DE3012934C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen digitaler Zünd- und Schließwinkel-Signale für die Steuerung von Verbren­ nungsmotoren mit einer mit der Kurbelwelle des Motors verbun­ denen Zahnkranz-Scheibe, einem der Kurbelwelle zugeordneten Sensor, einer Zählerschaltung, einem Speicher, der das Ausgangs­ signal der Zählerschaltung aufnimmt und einer Rechenschaltung, die aus den aus der Zählerschaltung sowie weiterer vom Be­ triebszustand des Motors abhängiger Signale die Zünd- und Schließwinkel-Signale errechnet, wobei der Zündwinkel aus einem ganzzahligen und einem gebrochenen Anteil mittels zweier durch die Rechenschaltung beaufschlagter Abwärtszähler errechnet wird und der Zähler für den ganzzahligen Anteil durch einen von einer Bezugsmarke auf der Zahnkranz-Scheibe in einem weiteren Hilfssensor erzeugten Impuls gestartet und mit Impulsen des Sensors getaktet und nach Ablauf dieses Zählers der Zähler für den gebrochenen Anteil des Zündwinkels gestartet wird.

Eine solche Vorrichtung ist z. B. aus der DE-OS 27 47 140 be­ kannt. Dort ist ein elektronisches Steuersystem zur Zündzeit­ punktverstellung für Verbrennungsmotoren beschrieben, bei dem eine Welle, z. B. die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mit einer Zahnkranz-Scheibe verbunden ist. Am Umfang dieser Zahn­ kranz-Scheibe ist eine Vielzahl von Zähnen im gleichen Abstand angeordnet, die bei Rotation über einen Sensor Drehwinkelsi­ gnale bilden. Außerdem weist die Zahnkranz-Scheibe noch vier zu­ einander um 45° versetzt angeordnete Zähne auf, die am Umfang der Zahnkranz-Scheibe angeordnet sind. Ein Sensor ist zur Bil­ dung eines Bezugswinkels vorgesehen. Aus einem vorgegebenen Programm wird der Nacheil- oder Verzögerungswinkel zu einer vorgegebenen Bezugsdrehstellung des Verbrennungsmotors, z. B. vor dem oberen Totpunkt, in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors und dem Unterdruck in der Ansaugleitung aus­ gelesen. Dieser Verzögerungswinkel wird mit den Drehwinkel-Si­ gnalen und Signalen einer Multiplizierschaltung einem Vergleich unterzogen und dadurch die Zündverstellung bzw. Zündpunktein­ stellung bestimmt.

In der DE-AS 23 39 755 ist eine weitere Vorrichtung zum Verän­ dern der Zündwinkel-Stellkennlinie von Brennkraftmaschinen beschrieben, bei der die genannten Signale in direkter Abhän­ gigkeit durch eine fest mit der Kurbelwelle des Motors verbun­ dene Zahnkranz-Scheibe gesteuert werden.

Diese bekannten Vorrichtungen zum elektronischen, unterbrecher­ losen Erzeugen von digitalen Zünd- und Schließwinkel-Signalen für Verbrennungsmotoren haben aber den Nachteil, daß sie nur mit gewisser Einschränkung die genannten Zünd- und Schließwinkel sicher festlegen. So haben die genannten Vorrichtungen aber den Nachteil, daß sie zwar eine gute dynamische, aber eine weniger gute statische Genauigkeit aufweisen. Die dynamische Genauig­ keit gibt dabei die Einstellfehler an, welche durch die Dreh­ zahländerung zwischen der Drehzeiterfassung und dem Soll-Zünd­ zeitpunkt auftreten. Die statische Genauigkeit ist durch die auf der Zahnkranz-Scheibe angeordnete Anzahl der Zähne gegeben und damit direkt von der Art der Zahnkranz-Scheibe abhängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß neben einer hohen dynamischen auch eine hohe statische Genauigkeit bei der Erzeu­ gung der digitalen Zünd- und Schließwinkel-Signale gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Zählerschaltung aus einem Zahnzähler und einem Zeitzähler besteht, daß der Zahnzähler bis zu einer vorbestimmten Zahl zählt und bei Erreichen dieses Zählerstandes an seinem Ausgang ein Impuls ansteht, der den Zahn­ zähler auf Null zurücksetzt und den Inhalt des Zeitzählers in den Speicher überführt, daß das Rechenwerk als asynchrones Rechen­ werk ausgebildet ist, das unabhängig von der Kurbelwellenstel­ lung mit größtmöglicher Geschwindigkeit die erforderlichen Zünd- und Schließwinkel errechnet, daß das Rechenwerk neben den zwei dem ganzzahligen und dem gebrochenen Anteil entsprechenden Si­ gnalen für das Zündsignal ein weiteres Signal für den Schließ­ winkel errechnet, daß die drei Ausgangsgrößen in drei dem Rechen­ werk nachgeschaltete Speicher übertragen werden, daß die im ersten Speicher gespeicherte Ausgangsgröße ein Maß für den ganz­ zahligen Anteil und die im zweiten Speicher gespeicherte Ausgangs­ größe ein Maß für den gebrochenen Anteil des Zündwinkels dar­ stellt, daß die im dritten Speicher gespeicherte Ausgangsgröße ein Maß für den Schließwinkel ist, daß der Zähler mit einer festen Frequenz f _c getaktet wird, daß dem Zähler der gebrochene Anteil des Zündwinkels in Form einer Zeit übermittelt wird, und daß nach Erzeugung des Zündsignals der Inhalt des Speichers in einen weiteren Abwärts-Zähler überführt wird, an dessen Ausgang nach Ablauf ein Impuls für das Schließsignal ansteht.

