DE3012940A1

DE3012940A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von digitalen zuend- und schliesswinkel-signalen zur steuerung von verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE3012940A1
Application number: DE19803012940
Authority: DE
Inventors: Horst 8031 Gröbenzell Hagedorn; Heinz Dipl.-Phys. 8021 Taufkirchen Preißinger; Steffen Dipl.-Ing. 8000 München Storandt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-04-02
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1981-10-08
Also published as: DE3012940C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von digitalen
Zünd- und Schließwinkel-Signalen zur Steuerung von Verbrennungsmotoren Verbrennunasmotoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von digitalen Zünd- und Schließwinkel-Signalen zur Steuerung von Verbrennungsmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen, indem mittels einer mit der Kurbelwelle des Motors verbundenen Zahnkranz-Scheibe Impulse in einem Sensor erzeugt werden, die in einem Zahn-Zähler gezählt werden und wobei bei der Erzeugung der Zünd- und Schließwinkel-Signale weitere dem Betriebszustand des Motors entsprechende Signale verarbeitet werden, sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung von digitalen Zünd- und Schließwinkel-Signalen zur Steuerung von Verbrennungsmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen, welche eine mit der Kurbelwelle des Motors yerbundene Zahnkranzscheibe und einen zugeordneten Sensor und Zahnzähler aufweist.
Die Rohstoffsituation und die Umweltverschmutzung machen es notwendig, den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission von Verbrennungsmotoren erheblich zu senken. Dies ist mit den üblichen herkömmlichen Zündsystemen, die aufgrund von Toleranzen und dem Verschleiß der mechanischen Teile an der Grenze ihrer Leistungsfähigkeit angelangt sind, nicht bzw. nur unvollständig möglich. Die genannten Anforderungen, für welche zum Teil bereits gesetzliche Regelungen erlassen wurden, sind nur durch den Einsatz der modernen Elektronik zu erfüllen. Die Datenerfassung und Steuerung mittels Digitalisierung der Signale bieten sich dazu an, wobei die Systeme mit diskreter Handware oder mit der flexibleren Software von Mikroprozessoren realisiert werden können.
Aus dem Stand der Technik sind zwar bereits Verfahren zur elektronischen, unterbrecherlosen Erzeugung von digitalen Zünd- und Schließwinkel-Signalen zur Steuerung von Verbrennungsmotoren bekannt, jedoch sind diese Verfahren entweder sehr aufwendig oder es haftet ihnen eine gewisse Unsicherheit bei der Festlegung der genannten Signale an. So ist aus der DE-AS 23 39 755 eine Vorrichtung zum Verändern der Zündwinkel-Verstellkennlinie von Brennkraftmaschinen bekannt, bei der die genannten Signale in direkter Abhängigkeit durch eine fest mit der Kurbelwelle des Motors verbundene Zahnkranz-Scheibe gesteuert werden. Die statische Genauigkeit wird deshalb durch die Zähnezahl auf dem Gesamtumfang bestimmt, wodurch der bekannten Vorrichtung in dieser Hinsicht Grenzen gesetzt sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche sich durch eine hohe statische Genauigkeit auszeichnet, und die andererseits ohne allzu großen Aufwand herzustellen sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß bei Uberschreiten eines bestimmten Zählerstandes des Zahnzählers an seinem Uberlaufausgang ein Impuls ansteht, der bewirkt, daß der Inhalt eines Zeitzählers in einen Speicher übernommen wird und Zahn- und Zeitzähler auf Null zurückgesetzt werden, und daß der in den Speicher übernommene Zeitwert als Maß für die Umdrehungszahl des Motors bei der Erzeugung der Zünd- und Schließwinkel-Signale mittels eines Rechenwerkes verarbeitet wird.
Vorzugsweise wird als Rechenwerk ein asynchrones Rechenwerk verwendet, das unabhängig von der Kurbelwellenstellung mit größtmöglicher Geschwindigkeit die erforderlichen Zünd- und Schließwinkel errechnet.
Damit wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß das asynchrone Rechenwerk unabhängig von der Kurbelwellenstellung stets mit maximaler Geschwindigkeit arbeitet.
Dadurch ist gewährleistet, daß bei allen Drehzahlen zwischen der Erfassung der Eingangsgrößen und der Ausgabe der beiden Ausgangsgrößen eine bestimmte Zeit nicht überschritten wird, was insbesondere bei Beschleunigungsvorgängen von Bedeutung ist. Dies kommt daher, daß die maximale Drehzahländerung pro Zeiteinheit nämlich näherungsweise für alle Drehzahlen konstant ist, womit auch die mögliche Drehzahländerung während der Rechenzeit ungefähr gleich bleibt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Vorrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in ihr ein Zeitzähler angeordnet ist, mit dem die Zeit bestimmt wird, welche die Scheibe für einen bestimmten Winkel benötigt, daß dem Zeitzähler ein Speicher nachgeordnet ist, in dem die vom Zeitzähler ermittelte Zeit gespeichert wird, und daß die Vorrichtung ein Rechenwerk enthält, das aus den im Speicher vorhandenen Daten sowie weiterer vom Betriebszustand des Motors abhängiger Signale die Zünd-und Schließwinkelsignale errechnet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den zugehörigen Unteransprüchen angeführt.
