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Zündimulsauslösesvstem für Otto-Motore
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Zündimpulsauslösesystem für Otto-Motore,
bei dem in Abhängigkeit von anal og/digital-umgesetzten Kenngrößen wie Gaspedalstellung,
Drosselklappenstellung, Umdrehungszahl eine Beeinflussung des Zündzeitpunktes in
Verbindung mit in einem Speicher stehenden Maschinenkennlinien stattfindet.
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Die Verstellung des ZUndwinkis zur Optimierung des Motorlaufs geschieht
vorwiegend durch eine bewegliche im Verteiler angeordnete Platte, auf der sich der
Unterbrecherkontakt zur Auslösung des Zündfunkens befindet. Diese bewegliche Platte
wird einmal durch die Drehzahl (mittels Fliehkraftregler) als wichtigstem Kriterium
für die Zündimpulsauslösung und zum anderen durch einen Unterdruck (mittels Membrandose)
aus dem
Gemischansaugrohr der Zylinder beeinflußt. Die doppelte
Verstellmöglichkeit ist zur Erzielung der maximalen Motorleistung unbedingt erforderlich,
denn durch eine optimale Anpassung an die empirisch ermittelten Motordaten sowohl
für den Teillast- als auch für den Vollastbetrieb des Motors ist ein kostengünstiger
Betrieb hinsichtlich Verbrauch und Schadstoffemission erzielbar.
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Dieses nach 30-jähriger Erfahrung ausgereifte System stellt zwar heutzutage
für die mechanische Zündwinkelverstellung bzw. -auslösung ein Optimum dar, ist allerdings
auch mit den Nachteilen jedes mechanischen Systems behaftet.
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Aus der DE-OS 22 55 044 ist eine Anordnung bekannt, um zum richtigen
Zeitpunkt einen Zündimpuls auszulösen.
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Bei einer synchron mit der Kurbelwelle umlaufenden Signalscheibe sind
zwei Referenzpunkte und zusätzliche Markierungen angebracht, die in Umdrehungsrichtung
nach den Referenzpunkten angeordnet sind. Die Markierungen laufen an einem Sensor
vorbei, werden hier über eine Verzögerungsstufe bzw. UND-Glied ausgewertet und steuern
den Ladevorgang für die Zündspule. Nach Ablauf der Ladezeit wird durch den Referenzpunkt
über den Sensor der Zündbefehl ausgelöst bzw. der Zündbefehl einem Thyristor gegeben.
Für die Auslösung des Zündbefehls wird hierbei nur die Drehzahl berücksichtigt.
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Da zukünftig immer strengere Anforderungen an Verbrauch und Abgas
gestellt werden, und mechanische Zündimpulsauslösesysteme kaum noch verbesserungsfähig
siid, wurden Versuche mit elektronischer Erfassung und Verarbeitung gemacht. Bisher
kaum erfaßbaren Größen wie Temperatur des Kühlwassers und des Motoröls, Feuchtigkeit,
Druck
und Temperatur der Luft können jetzt zur Erzeugung und Weiterleitung
des Zündfunkens für einen optimalen Motorlauf mit herangezogen werden.
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Bei einer bekannten Einrichtung zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine
werden weitere Mas chinenkenngrö ß en wie Gaspedalstellung, Drosselklappenstellung,
Motorumdrehungszahl usw. zur Bestimmung des Zündzeitpunktes herangezogen (DE-OS
23 39 826). Hierbei wird eine Einrichtung zur Beeinflussung des Zündzeitpunktes
oder der Dauer der Brennstoffzufuhr eingesetzt, die aus einem vorgeschalteten Auswerter
in Abhängigkeit von einem digitalen Festwertspeicher steht. In diesem Speicher stehen
Werte der Maschinenkenngrößen; es werden auch laufende Werte wie Impulse über die
Stellung der Schwungscheibe über einen A/D-lZandler und die Gaspedalstellung über
einen mechanisch aufwendig konstruierten Winkelcodierer eingegeben. letzterer berücksirhtigt
unterschiedliche Änderungen der MaschinenkenngröBen in den verschiedenen Betriebsbereichen.
An den Speicher schließt sich über einen D/A-Umsetzer die elektronische Zündeinrichtung
an. Zündzeitpunkt und Brennstoffeinspritzdauer werden so vom Speicher entsprechend
der momentanen Drehzahl und z.B.