Die Vorteile und die Arbeitsweise der Erfindung werden im fol­ genden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit zwei Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Zünd- bzw. Schließwinkel-Signale.

In der Fig. 1 ist eine Scheibe 1 dargestellt, auf der sich ein - in der Figur nur teilweise dargestellter - Zahnkranz 2 befindet. Die Scheibe 1 ist fest mit der Kurbelwelle des Motors verbunden und kann beispielsweise die Anlasser-Zahnkranz-Scheibe eines Kraftfahrzeuges sein. In einem Sensor 3, welcher in der Nähe des Zahn­ kranzes 2 angeordnet ist, wird beim Vorbeilaufen, wobei sich die Scheibe 1 beispielsweise wie in der Figur dargestellt in Pfeilrichtung bewegt, von jedem Zahn des Zahnkranzes 2 ein Impuls erzeugt. Die Impulse wer­ den einem Zahnzähler 4 zugeleitet und von diesem ge­ zählt. Der Zahnzähler 4 ist dabei so ausgelegt, daß er bis zu einer vorbestimmten Zahl zählen kann. Bei Erreichen dieses Zählerstandes erscheint am Ausgang 5 ein Impuls, welcher den Zahnzähler 4 auf Null zurück­ setzt. Gleichzeitig wird mit dem am Ausgang 5 anstehen­ den Impuls der Inhalt des Zeitzählers 6 in den Speicher 7 übernommen und der Zeitzähler 6 über ein Verzögerungs­ glied 8 auf Null zurückgesetzt. Der Zeitzähler 6 wird mit Taktimpulsen f _c fester Frequenz gespeist, beispiels­ weise durch eine von einem Quarzoszillator abgeleitete Frequenz. Der in den Speicher 7 übernommene Wert des Zeitzählers 6 ist deshalb ein Maß für die Zeit, welche die Scheibe 1 für einen bestimmten Winkel, entsprechend einer bestimmten Zahl von Zähnen des Zahnkranzes 2, benötigt.

Der Inhalt des Speichers 7 wird dem asynchronen Rechen­ werk 9 übermittelt, das aus der im Speicher 7 enthal­ tenen Größe für die Umdrehungszeit des Motors, einer weiteren Lastgröße 10, welche z. B. der durchsetzten Luftmenge im Ansaugrohr entspricht, der Motortempera­ tur 11 und der Batteriespannung 12 drei Ausgangsgrößen 13, 14 bzw. 28 ermittelt, welche in die Speicher 15, 16 bzw. 29 übertragen werden. Die Signale für die Last­ größe 10, die Motortemperatur 11 und die Batteriespan­ nung 12 werden dabei dem Rechenwerk 9 über Analog/Digi­ tal-Wandler 17, 18 und 19 zugeführt.

Der richtige Zündwinkel (Einheit: Winkelabstand zwi­ schen zwei Zähnen) besteht aus einem ganzzahligen und einem gebrochenen Anteil 14 bzw. 28. Der ganzzahlige Teil 14 wird vom Rechenwerk 9 an den zugehörigen Spei­ cher 16 übergeben und bei der Bezugsstellung der Kurbel­ welle, die zweckmäßigerweise den frühestmöglichen Zünd­ zeitpunkt darstellt, durch einen von der Bezugsmarke 20 im Sensor 21 erzeugten Impuls in den Zähler 22 übertra­ gen und dekrementiert. Der gebrochene Anteil 28 wird vom Rechenwerk 9 in Form einer Zeit zur Verfügung ge­ stellt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Rest-Winkel mit der Zeit multipliziert wird, die zwischen dem Durchlauf zweier Zähne am Zahnkranz-Sensor 2 vergeht; diese Zeit läßt sich aus der Drehzahl-Infor­ mation leicht gewinnen. Der gebrochene Anteil 28 wird in den Speicher 29 übertragen.

