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Verfahren zum Regeln des Zlindzeitpunktes einer fremdgezündeten
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Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Zündzeitpunktes einer fremdgezündeten
Brennltraftmaschine und eine Vorrichtung zur Durchführurlg des Verfahrens.
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Das Auftreten von klopfenden Verbrennungen in einer fremdgezündeten
Brennkraftmaschine ist wesentlich von der Lage des Zündzeitpunktes gegenüber OT
(oberer Totpunkt des Kolbens in dem jeweils gezündeten Zylinder) abhängig.
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Ein guter Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine wird erzielt, wenn der
Zündzeitpunkt so eingestellt ist, daß die Brennkraftmaschine nahe an der Klopfgrenze
betrieben wird.
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Wegen der Endlichkeit der Verbrennungsgeschwindigkeit und deren Abhäng~gkeit
von der Gemischzusammensetzung ist eine Verstellung des Zündzeitpunktes in Abhängigkeit
von der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine erforderlich.
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Ein übliches Verfahren dazu arbeitet mit einem Fliehkraftregler und
einer Unterdruckdose uud verstellt den Zündzeitpunkt derart, daß ein großer Sicherheitsabstand
gegenüber der Klopfgrenze eingehalten wird. Dieser Sichorheitsabstand ist erforderlich,
da das Auftreten von klopfenden Verbrennungen von weiteren durch die Zündanlage
nicht erfaßten Parametern, wie Klopffestigkeit
des Kraftstoffs,
Arbeitstemperaturen usw. abhängt und regelmäßige klopfende Verbrennungen, insbesondere
im hohen Drehzahlbereich (Hochgeschwindigkeitsklopfen), beim üblichen Aufbau der
Brennkraftmaschine zu deren Zerstörung führen. Eine derartige Zündanlage kann daher
den Zündzeitpunkt nicht entsprechend einem optimalen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine
einstellen und beim Auftreten von kolpfenden Verbrennungen bei ungünstigen Betr.ebsbedingungen
diese weder erkennen noch verhindern.
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Es ist eine Zündverstelleinrichtung bekannt (DE-OS 26 59 561), die
bei klopfenden Verbrennungen den Zündzeitpunkt in Richtung Spätzündung verstellt,
Signale aus einem Klopfsensor werden in ciner Detektoreinheit über die Zeitdauer
mehrerer Zündperioden ausgewertet. Die Detektoreinheit gibt bei klopfender Verbrennung
ein Signal an ein Links-Rechts-Umschaltregister, das bei anstehendem Signal der
Kurbelwellenumdrehung entsprechende Impulse bis zu einem Maximalwert zählt und bei
nicht anliegendem Signal seinen Stand bis auf Null entsprechend den einlaufenden
Impulsen wieder zurückzählt. In einem zweiten Umschaltregister wird eine zweite
der Kurbelwellenumdrehung entsprechende Impul sreihe, jeweils von einem fiktiven,
einem Kurbelwinkel zugeordneten Zündzeitpunkt beginnend, von Null nach oben gezählt.
Beim Zählerstand Null des ersten Umschaltregisters geht das als Startsignal für
das zweite UmschaltregistPs zum fiktiven Zündzeitpunkt erzeugte Signal sofort als
Zündimpuls an die Steuereinrichtung für die Zündspule.
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Bei einem von Null verschiedenen Zählerstand des Links-Rechtsumschaltregistes
zählt das zweite Umschaltregister vor Aussendung des Zündimpulses bis der Zählerstand
des ersten Umschaltregisters erreicht ist. Dazu werden die Zählerstände der beiden
Umschaltregister in einem Digitalvergleicher verglichen. Bei klopfender Verbrennung
wird somit der Zündzei£punkt gegenüber
einem fiktiven Zündzeitpunkt
in Richtung spät verstellt, was dem Auftreten von klopfenden Verbrennungen entgegenwirkt.
