verschiedenen in Figur 6 gekennzeichneten Punkten der in dieser Figur dargestellten Schaltung, und zwar gelten folgende Drehzahlbedingungen:

Figur 7:

Figur 8: n_goll _> η > n_ffl

Figur 9 ί n_m > η

Figur 7 entspricht also dem normalen Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine in dem Drehzahlbereich, in dem die erfindungsgemäße Regelung nicht einzusetzen braucht. Dies bringt das Diagramm nach Figur 7 deutlich zum Ausdruck: Der Zündzeitpunkt, gekennzeichnet durch den Blitz in dem Diagramm für U., fällt zusammen mit der das Öffnen des Kontakts wiedergebenden ansteigenden Flanke im Spannungsverlauf TT«. Auch diese Flanke ist durch einen Blitz symbolisiert. Nach dem oben Gesagten kann auch die Impulsspannung U6 (über die Brücke 28) zur Durchführung des Zündvorgangs der Zündschaltung 12 direkt zugeführt werden. Im Hinblick auf die eben gegebenen Erläuterungen zur Auslegung der drei Zeitglieder 15» 16 und 17 sind diese wirkungslos; sie geben keine Impulsspannungen ab, befinden sich also - da retriggerbar - in ihrem metastabilen Zustand.

Anders ist die Situation bei der Figur 8 zugrundeliegenden Leerlaufdrehzahl, die gegenüber ihrem Sollwert abgesunken ist, aber noch im Leerlaufdrehzahlbereich liegt. Hier setzt die erfindungsgemäße Regelung ein, denn die Zeitbedingung für die beiden Zeitglieder 15 und 16 ist erfüllt. Dagegen soll voraussetzungsgemäß die Drehzahl noch nicht auf einen Wert abgesunken sein, der unterhalb des Leerlaufdrehzahlbereichs liegt, so daß also der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Betätigungen des Unterbrecherkontakts I4 noch kleiner ist als der Wert

Ein Vergleich der Lage des widerum durch einen Blitz hervorgehobenen Zündzeitpunktes, gegeben durch die ansteigende Impulsflanke in der

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Spannung TJ. (oder auch in der Spannung U6),mit der ebenfalls durch einen Blitz hervorgehobenen ansteigenden Impulsflanke in der Spannung TL, läßt ohne weiteres erkennen, daß der tatsächliche Zündzeitpunkt gegenüber dem Zeitpunkt der Eontaktbetätigung in Richtung Frühzündung verlegt, also vorgezogen, ist.

Bei dieser Sachlage sind die negativen Impulse in der Spannung ΤΓ5 nichts anderes als die zu den positiven Impulsen der Spannung TJ1 gegenphasigen Impulse. Die negativen Impulse in der Spannung U6, deren Endflanken die Zündzeitpunkte definieren, werden vom TOTD-Glied 23 während des gleichzeitigen "Vorhandenseins der positiven Impulse in den Spannungen ü und U5 erzeugt. Ein Vergleich mit dem Spannungsverlauf ΤΓ6 in Figur 7 zeigt, daß das Vorziehen des Zündzeitpunkts auf Kosten der zur Aufladung der Zündspule zur Verfugung stehenden Zeit t erfolgt. Damit bei einer Zündvorrichtung mit Schließwinkelsteuerung hier keine Schwierigkeiten durch unvollständige Aufladung der Zündspule entstehen, wird bei der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung durch die oberhalb der Linie 2$ dargestellte Zusatzlogik dieser Verkürzung der Zeitdauer t dadurch vorgebeugt, daß die in dem Diagramm für U6 in Figur 8 mit a bezeichnete Impulsflanke ebenfalls vorgezogen wird. Dies wird im wesentlichen mittels des Zeitglieds 15 erreicht, wobei dieses im Verhältnis zu dem Zeitglied 16 so ausgelegt ist, daß beim Zeitglied 15 der Ablauf der Zeit 3?_g mit der abfallenden Flanke der positiven Impulse der Spannung IT , dagegen beim Zeitglied 16 der Ablauf dieser Zeit durch die Anstiegsflanke der positiven Impulse der Spannung IT ausgelöst wird. Dem TWD-Glied 22 werden die Spannungen ΤΓ6 und U7 zugeführt, von denen die letztere das negative Abbild der Spannung TJ3 ist, so daß zum Aufladen der Zündspule gemäß dem Zeitdiagramm für die Spannung TJ. eine Zeit t¹ zur Verfugung steht, die~~so groß wie die Zeitdauer der Impulse der Spannung U ist.