Der Zündwinkel wird somit bei der Erfindung in zwei Schritten eingestellt: wenn der Zähler 22 für den Grob-Zündwinkel seinen Endwert erreicht hat, steht an seinem Ausgang 23 ein Impuls an, welcher den Zähler 30 für den Fein-Zündwinkel startet. Ist auch dieser Zähler abgelaufen, steht an seinem Ausgang 31 das Zündsignal 26 an. Gleichzeitig wird mit dem am Ausgang 31 anste­ henden Impuls der Zähler 25 mit der im Speicher 15 ge­ speicherten Größe 13 für den Öffnungswinkel geladen und gestartet. Nach Ablauf des Zählers 25 steht an seinem Ausgang 26 das Schließsignal 27 an. Die Zähler 22 und 25 sind mit Impulsen des Sensors 3 getaktet, wogegen der Zähler 30 für den Fein-Zündwinkel mit Impulsen fester Frequenz f _c getaktet ist. Die Übernahme des Rest-Zünd­ winkels in den Zähler 30 erfolgt gleichzeitig mit der Übernahme des Grob-Zündwinkels in den Zähler 22 durch den vom Hilfssensor 21 gelieferten Impuls. Damit ist gesichert, daß auf jeden Fall zusammengehörende Werte geladen und eingestellt werden.

Die in den Zählern 22 und 25 beim Start übernommenen Werte der Speicher 16 bzw. 15 werden somit mit Impulsen auf Null heruntergezählt, welche vom Sensor 3 und damit von der Geschwindigkeit der sich drehenden Zahnkranz- Scheibe 1 bestimmt werden. Die in den Zähler 30 über­ nommene Größe 28 für die Fein-Zündzeit wird dagegen mit Impulsen fester Frequenz f _c auf Null heruntergezählt.

Die im Rechenwerk verarbeitete Größe für die Drehzahl- Information wird ebenfalls durch Zählen von Taktimpul­ sen der Frequenz f _c über einen Winkel gewonnen.

Durch diese Maßnahmen zeichnet sich das System gemäß der Erfindung sowohl durch eine hohe dynamische als auch durch eine hohe statische Genauigkeit aus. Die statische Genauigkeit läßt sich durch die Wahl genügend hoher Taktfrequenzen f _c beliebig klein gestalten.

Das Rechenwerk 9 arbeitet vorzugsweise unabhängig oder asynchron von der Kurbelwellenstellung stets mit maxi­ maler Geschwindigkeit. Somit können im Speicher 7, je nachdem welche Zähnezahl am Zahnzähler 4 vorgegeben ist, fortlaufend auch Drehzahländerungen erfaßt werden, welche innerhalb von zwei Durchgängen der Bezugsmarke, d. h. innerhalb von einer Umdrehung des Motors, beim 2-Zylinder entsprechend 2 Bezugsmarken beim 4-Zylinder bzw. 3 Bezugsmarken beim 6-Zylinder auftreten.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Öffnungswinkel mit Hilfe des Zählers 25 nur in einer Grob-Einstellung erfaßt. Dies ist im allgemeinen ausreichend, da es bei Verbrennungsmotoren haupt­ sächlich auf den genauen Zeitpunkt des Zündsignales an­ kommt. Falls gewünscht, kann jedoch auch das Schließsignal mit Hilfe zweier Zähler in analoger Weise wie das Zündsignal erzeugt werden, wozu dann das Rechen­ werk 9 die erforderlichen Werte für einen Grob- und einen Fein-Öffnungswinkel liefert, welche in der glei­ chen Weise wie beim Zündsignal verarbeitet werden.