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Diese bekannte Zündverstelleinrichtung ist in ihrer Schaltung aufwendig
und damit teuer.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Regeln des Zündzeitpunktes
einer fre.»dgezündeten Brennkraftmaschine zum Zwecke des Unterdrückens klopfender
Verbrennung zu schaffen, das funktionssicher, an unterschiedliche Brennkraftmaschinen
und an unterschiedliche Betriebsbedingungen von Brennkraftmaschinen einfach anpassbar
ist und in einer preiswerten Vorrichtung durchgeführt werden kann.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine Regelelektronik Verringert beim Auftreten klopfender Verbrennungen
den Zündwinkel schrittweise so weit, bis kein Klopfvorgang mehr auftritt. Je nach
Einstellung des Grundzustandes, kann die Regelelektronik lediglich als Schutzeinrichtung
für bei ungünstigen Betriebsbedingungen auftretendes Klopfen arbeiten oder wirkt
auch bei normalen Betriebsbedingungen so daß eine ständige Regelung an der Klopfgrenze
erfolgt In einem Verfahren nach Anspruch 1 wird in einfacher Weise ein in Abhängigkeit
von Klopfvorgängen aufbauender bzw. abbauender Zählstand einer ersten Stufe durch
einen Auslöseimpuis einer zweiten Stufe übertragen und durch in die zweite Stufe
einlaufende Taktimpulse bis auf Null zurückgezählt Die Zeitdauer,
die
zum Rückzählen der zweiten Stufe evforderlich ist, entspricht der Verzögerungszeit
des von der Regel elektronik an die Zündspulensteuerung abgegebenen Impulses gegenüber
dem in die Regel elektronik einlaufenden Auslöseimpuis, der bei direkter Ansteuerung
der Zündspulensteuerung zu einer klopfenden Verbrennung führen würde. Durch das
rein digitale Verfahren, das mit wenigen Bauteilen und einem einfachen Aufbau zu
realisieren ist, wird sowohl die erforderliche hohe Genauigkeit als auch eine hohe
Funktionssicherheit erreicht. Bei der Verwendung des Verfahrens zur Regelung einer
Brennkraftmaschine an der Klopfgrenze wird vorteilhaft der Wirkungsgrad verbessert.
Eine Anlage nach diesem Verfahren kann in einfacher Weise der Ansteuereinrichtung
beispielsweise einer konventionellen TSZ-Anlage (Transistorisierte Spulen-Zündung)
nachgeschaltet werden.
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Gemäß Anspruch 2 wird jedes nach einem erkannten Klopfvoryang gebildete
Klopfsignal während einer, einem bestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
entsprechenden Zeitdauer der Regelelektronik zugeführt. Diese Zeitdauer muß so lany
sein, daß wenigstens der Auslöseimpuls, der der jeweiligen klopfenden Verbrennung
unmittelbar folyt, gemeinsam mit dem Klopfsignal an der ersten Stufe anliegt, so
daß der Zählstand der ersten Stufe sicher um eine Einheit erhöht wird.
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In einer Ausführung gemäß Anspruch 4 enthält der Auslöseimpulsgeber
eine mechanische, auf Unterdruck und/cder Drehzahl ansprechende Verstellvorrichtung,
die einer herkömmlichen Vorrichtung mit Fliehkraftregler und Unterdruckdose entsprechen
kann. Bei entsprechender Auslegung dieser Verstellvorrichtung wird erreicht, daß
im Standlauf und im Teillastbereich die Brennkraftmaschine, beispielsweise zur Verbesserung
der Abgaswerte, in einem Abstand von der
Klopfgrenze betrieben und
dabei der Zündze,t}Dunkt herkömnlich verstellt wird und erst bei Vollast der Klopfbereich
erreicht wird und die Klopfregelung eingreift.
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Durch die Kombination von mechanischer und elektronischer Zündzeitpullktverstellung
werden die Kosten und der Aufwand gegenüber rein elektronischen Systemen verringert.