In dem Ai.sführungsbeispiel nach Figur 9 schließlich liegt eine so niedrige Drehzahl der Brennkraftmaschine vor, daß es sich nur um das Ab-

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schalten oder den Start der Maschine handeln kann, nicht at>er um einen Leerlaufbetrieb, bei dem die erfindungsgemäße Drehzahlregelung wirksam sein muß. In der Regel wird es sich um den Start der Maschine handeln, für den eine andere Einstellung des Zündzeitpunkts optimal ist als im Leerlaufbetrieb. Aus diesem Grunde wird jetzt durch Ansprechen des Zeitglieds 17 eine Impulsspannung TT2 erzeugt, die über die Leitung 18 das Zeitglied 16 sperrt sowie das bistabile Zippglied 19 umschaltet, so daß die bisher positive Spannung U4 an dem einen Eingang des TJETD-Glieds 20 weggeschaltet wird. Damit steht am Ausgang dieses UND-Glieds eine positive Gleichspannung U5, und die Ausgangsspannung ΤΓβ des UND-Glieds 23 ist - nach einer Übergangsphase - ein Abbild der durch die Betätigung des Uhterbrecherkontakts 14 gewonnenen Impulsspannung TL.. Zwar spricht wiederum das Zeitglied 15 in der Zusatzlogik oberhalb der Linie 29 an, aber infolge ¥egschaltung der Spannung U4, die dem einen Eingang des TOTD-Glieds 21 zugeführt wird, gelangen die Impulse der Spannung U3 nicht in die Spannung U7, und die Spannungen U. bzw. U. sind zeitliche Abbilder der Spannung U6.

In Figur 10 sind nochmals die Auslöseschaltung 10 sowie die Zeitglieder 15, 16 und 17, hier unter Herauszeichnen ihrer zeitbestimmenden Schaltungselemente 30 bis 35 (RC-Kombinationen), wiedergegeben. Wie bereits eingangs erläutert, ist es zweckmäßig, nicht von einer einzigen Solldrehzahl bei allen möglichen Temperaturen der Brennkraftmaschine auszugehen, sondern beim Kaltstart einen höheren Wert der Solldrehzahl vorzugeben als bei warmer Maschine.

Zu diesem Zweck sieht die Ausführungsform der Erfindung nach Figur in den Basiskreisen von Schalttransistoren 36, 37 und 38 den beispielsweise die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine erfassenden Thermoschalter 40 vor, der bei niedrigen Temperaturen die Transistoren durchschaltet und demgemäß in die frequenz- bzw. zeitkonstantenbestimmenden Kreise der Zeitglieder 15, 16 und 17 jeweils einen weiteren Widerstand 41» 42 bzw. 43 einschaltet, der schaltungsmäßig eine Verringerung der vorgegebenen Zeit T_{0 ΊΊ} bewirkt.

bOXJ.

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- 1β -

Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß den Figuren 6 und 10 läßt sich anhand des Diagramms nach Figur 11 wie folgt zusammenfassen:

In Figur 11 ist der ZündwinkelOt über der Drehzahl η aufgetragen, wobei die Drehzahl in die drei Bereiche I für Start, II für Leerlauf und III für Fahrbetrieb unterteilt ist.

Geht man vom Schubbetrieb aus, betrachtet man also den Fall absinkender Drehzahl, so gilt zunächst der Kurvenast 40, bis schließlich der Sollwert der Leerlaufdrehzahl n_g ,, erreicht ist. Jetzt setzt die erfindungsgemäße Drehzahlregelung durch Torziehen des Zündzeitpunkts gemäß Kurvenast 41 ein, wobei dieser Kurvenast - eine Gerade mit der Steigung μ - gemäß dem Doppelpfeil nicht nur im Sinne einer Vergrößerung des gegen OT gemessenen ZündwinkelsCi- , sondern bei entspre-

chender Zunahme der Leerlaufdrehzahl auch in entgegengesetzter Richtung durchlaufen wird.