Die Vorteile und die Arbeitsweise der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der dazugehörenden Zeichnung zeigen: 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-Zahnkranzscheibe eines Kraftfahrzeuges sein. In einem Sensor 3, welcher in der Nähe des Zahnkranzes 2 angeordnet ist, wird beim Vorbeilaufen, wobei sich die Scheibe 1 beispielsweise wie in der Figur darstellt in Pfeilrichtung bewegt, von Jedem Zahn des Zahnkranzes 2 ein Impuls erzeugt. Die Impulse werden einem Zahnzähler 4 zugeleitet und von diesem gezählt.
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 zurücksetzt. Gleichzeitig wird mit dem am Ausgang 5 anstehenden Impuls der Inhalt des Zeitzählers 6 in den Speicher 7 übernommen und der Zeitzähler 6 über ein Verzögerungsglied 8 auf Null zurückgesetzt. Der Zeitzähler 6 wird mit Taktimpulsen fc fester Frequenz gespeist, beispielsweise durch eine von einem Quarzoszillator abgeleitete Fre- quenz. 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 Rechenwerk 9 übermittelt, das aus der im Speicher 7 enthaltenen Größe für die Umdrehungszeit des Motors, einer weiteren Lastgröße 10, welche z.B. der durchsetzten Luftmenge im Ansaugrohr entspricht, der Motortemperatur 11 und der Batteriespannung 12 zwei Ausgangsgrößen 13 bzw.
14 ermittelt, welche in Speicher 15 bzw. 16 dbertragen werden. Die Signale für die Lastgröße 10 die Motortemperatur 11 und die Batteriespannung 12 werden dabei dem Rechenwerk 9 über Analog/Digital-Wandler 17, 18 und 19 zugeführt. Die Ausgangsgröße 14, welche in den Speicher 16 übertragen ist, ist ein Maß für die Zeit, die ab einer bestimmten Kurbelwellenstellung bis zur Öffnung des Primär-Stromkreises der Zündspule (Zündzeitpunkt) vergehen soll. Hat die Kurbelwelle diese Bezugsstellung, die zweckmäßigerweise den frühestmöglichen Zündzeitpunkt darstellt, erreicht, wird durch die Bezugsmarke 20 im Sensor 21 ein Impuls erzeugt, welcher den im Speicher 16 enthaltenen Wert in einen Zähler 22 für die Zündzeit überträgt und den Zahler 22 startet.
Der Zähler 22 ist mit Impulsen fester Frequenz fc getaktet und wird mit diesen Taktimpulsen solange heruntergezählt, bis der Zählerstand p erreicht ist. Dann steht am Ausgang 23 des Zählers 22 ein Impuls an, mit dem das Zündsignal 24 an den Leistungsteil abgegeben wird.
Die zweite im Rechenwerk 9 ermittelte Ausgangsgröße 13, welche in den Speicher 15 übernommen ist, ist ein Eaß dafür, wie lange der Primär-Stromkreis geöffnet bleiben soll. Zum gleichen Zeitpunkt, in dem das Zündsignal 24 an den Leistungsteil abgegeben wird, wird deshalb durch den am Ausgang 23 des Zählers 22 anstehenden Impuls die im Speicher 15 enthaltene Größe in den Zähler 25 für die Öffnungszeit übernommen und der Zähler 25 gestartet. Der Zähler 25 ist ebenfalls mit Impulsen fester Frequenz fc getaktet und wird mit diesen Taktimpulsen heruntergezählt, bis der Zählerstand 91 erreicht ist. Dann erscheint an seinem Ausgang 26 ein Impuls, welcher das Schließsignal 27 an den Leistungsteil abgibt.
Das Rechenwerk 9, arbeitet, worauf bereits weiter oben hingewiesen wurde, unabhängig oder asynchron von der Kurbelwellenstellung stets mit maximaler Geschwindigkeit.
Somit können im Speicher 7, je nachdem welche Zähnezahl im 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.
Durch die Wahl genügend hoher Taktfrequenzen fc läßt sich bei der erfindungsgemäßen Erzeugung von digitalen Zünd- und Schließwinkel-Signalen der statische Fehler beliebig klein gestalten. Der statische Fehler bei konstanten Drehzahlen ergibt sich dabei durch die Quantisierung bei der Ein- und Ausgabe sowie durch Rechenungenauigkeiten.
In der Fig. 2 ist schematisch die Erzeugung der entsprechenden Zünd- bzw. Schließwinkel-Signale darstellt.