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Anhand von Ausführungsbeispielen und schematischen Zeichnungen wird
die Erfindung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Druckdiagramm mit und ohne klopfender Verbrennung,
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der gesamten Zündvorrichtung, Fig. 3 zeigt den
Schaltungsaufbau der Regelelektronik, Fig. 4 zeigt die der Regelelektronik zugeführten
und die in der Regelelektronik auftretenden Signale.
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In Fig. 1 ist der Druckverlauf in zwei nacheinander gezündeten Zylindern
über dem Kurbelwinkel aufgetragen. 0° entspricht dem oberen Totpunkt (OT) des ersten
Kolbens, 1800 dem oberen Totpunkt des zweiten Kolbens. Bei einer Zündung am eingezeichneten
Punkt Z1 ca. 350 vor ar, erfolgt eine klopfende Verbrennung, die zur Ausbildung
hoher Druckspitzen führt. Entsprechend der Erfindung wird der Zündzeitpunkt in Richtung
OT auf spät verstellt (Zündzeitpunkt
Z2 ca. 250 vor OT), so daß
im nachfolgend gezündeten Zylinder bereits keine klopfende Verbrennung mehr auftritt.
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In Fig. 2 sind die Eingänge einer Regelelektronik 1 mit einer kontakteine
los arbeitenden Gebereinheit 3, über Klopferkennungsschaltung 5 mit einem Klopfsensor
7 und einem Drehzahlzmpulsgeber 9, der auf die Zähne 11 des Anlasserkranzes anspricht,
verbunden. Im Ausgeng der Regelelektronik 1 liegt eine Steuerschaltung für transistorisierte
Spulenzündung 13 (TSZ-Schaltung), die mit der Zündspule 15 verbunden ist Die Regelelektronik
1 ist zwischen die Gebereinheit 3 und die TSZ-Schaltung 13 der bekannten Anordnung
Gebereinheit, TSZ-Schaltung, Zündspule geschaltet.
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Sie verzögert bei durch den Klopfsensor 7 festgestelltem Motorklopfen
den aus der Gebereinheit 3 an die TSZ-Schaltung 13 abgegebenen Auslöseimpuls stufenweise
so lange bis nicht klopfende Verbrennilag erfolgt. Die Wirkung wird im einzelnen
anhand der Figuren 3 und 4 erläutert.
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In Fig. 3 ist der prinzipielle Aufbau der Regelelektronik 1 und die
Klopferkennungsschaltung 5 dargestellt. Ein erster Eingang eines Vor-Rückwärtszählers
17 ist mit der Gebereinheit 3 (Anschluß A1) verbunden Ein zweiter Eingang, der Je
nach anliegendem Signal die Zählrichtung nach Vor- oder Rückwärts bestimmt, ist
durch eine Leitung 19 über ein Halteglied 20 mit der Kiopferkennungsschaltung 5
verbunden. Der Zähler 17 zählt von Null ausgehend nur in positive Richtung und gibt
für die Zeit des Zählstandes "Null" an seinem Ausgang 21 ein Signal (H-Signal) ab.
Die Leitung zum Ausgang 21 und die leitung 23 rm ceberanschluß A1 bilden die Eingangsleitungen
eines UND-Çliedzs 25. Eine Einheit,7 in der Zeichnung schematisch als Pfeil
dargestellt,
zur Übertragung des Zähls-tanues aus dem Zähler 17 in einen Rückwcirtszähler 29,
verbindet Vorwärts-Rückwärtszähler 17 und R.-Zähler 29.
