DE3014680C2 - Verfahren zur Steuerung des Zündzeitpunkts einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zur Steuerung des Zündzeitpunkts einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
erwähnten Art hat folgende Nachteile. Bei einer Zweipunkt-Steuerung
mit zwei Kennlinien auf verschiedenen Stufen entsprechend der durchgezogenen und der gestrichelten
Linie der Fig. 1 ist es notwendig, eine von der Temperatur abhängige Umschaltung vorzunehmen, so
daß eine Umschalteinrichtung notwendig ist, die die Kosten erhöht und die Zuverlässigkeit beeinträchtigt. Im
übrigen ermöglicht diese Charakteristik zwar eine Parallelverschiebung von einer Kennlinie zur anderen und
somit eine begrenzte Anpassungsmöglichkeit, jedoch reicht diese Anpassungsmöglichkeit zur Erhaltung guter
Laufeigenschaften der Maschine nicht vollständig aus. Während die Zündvorverstellung durch den Ansaugunterdruck
bei niedrigen Maschinente.mperauiren unterbrochen ist, wird die Zündvorverstellung so gering, daß sich
ein großer Unterschied zwischen der Vorversiellung
zwischen der Unterdrucksteuerung und dem übrigen Zustand ergibt, durch den das Laufverhalten der
Maschine und die Brennstoffausnuizung beeinträchtigt werden.
in jüngerer Zeit sind elektronische ZündzeHpunkts-Steuerungen
bekanntgeworden, die einen Digitalrechner, wie etwa einen Mikroprozessor einschließen, der zur
Bestimmung der optimalen Zündvorverstellung entspre-FIg.
8 zeigt in einem Diagramm die maximale Zündvorverstellung in bezug auf die ZyUnderwandtemperatur.
Flg. 3 zeigt in einem Blockdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Ein Temperatursensor
I liefert ein Signal S, entsprechend der Kühlmitteltemperatur der Maschine. Ein weiterer Sensor 2 tastet den
Ansaugunterdrack ab und liefert ein entsprechendes Signal S2. Ein Sensor 3 ermittelt einen Basiswinkel oder
Ausgangswinkel! bei der Kurbelwellendrehung und liefert Impulssignale S, bei Erreichen der jeweiligen Basiswinkeleinsteilung,
etwa jeweils bei 120° Kurbelwellendrehung. Ein Sensor 4 tastet bestimmte Winkeleinheiten bei
der Kurbelwellendrehung, beispielsweise jeweils la ab und liefert ein entsprechendes Impulssignal. Die Drehzahl
der Maschine wird bestimmt aufgrund des Basiswinkel-Signals S4 des Sensors 4. Die Signale Si bis S1 und
notwendigenfalls weitere Signale, die etwa dem Leerlaufzustand der Maschine, den Brennstoff-Einspritzimpulsen
und/oder de.r Getriebestellung entsprechen, werden über
eine Eingangs-Ausgangs-Steuereinhe·. 5, die aus Halbleitern
aufgebaut äst, durch einen zer.'.i-aten Rechner 6
eingelesen, der einen Auslesespeicher (ROM), einen Speicher mit direktem Zugriff (RAM) und eine zentrale
Verarbeitungseinheit umfaßt. Der zentrale Rechner 6
chend der Maschinendrehzahi und Last dient. Aus der 25 ermittelt die Maschinendrehzahl und die Last aufgrund
DE-OS 26 45 350 ist eine elektronische Zündzeitpunkts-Steuerung bekannt, die auch eine Berücksichtigung der
Maschinentemperatur gestattet. Zu dem anhand der Maschinendrehzahl und Last ermittelten Wert der Zündvorverstellung
wird eine konstante Größe addiert, wenn die Maschinentemperatur größer als ein vorgegebener
Wert ist. Somit handelt es sich auch bei dieser elektronischen Steuerung lediglich um eine Zweipunkt-Steuerung,
die nur eine grobe Anpassung des Zündzeitpunkts an die Maschinentemperatur während der V/armlaufphase der
Brennkraftmaschine ermöglicht, eo daß es zu einem unrunden Motorlauf und zu erhöhtem Treibstoffverbrauch
kommt. Ähnliche elektronische Zündzeitpunkts-Steuerungen sind aus der DE-OS 26 23 910 und aus der
DE-OS 27 3k 781 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Zündzeitpunkts-Steuerung anzugeben, das insbesondere
während der Erwärmungsphase der Brennkraftmaschine eine Verbesserang der Laufeigenschaften
und eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs ermöglicht.
Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den kennzeichnenden Teilen der Nebenansprüche 1
und 2 angegeben.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Signale Si, Si und Sj und bestimmt einen Wert A der
Zündvorverstellung für jede Drehzahl und Last durch Berechnung oder aufgrund gespeicherter Werte. Des
Wert A wird mit einem Korrektur-Koeffizienten k
multipliziert, der aus dem Signal S1 des Temperatursensors
1 ermittelt wird. Das Ergebnis gelangt vun dem Zentralrechner 6 an denjenigen Bereich der Steuereinheit
5, in dem die Zündverstellungssteuerung stattfindet. Die Steuereinheit 5 liefert an einer Ausgangsklemme 7 den
multiplizierten Wert A: · A entsprechend dem Zeittakt,
der sich aus den Signalen S.. und Si ergibt. Auf diese
Weise wird ein Transistor 8 gesteuert, der einen elektrischen Strom ein- oder ausschaltet, der durch eine Zündspule
9 einer Zündschaltung fließt. Mit 10 ist ein Zündverteiler bezeichnet, mit 11 eine Zündkerze und mit 12
eine Batterie, die als Stromquelle dient.