Mit der Vorrichtung 28, 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 Motordrehzahl 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 Sensors 21 bei der Berechnung berücksichtigt. Im Leistungsteil 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 Primärkreis mit dem Niveau II dargestellt. Der Winkel, welcher zwischen dem auf der Scheibe 1 gemäß Fig. 1 angeordneten Bezugspunkt 20 und dem Zündzeitpunkt 24 verstreicht, ist der Zündwinkel b z. Der Winkel zwischen dem Zündzeitpunkt 24 und dem Schließzeitpunkt 27 ist der Öffnungswinkel ö' und die Einschaltdauer für den Strom der Zündspule entspricht dem Schließwinkel Q S Der Einschaltzeitpunkt der Spule, welcher von der Drehzahl n des Motors, dem Aufbau der Zündspule und den vorstehend angegebenen Korrekturgrößen abhängt, wird durch die Rechenvorrichtung 28 exakt festgelegt.
8 Patentansprüche, 2 Figuren.
Leerseite

Claims

Patentanspriiche Öl Verfahren zur Erzeugung von digitalen Zünd- und Schließwinkel-Signalen zur Steuerung von Verbrennungsmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen, indem mittels einer mit der Kurbelwelle des Motors verbundenen Zahnkranz-Scheibe Impulse in einem Sensor erzeugt werden, die in einem Zahn-Zähler gezählt werden und wobei bei der Erzeugung der Zünd- und Schließwinkel-Signale weitere dem Betriebszustand des Motors entsprechende Signale verarbeitet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Uberschreiten eines bestimmten Zählerstandes des Zahnzählers (4) an seinem tiberlaufausgang (5) ein Impuls ansteht, der bewirkt, daß der Inhalt eines Zeitzählers (6) in einen Speicher (7) übernommen wird und Zahn- (4) und Zeitzähler (6) auf 91 zurückgesetzt werden, und daß der in den Speicher (7) übernommene Zeitwert als Maß für die Umdrehungszahl des Motors bei der Erzeugung der Zünd-und Schließwinkel-Signale mittels eines Rechenwerkes (9) verarbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i -c h n e t , daß als Rechenwerk (9) ein asynchrones Rechenwerk (9) verwendet wird, das unabhängig von der Kurbelwellenstellung mit größtmöglicher Geschwindigkeit die erforderlichen Zünd- und Schließwinkel errechnet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Rechenwerk (9) zwei Ausgangsgrößen (13, 14) ermittelt, die in zwei Speicher (15, 16) übertragen werden, daß die eine im Speicher (16) gespeicherte Ausgangsgröße (14) ein Maß für die Zeit ist, die ab einer bestimmten Kurbelwellenstellung bis zur Öffnung des Primär-Stromkreises der Zündspule (Zündzeitpunkt) vergehen soll, und daß die andere im Speicher (15) gespeicherte Größe (13) ein Maß für die Zeit ist, wie lange der Primär-Stromkreis geöffnet bleiben soll (Schließwinkel).
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß durch eine auf der Scheibe (1) angebrachte Bezugsmarke (20) und einen weiteren Sensor (21) ein Impuls erzeugt wird, durch den der im Speicher (16) gespeicherte Wert in einen Zündzeit-Zähl.er (22) übertragen und der Zähler (22) gestartet wird, daß der Zähler (22) mit Impulsen konstanter Frequenz fc heruntergeznhlt wird und beim Zählerstand 91 ein Impuls an den Leistungsteil (Zündsignal 24) abgegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Zündzeitpunkt der im Speicher (15) gespeicherte Wert in einen Schließsignal-Zähler (25) übertragen und der Zähler (25) gestartet wird, daß der Zähler (25) mit Impulsen konstanter Frequenz fc heruntergezählt wird und beim Zählerstand 91 ein weiterer Impuls (Schließsignal 27) an den Leistungsteil abgegeben wird.
6. Vorrichtung zur Erzeugung von digitalen Zünd- und Schließwinkel-Signalen zur Steuerung von Verbrennungsmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen, welche eine mit der Kurbelwelle des Motors verbundene Zahnkranz-Scheibe sowie einen zugeordneten Sensor und Zahnzähler aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in ihr ein Zeitzähler (6) angeordnet ist, mit dem die Zeit bestimmt wird, welche die Scheibe (1) für einen bestimmten Winkel benötigt, daß dem Zeitzähler (6) ein Speicher (7) nachgeordnet ist, in dem die vom Zeitzähler (6) ermittelte Zeit gespeichert wird, und daß die Vorrichtung ein Rechenwerk (9) enthält, das aus den im Speicher (7) vorhandenen Daten sowie weiterer vom Betriebszustand des Motors abhängiger Signale (10, 11, 12) die Zünd- (24) und Schließwinkel-Signale (27) errechnet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Rechenwerk (9) zwei Speicher (15, 16) zugeordnet sind, in denen die Zeiten für den Zünd- und Schließzeitpunkt gespeichert sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß den Speichern (15,16) zwei Zähler (25, 22) für die Zünd- bzw. Öffnungszeit nachgeordnet sind, und daß auf der Scheibe (1) eine Bezugsmarke (20) angeordnet ist, welche durch einen weiteren Sensor (21) ein Signal erzeugt, durch welches der Zähler (22) für die Zündzeit gestartet wird.