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Der Eingang 31 des R.-Zählers 29, der bei Signalaufgabe die Zählstarldsübertagung
auslöst, hat über ei.n Zeitverzögerungsglied 33 Verbindung mit dem Geberanschluß
At Dem Ausgang 35 des Rückwärtszählers 29 sind über die Leitungen 37 und 39 der
invertierende Eingang 41 eines UND-Gliedes 43 und ein Kondensator 44 nachgeschaltet
Der zweite Eingang des UND-Gliedes 43 ist ueber die Leitung 45 zusammen mit dem
Plalteglied 20 mit den Taktimpulsen aus dem Drehzahlimpulsgeber 9 (aus Fig. 2) beaufschlagt
und der Ausgang des UND-Gliedes 43 ist mit dem Zähleingang 47 des Rückwärtszählers
29 verbunden Der Kondensator 44 und ein gegen Masse geschalteter Widerstand 43 liegen
an einem Eingang, der Ausgang des UND-Gliedes 25 am anderen Eingang eines QDER-Gliedes
51, dessen Ausgang dem Anschluß an die TSZ-Schaltung 13 entspricht. Über den Klopfsensoranschluß
53 ist der Klopfsensor 7 an die Klopferkennungsschaltung angeschlossen.
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Fig. 4 zeigt über dem Kurbelwellenwinkel aufgetragen die in der Schaltung
auftretenden Signale. Das erste Diagramm A1 zeigt in regelmäßigen Abständen Atlslöseimpulse
aus der Gebereinheit 3, d. h. der Zündzeitpunkt wird während dieser Impulsreihe
in der Gebereinheit 3, z. B. durch eine Fliehkrafterstellung1 nicht verstellt. Die
weite Signalfolge Vk zeigt das Signal aus der Klopferkennungsschaltung 5. Die dritte
Signal folge Z1 gibt als Anzahl der dargestellten Treppen den Zählerstand sRS Vor-Rückwärtszählers
17 an. Die vierte Signalfolge £ zeigt die vom Drehzahlimpulsgeber 9 erzeugten Taktimpulse
mit n gegenüber den Geberimpulsen A1 höherer Frequenz. Die fünfte Impuls folge Z2
gibt den Zählstand des Zählers 29 wieder und die Impulsfolge 6 zeigt die gegenüber
der ersten Impuls folge verzögerten Zündimpulse
Der durch die Geberstellung
in der Gebereinheit 3 festgelegte Zündzeitpunkt ist so eingestellt oder durch mechanische
Mittel (F-'iergewichte, Unterdruckdosen) so aeregelt, daß bei Teillastbetrieb keine
klopfende Verbrennung auftritt. Der Klopfsensor bzw. die Klopferkennurgsschaltung
5 geben dann keine Signale ab. Die mit der Klopferkennungsschaltung 5 über das Halteglied
20, das von der Klopferkennungsschaltung 5 eintreffende Signale eine bestimmte,
durch eine bestimmte Anzahl von Signalen fn gegebene Kurbelwellenumdrehung hält,
verbundene Leitung 19 steuert somit den V.-R.-Zähler 17 auf Rückwärtszählen. Der
Zählerstand des Zählers 17 sei "Null". Da der V.-R.-Zähler 17 nicht in negative
Eereiche zählt, werden vom Anschluß A1 einlaufende Impulse nicht verarbeitet und
der Zählerstand "Null" bleibt erhalten. Der Ausgang 21 gibt dann für die Dauer des
Zählstands "Null" ein H-Signal an das UND-Glied 25 ab, so daß bei jedem über A1
und die Leitung 23 einlaufenden Unterbrechcrimpuls das UND-Glied 25 durchsteuert
und dieser Impuls über das tIDER-Glied 51 ohne Verzögerung direkt als Zür.dimpuls
an die TSZ-Schaltung weitergegeben wird.