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der Drosselklappenstellung als Kenngröße in Verbindung mit den gespeicherten
Maschinenkennlinien gesteuert.
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Dabei wird die Ladezeit für die Zündspule nicht berücksichtigt.
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Der Erfindung liegt, ausgehend von einem Zündimpulsauslösesystem mit
Berücksichtigung weiterer Kenngrößen neben der Drehzahl, die Aufgabe zugrunde, mit
einfachen Mitteln einen Zündimpuls bei einem bestimmten, optimalen, von äußeren
Einflüssen abgeleiteten Zündwinkel auszulösen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß hinter einer von der
Drehzahl des Otto-Motors angesteuerten Zeitlogik ein Zähler und Ubergabespeicher
angeordnet sind, wobei der Zähler ebenfalls den Ubergabespeicher beeinflußt, daß
an den übergabespeicher eine Vergleichslogik angeschaltet ist, die über eine Signalanpassung
mit analogen Signalen ansteuerbar ist, daß der Vergleichslogik ein Speicher und
diesem Speicher eine weitere mit der Drehzahl beaufschlagte Vergleichslogik nachgeschaltet
sind, so daß am Ausgang der Vergleichslogik der Ladezeitbeginn für eine Zündspule
und ein zeitlich dazu passender Zündfunkenauslöseimpuls abgreifbar sind.
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Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.
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Vorteilhaft gegenüber der bekannten Einrichtung mit Winkelcodierer
ist besonders die elektronische Impulsbildung für den optimalen Zündwinkel und den
Ladezeitbeginn, auch bei magerem Gemisch. Die eingegebenen Werte sind zudem leicht
veränderbar, so daß sich eine maximale Anpassung an alle möglichen Fahrsituationen
ergibt. Das erfindungsgemäße System ist zudem leicht integrierbar, weil alle Werte
in digitaler Form vorliegen. Eine Nachrüstbarkeit ist ebenfalls möglich. Weitere
Vorteile, beispielsweise durch die kleinere Zündspule, sind aus der nachfolgenden
Beschreibung ersichtlich.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zündimpulsauslösesystems
ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Von einer nicht gezeigten Drehzahlerfassungsstelle wird eine Zeitlogik
1 angesteuert, die wiederum mit einem Zähler 2 und einem Ubergabespeicher 3 verbunden
ist. Der Zähler ist ebenfalls noch auf den Ubergabespeicher 3 geschaltet. Der Inhalt
des Speichers 3 steht zur Weiterverarbeitung in einem extern zuschaltbaren Mikrorechner
oder für eine Drehzahlanzeige zur Verfügung, erist aber auch auf eine Vergleichslogik
4 geführt. Diese Logik 4 wird über einen Signalanpasser 5 mit der Unterdruck P,
Gaspedalstellung GP und Drosselklappenstellung DK beaufschlagt. Die Logik 4 steuert
einen weiteren Speicher 6 an, der in die Bereiche Teillast, Vollast und Ladezeit
eingeteilt ist und einen Zündwinkel Yz für einen extern zuschaltbaren Mikrorechner
ausgibt (nicht dargestellt) und mit Korrekturgrößen aus diesem Mikrorechner beaufschlagt
wird.
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Der Inhalt des Speichers 6 wird auf eine Vergleichslogik 7 geführt-und
hier mit der extern zugeführten Drehzahl n verglichen. Auch ein Konstantfaktor K
kann auf diese Vergleichslogik 7 einwirken. Der Ausgang der Vergleichslogik 7 gibt
den Lade-zeitbeginn für eine nicht dargestellte Zündspule und einen Impuls zur Zündfunkenauslösung.
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Das erfindungsgemäße System arbeitet wie folgt: Auf die Zeitlogik
1 werden digitale Impulse Fo geführt, die proportional der Drehzahl des Otto-Motors
sind. Diese Logik besteht beispielsweise aus einem Start-Stop-Oszillator mit nachgeschalteten
Gattern und läßt die Impulse F0 entsprechend der Drehzahl in einer gewissen Zeitspanne
in den nachgeschalteten Zähler 2 einlaufen. Der Inhalt des Zählers 2, der der Drehzahl
entspricht, wird in dem
Ubergabespeicher 3 abgespeichert. Der Zeitpunkt
der Einspeicherung wird durch die Zeitlogik 1 bestimmt. An einen Ausgang des Speichers
3 ist ein Anschluß für eine digitale Anzeige der Drehzahl vorgesehen. Der gespeicherte
Drehzahlwert kann aber auch über einen weiteren Ausgang auf einen übergeordneten
Mikrorechmer geführt werde der innerhalb der Autoelektronik höhere Aufgaben wahrnimmt.