Bei unterhalb des Leerlaufbereichs II liegender Drehzahl, also bei einer Drehzahl unterhalb eines Minimalwerts η , dem in dem Diagramm nach Figur 9 die Zeit T zugeordnet ist, erfolgt durch Wirksamwerden des Zeitglieds 17 in der beschriebenen Weise die Abschaltung der erfindungsgemäßen Regelung und damit die Umschaltung auf einen Zündzeitpunkt bzw. eine Zündzeitpunktkurve 42, die optimal für das Starten der Brennkraftmaschine ist.

Die bisherigen Betrachtungen galten für eine warme Brennkraftmaschine. Beim Kaltstart wird, wie anhand Figur 10 beschrieben, eine höhere Leerlaufdrehzahl sollwertmäßig zugrundegelegt. Das bedeutet, daß bereits beim Absinken der Drehzahl η bis auf einen höheren Sollwert n¹ ,, das Vorziehen des Zündzeitpunkts gemäß Kurvenast 41' beginnt, der eine kleinere Steigung β ' als die Gerade 41 hat.

Wie aus diesen Erläuterungen ersichtlich, gestattet die Erfindung die Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zumindest mit vertretbarem Aufwand an Schaltungselementen. Daher wäre es grundsätzlich auch möglich, im Bedarfsfalle mit mehr als zwei Sollwerten der Leerlaufdrehzahl zu arbeiten.

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Auf den Aufbau der Zeitglieder und der ÜITD-Glieder brauchte in der Beschreibung nicht eingegangen zu werden, da hierfür handelsübliche integrierte Schaltungen, z.B. Valvo HEF 4528B bzw. HEF 4OII/12 P, verwendet werden können.

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4*

Leerseite

Claims

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ANSPRÜCHE

Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten, mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch gespeisten Brennkraftmaschine, die einen Sollwert der Leerlaufdrehzahl besitzt, wobei zur Stabilisierung des Istwerts der Le erlauf drehzahl der Zündzeitpunkt, au.sge.hend von einem relativ spaten Zündzeitpunkt, bei Verringerungen des Istwerts der Leerlaufdrehzahl vorverlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine im Leerlauf mit einem Gemisch so hoher Luftzahl gespeist wird, daß der Arbeitspunkt (3) auf der den mittleren indizierten Druck (p .) in den Brennräumen der Maschine über der

mi

Luftzahl (λ.) wiedergebenden Kurve im Bereich der abfallenden Planke derselben liegt, und daß der Winkel der bei Absinken des Istwerts der Leerlaufdrehzahl (n) unter ihren Sollwert (n -,_) einsetzenden Vorverlegung des Zündzeitpunkts bei absinkender Drehzahl (n) zumindest ungefähr linear mit einer Steigung zunimmt, die gegeben ist durch den Quotienten aus einem Referenzwinkel und dem Sollwert (n __) der Leerlaufdrehzahl, worin der Referenzwinkel der von der Anzahl der Brennräume abhängige Winkel zwischen drehzahlabhängig aufeinanderfolgenden Betätigungen eines Impulsgebers, insbesondere eines Unterbrecherkontakts, ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verringerung der Drehzahl (n) auf einen unterhalb des Bereichs der

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Vorsitzender Vorstand: Toni Sdimücfcer, Vorsitzender · Horst Badesmann ■ Prof. Dr. tedin. Ernst Fiale · Dr. jur. Peter Frerk

des Autslchtsrat«: Günter Hartwich · Horst Miinzner ■ Dr. rer. poJ. Werner P. Schmidt Gottlieb M. Strobl · Prof. Dr. rer. pol. Friedrich Thomee