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Die mechanische Zündzeitverstellung ist so ausge'egt, daß bei einer
Laststeigerung und im Vollastbetrieb ohne den Eingriff der Regelelektronik klopfende
Verbrennung auftreten kann. Die Klopferkennungsschaltung 5, die auf bestimmte Amplituden
und/oder Frequenzen der aus dem Klopfsensor gelieferten Signale ansprechen kalt,
wird daher bei einem bestimmten Zündwinkel und gesteigerter Last eine klopfende
Vert-rennung in Form eines Impulses signalisieren Dieses Signal wird von dem Halteglied
20 übernommen und solange dem Eingang des Vor-Rückwärts zählers 17 über die Leitung
19 zugeführt, bis eine bestimmte Anzahl von Taktimpulsen des Drehzahlimpulsgebers
9 im Halteglied 20 eingegangen ist. Bei einem zwischenzeitlich erneut eingegangenen
Klopfsignal
wird die Ha1. tezeit verlär.rJert.. Die Haltezeit des auf der Leitung 19 erscheinenden
Signals Vk ist in unserem Beispiel, wie aus dem Impulsfolgediagramm 2 zu ersehen
ist, so gewählt, daß bei einem einmalig auftretenden Klopfvorgang am Punkt 63 der
zeitlich nachfolgende Auslöseimpuls 65 aus dem Signaldiagramr A1 gemeinsam mit dem
Signal Vk am V.-R.-Zähler 17 anliegt. Statt des Haltegliedes 20 kann auch eine FlipFlopschalturg
am Vor-Rückeingang des Zählers 17 vorgesehen werden, wobei der Setzeingang direkt
mit der Klopferkennungsschaltung 5 und der Rücksetzeingang mit einer Leitung zum
Anschluß AI verwunden ist. Das Flip-Flop hält nach einem Kiopfvoraang solange ein
Signal, bis es mit dem nächsten Auslöseimpuls AI gleichzeitig am Eingang des Vor-Rückwärtszählers
17 anliegt vnd zugleich rückgesetzt wird. Bei anliegendem Signal Vk zählt der Vor-Rückwärtszähler
17 den von der Gebereinheit 3 kommenden Impuls 65. Der Zählerstand des Vor-Rückwärtszählers
17 ist dann nicht mehr "Mull", das Signal am Ausgang 21 verschwindet und damit sperrt
das UND-Glied 25. Die Auslöseimpulse A1 gehen nicht mehr direkt als Zündimpulse
an die TSZ-Schaltung 13.
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Nach jedem Zähivorgang des Vor-Rückwärtszählers 17 wird ein neuer
Zählerstand in den Rückwärtszähler 29 übertragen. Das Zeit-verzögerungsglied 33
bewirkt den dafür erforderlicher. Übertragungsimpuls, der gegenüber dem entsprechenden
Auslöseimpuls A1 etwas verzögert kommt So ist sichergestellt, daß der Vor-Rückwärtszähler
17 den jeweiligen Impuls A1 bereits übernommen hat. Die im Impulsfolgediagramm Z1
dargestellte Treppenfunktion zeigt den bei anliegendem Signal Vk mit jedem Impuls
A1 ansteigenden und bei fehlendem Vk abnehmenden Zählerstand des Vor-Rückwärtszählers
17, der bei jedem Impuls A1 in den Rückwärtszähler 29 entsprechend Impulsdiagramm
Z2 übernommen wird. Bei einem Zählerstand ungleich Null des R.-Zählers 29 steuert
dessen Ausgang auf Null, so daß über das UND-Glied 43 und die Leitung 45 Taktimpulse
f aus dem Drehzahlimpulsgeber 9 an den Zählereingang 47 gelangen0 Der Rückwärtszähler
29 zählt
danTl den vom Vor-Rüclcwartszähler 17 übernommenen Zählerstand
mit jedem Impuls f zurück bis zum Zählerstand Null und gibt beim Zählstand "Null"
wieder Spannung an seinem Ausgang 35 ab. Das UND-Glied 43 sperrt somit wieder und
Taktimpulse f gelangen nicht mehr an den Zähleingang 47. Das sich nach dem Rückzählvorgang
am Ausgang 35 des R.-Zählers 29 aufbauende Spannungssignal wird als Spannungsimpuls
über den Kondensator 44 und das ODFR-Glied 51 als gegenüber dem Auslöseimpuls Al
in Richtung Spätzündung verzögertes Spannungssignal an die TSZ-Schaltung weitergeleitet.
Durch die Rückzählung von drehzahlproportionalen Impulsen f ergibt sich eine drehwinkelproportionale
Spätverschiebung des Zündzeitpunktes zur Verhinderung einer klopfenden Verbrennung.
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L e e r s e i t e