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In einer dem Übergabespeicher 3 nachgeschalteten Vergleichslogik 4,
die vorwiegend aus Komparatoren und Gattern besteht, wird die Drehzahl mit weiteren
lRorrekturgrößen verglichen und der Zündwinkel st z bestimmt. Dafür werden über
einen Signalanpasser 5, beispielsweise A/D-Umsetzer, analoge Signale gebildet. Diese
Signale zeigen beispielsweise den Unterdruck 7 innerhalb des Saugrohres der Zylinder
an, sie zeigen weiterhin die Gaspedalstellung GP oder die Drosselklappenstellung
DK an.
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In einem der Vergleichslogik 4 nachgeschalteten Speicher 6 sind feste
Plätze für einen Zündwinkel atz in Abhängigkeit vom Teillast- und dem Vollastbereich
der Maschine gespeichert. Aus den Werten beispielsweise des Unterdrucks P und der
Drehzahl wird durch Vergleich ermittelt, in welchem Fahrbereich (Vollast oder Teillast)
sich die Maschine befindet. Der für diesen Fahrbereich optimal errechnete Wert des
Zündwinkels, der empirisch durch die Motorkenndaten festgelegt ist, wird dann vom
Specher 6 ausgegeben und beinhaltet den Zeitpunkt der Zündimpulsauslösung. Dieser
Wert kann wiederum auf einen übergeordneten Mikrorechner oder an ein Wartungs- und
Diagnose-System geführt werden.
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Der Zündwinkel i z kann aber auch für Steuer- und Regelzwecke von
Vergaser-und Einspritzsystem verwendet werden.
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Der Speicher 6 gibt also einen optimalen Zündwinkel (bei spielsweise
im Bereich von 20 ° nach und 60 ° vor dem
oberen Totpunkt) aus.
Auf den Speicher 6 können aber auch Korrekturgrößen aufgeschaltet werden, wenn z.B.
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aufgrund besonderer Verhältnisse ein anderer Zündwinkel verlangt wird.
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Aus der Drehzahl und dem Zündwinkel ergibt sich ebenfalls die Ladezeit
für die Zündspule. Die Zündspule arbeitet in vielen Fahrbereichen mit schlechtem
Wirkungsgrad, d.h., bei unteren Drehzahlen mit Energieüberschuß (abgeleitet in Wärme)
und in hohen Drehzahlen mit Energiemangel. Den optimalen Ladezeitpunkt für die Zündspule
in Abhängigkeit von Zündwinkel und Drehzahl einzustellen, ist deshalb ein wsentliches
Merkmal des erfindungsgemäßen Systems. Durch die jetzt richtige Zuführung der Energie
auf die Zündspule ergibt sich ein guter Wirkungsgrad und es treten keine Wärmeprobleme
mehr auf.
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Zu diesem Zweck werden in dem Speicher 6 Drehzahl und Zündwinkel erfaßt
und es wird eine Ladezeit für die Zündspule errechnet. Die dem Speicher 6 nachgeschaltete
Vergleichslogik 7 bildet den Zeitpunkt für den Beginn der Ladezeit. Dieser Zeitpunkt
liegt immer einige Augenblicke vor dem Zündfunkenauslöseimpuls. Die Zündspule lädt
sich zum Ladezeitbeginn auf und hat zum Zündzeitpunkt die volle Energie erreicht.
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Im Vergleich zu der Drehzahl n und einer möglichen festen Vorgabe
K (Korrekturfaktor) ermittelt die Vergleichslogik 7 (bestehend aus Komparatoren
und Schalttransistoren) den Zeitpunkt für den Ladezeitbeginn der Zündspule und die
Zündauslösung. Der Beginn der Zündfunkenauslösung erfolgt dabei genau zum Zeitpunkt
des Endes der Ladezeit der Zündspule.
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