Hans Birnbaum Sitz der Gesellschaft: Wolfsburg Amtsgericht Wolftburg HRB 21S

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Istwerte der Leerlaufdrehzahl (n) liegenden, von der Maschine nur beim Starten durchlaufenen Drehzahlwert (n ) die Vorverlegung des Zündzeitpunkts zugunsten einer für das Starten optimalen Zündzeitpunkteinstellung aufgehoben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Vorverlegung des Zündzeitpunkts von einer Temperatur der Brennkraftmaschine abhängt.
4· Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß bei Kaltstart-Temperatur die Steigung durch einen größeren Sollwert (n¹ ,.,) der Leerlaufdrehzahl (n) bestimmt wird als bei warmer Maschine.
5. Anordnung, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Impulsgeber (14) lind eine Zündspule eine Zeitvergleichslogik (11) geschaltet ist mit einem in Abhängigkeit von durch Betätigung des Impulsgebers (14) erzeugten ersten Impulsen (ü ) angesteuerten ersten Zeitglied (16) nach Art einer monostabilen Kippstufe oder eines Zählers mit derart gewählter Zeitkonstante, daß es nur bei solchen zeitlichen Abständen zwischen aufeinanderfolgenden Betätigungen des Impulsgebers (14)j die größer sind als dem Sollwert (n ,.,) der Leerlauf drehzahl entspricht, zweite Impulse (lT1) mit zeitlichen Flankenabständen (T .,), die dem Sollwert (n ,,) der Leerlaufdrehzahl entsprechen, an nachgeschaltete logische Schaltungsglieder (19»2O,23) abgibt zur Auslösung von Zündimpulsen.
6. Anordnung nach Anspruch 5 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den ersten Impulsen (ü) ein zweites Zeitglied (17) nach Art einer monostabilen Kippstufe oder eines Zählers angesteuert wird mit derart gewählter Zeitkonstante, daß es nur bei solchen zeitlichen Abständen (T ) zwischen aufeinanderfolgenden Betätigungen des Impulsgebers (14)» die größer sind als dem Drehzahlwert (n ) entspricht, dritte Impulse (U2) mit zeitlichen Flankenabständen (T ), die dem Drehzahl-

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wert (η ) entsprechen, erzeugt, die einem Sperreingang des ersten Zeitglieds (16) und dem Set-Eingang eines bistabilen Zippglieds (19) zugeführt werden, dessen Reset-Eingang mit dem Ausgang des ersten Zeitglieds (ΐβ) in Verbindung steht und das dann vierte Impulse (lT4) erzeugt, die eine die ersten, zweiten und vierten Impulse (ü , Ü1, U4) verknüpfende Schaltung (20,25) für die ersten Impulse (ü ) durchschalten.
7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß von den ersten Impulsen (U ) ein drittes Zeitglied (15) nach Art einer monostaMlen Kippstufe oder eines Zählers angesteuert wird mit der gleichen Zeitkonstante wie das erste Zeitglied (16), wobei jedoch die Ansteuerung der beiden Zeitglieder (15>16) durch unterschiedliche Flanken (Anstiegsflanken, abfallende Planken) erfolgt, und daß von dem dritten Zeitglied (15) erzeugte fünfte Impulse (ΤΓ5) mit zeitlichen Flankenabständen (T -in)» d-ie dem Sollwert der Leerlaufdrehzahl (n ,,) entsprechen, wie auch die mittels der anderen Zeitglieder (16,17) erzeugten Impulse (tJ1 ,U4) und die ersten Impulse (u ) einer Verknüpfungsschaltung (20,21,22,25) zur Erzeugung sechster Impulse (IT») zugeführt werden, deren Tastverhältnis gleich demjenigen der ersten Impulse (TJ ) ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitglieder (15>16»17) ihre Zeitkonstanten bestimmende Schaltungen (50,51; 52,55; 54»55) aufweisen, in die weitere zeitkonstantenbestimmende elektrische Schaltungsteile (41»42,43) mittels temperaturabhängig betätigter Schalter (56,57»58»40) zur Vorgabe unterschiedlicher Sollwerte (n .... n¹ ,,) der Leerlauf -

^s soll soll

drehzahl bei unterschiedlichen Temperaturen einschaltbar sind.

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