In der Fig. 2 ist schematisch die Erzeugung der ent­ sprechenden Zünd- bzw. Schließwinkel-Signale dargestellt. Mit der Vorrichtung 32, welche beispielsweise durch einen Mikroprozessor gebildet werden kann, werden, wie in der Fig. 1 erläutert, das Zündsignal 24 und das Schließsignal 27 erzeugt. Dabei werden die Motordreh­ zahlen n (beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 in Speicher 7 enthalten), eine Lastgröße P, beispielsweise die durchsetzte Luftmenge, die Motortemperatur T und die Batteriespannung U sowie das Bezugssignal des Sen­ sors 21 bei der Berechnung berücksichtigt. Im Lei­ stungsteil der Zündanlage wird dann, gesteuert durch die Signale 24 bzw. 27, der Strom der Zündspule ein- bzw. ausgeschaltet. In der Fig. 2 ist der geschlossene Primärkreis mit dem Niveau I und der geöffnete Primär­ kreis mit dem Niveau II dargestellt. Der Winkel, wel­ cher zwischen dem auf der Scheibe 1 gemäß Fig. 1 ange­ ordneten Bezugspunkt 20 und dem Zündzeitpunkt 24 ver­ streicht, ist der Zündwinkel Φ _Z . Der Winkel zwischen dem Zündzeitpunkt 24 in dem Schließzeitpunkt 27 ist der Öffnungswinkel Φ _Ö , und die Einschaltdauer für den Strom der Zündspule entspricht dem Schließwinkel Φ _S . Der Einschaltzeitpunkt der Spule, welcher von der Dreh­ zahl n des Motors, dem Aufbau der Zündspule und den vorstehend angegebenen Korrekturgrößen abhängt, wird durch die Rechenvorrichtung 32 exakt festgelegt.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Erzeugen digitaler Zünd- und Schließwinkel- Signale für die Steuerung von Verbrennungsmotoren mit einer mit der Kurbelwelle des Motors verbundenen Zahnkranz-Scheibe, einem der Kurbelwelle zugeordneten Sensor, einer Zähleinrichtung, einem Speicher, der das Ausgangssignal der Zählerschaltung auf­ nimmt, und einer Rechenschaltung, die aus den aus der Zählerschal­ tung sowie weiterer vom Betriebszustand des Motors abhängiger Signale die Zünd- und Schließwinkel-Signale errechnet, wobei der Zündwinkel aus einem ganzzahligen und einem gebrochenen An­ teil mittels zweier durch die Rechenschaltung beaufschlagter Ab­ wärts-Zähler errechnet wird und der Zähler für den ganzzahligen Anteil durch einen von einer Bezugsmarke auf der Zahnkranz- Scheibe in einem weiteren Hilfssensor erzeugten Impuls gestar­ tet und mit Impulsen des Sensors getaktet und nach Ablauf dieses Zählers der Zähler für den gebrochenen Anteil des Zündwinkels gestartet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählerschaltung aus einem Zahnzähler (4) und einem Zeit­ zähler (6) besteht, daß der Zahnzähler (4) bis zu einer vorbe­ stimmten Zahl zählt und bei Erreichen dieses Zählerstandes an seinem Ausgang (5) ein Impuls ansteht, der den Zahnzähler (4) auf Null zurücksetzt und den Inhalt des Zeitzählers (6) in den Speicher (7) überführt, daß das Rechenwerk (9) als asynchrones Rechenwerk ausgebildet ist, das unabhängig von der Kurbelwellen­ stellung mit größtmöglicher Geschwindigkeit die erforderlichen Zünd- und Schließwinkel errechnet, daß das Rechenwerk (9) neben den zwei dem ganzzahligen und dem gebrochenen Anteil entsprechen­ den Signalen (14, 28) für das Zündsignal (24) ein weiteres Si­ gnal (13) für den Schließwinkel (27) errechnet, daß die drei Ausgangsgrößen (13, 14, 28) in drei dem Rechenwerk (9) nachge­ schaltete Speicher (15, 16, 29) übertragen werden, daß die im ersten Speicher (16) gespeicherte Ausgangsgröße (14) ein Maß für den ganzzahligen Anteil und die im zweiten Speicher (29) gespeicherte Ausgangsgröße (28) ein Maß für den gebrochenen An­ teil der Zündwinkel darstellt, daß die im dritten Speicher (15) gespeicherte Ausgangsgröße (13) ein Maß für den Schließwinkel ist, daß der Zähler (30) mit einer festen Frequenz f _c getaktet wird, daß dem Zähler (30) der gebrochene Anteil des Zündwinkels in Form einer Zeit übermittelt wird, und daß nach Erzeugung des Zündsignals (24) der Inhalt des Speichers (15) in einen weiteren Abwärts-Zähler (25) überführt wird, an dessen Ausgang (26) nach Ablauf ein Impuls für das Schließsignal (27) ansteht.