Der Korrektur-Koeffizient k wird vorzugsweise anhand von tabellenartig gespeicherten Optimakverten für
verschiedene Ausgangssignale S, des Temperatursensors 1 ermittelt. Wenn jedoch die Kapazität des Speichers
begrenzt ist, kann der Korrektur-Koeffizient anhand des Signals Si errechnet werden.
Fig. 4 und 5 sind Flußdiagramme zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des zentralen Rechners 6 bis zur
der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher 50 Bildung des Ausgangssignals zur Zündzeltpunkts-Steueerläutert.
rung. Wenn gemäß Fig. 4 das Programm beginnt, wird
Flg. 1 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehungen der Maschinendrehzahi und der Zündvorverstellung
bei einer herkömmlichen Einrichtung;
Fig. 2 ist ein Diagramm zu dem Verhältnis des Ansaugunterdrucks
und der Zündvorverstellung bei einem anderen herkömmlichen System;
Flg. 3 ist ein Blockdlagramn, zur Verenschaulithung
einer Ausführungsform der Erfindung;
Flg. 4 und 5 sind Flußdiagramme, die die Arbeitsweise
des zentralen Rechners bei der Bestimmung der Zündvorverstellung verdeutlichen;
Flg. 6 Ist ein Diagramm, das den Korrektur-Koeffizienten
In bezug auf die Kühlmitteltemperatur der Maschine zeigt; -55
Flg. 7 Ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung
eines anderen Beispiels der Arbeltswelse des zentralen Rechners bei der Ermittlung der Zündvorverstellüng;
ein Basls-Vorverstellungswert entsprechend der MaschinendKirahI
und Last In der Stufe P, ermittelt, und dieser Basiswert wird korrigiert entsprechend dem
Ausgangssignal des Temperatursensors In uer anschließenden
Stufe P1. Schließlich wird der korrigierte Wert in
einer Stufe /Ί abgegeben. Flg. 5 zeigt etwas genauer, daß
In Stufe P1 eine zweidimensional Speicherentnahme in
bezug auf die Maschinendrehzahi und die Last zur Ermittlung des Basiswertes erfolgt. In der anschließenden
Stufe Pan wird eindimensional der Korrektur-Koeffizient
entsprechend dem Signal Si des Temperatursensor 1 dem Speicher entnommen, und In der anschließenden
Stufe P2Q) erfolgt eine Multiplikation von Basiswert und
Korrektur-Koeffizient. Das Ergebnis dieser Multiplikation k ■ A wird schließlich in der Stufe P1 als abzugebendes
Signal produziert.
Flg. 6 Ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
Flg. 6 Ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
des Korrektur-Koeffizienten verdeutlicht. Die Abszisse
bezieht sich auf die Kühlmitteltemperatur und die Ordinate
auf den Korrektur-Koeffizienten k.
Als Einrichtung zur Abtastung der Maschinentemperatur Ist ein Temperatursensor geeignet, der die Kühlmitteltemperatur
erfaßt, da dies ohnehin üblich Ist. Wenn jedoch das Warmlaufverhalten der Maschine im Vordergrund
stehen soll, 1st es möglich, einen Sensor zu verwenden, der die Zylinderwandtemperatur oder die
Öltemperatur abtastet.
Flg. 7 ist ein Flußdiagramm, das die Arbeltsweise des
zentralen Rechners In einer anderen Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. In diesem Fall erfolgt zur
Verbesserung des Anspringens und der Leerlaufstabllität
eine unterschiedliche Einstellung der Zündvorverstellung beim Anlassen und im Leerlauf, und eine Korrektur
der entsprechenden Temperatur Ist nicht vorgesehen. Bei relativ hohen Maschinendrehzahlen unterbleibt eine
temperaturabhängige Korrektur zum Schutz der Maschine. Eine maximale Zündvorverstellung bei einer
gegebenen Zylinderwandtemperatur wird entsprechend der Kennlinie der Flg. 8 durch Abtastung der Zylinderwandtemperatur
ermittelt, die als repräsentativ für die Maschinentemperatur angesehen werden kann. In Stufe
Pa der Fig. 7 wird ein Vergleich durchgeführt zwischen
dem Maximalwert der Zündvorverstellung und dem Basiswert, der in Stufe 1 auf der Grundlage der Maschlnendrehzahl
und der Last ermittelt worden ist. Der Basiswert wird über die Stufe Pt abgegeben, wenn er kleiner
als der Maximalwert 1st, oder der Maximalwert wird über die Stufe P1 abgegeben, wenn der Basiswert größer als der
Maximalwert Ist, da in Stufe P5 eine Begrenzung auf die
Höhe des Maximalwerts erfolgt. In Fig. 8 bezieht sich die Abszisse auf die Zylinderwandtemperatur und die
Ordinate auf die Werte der Zündvorverstellung.
Das erfindungsgemäße Steuersystem bietet Vorteile im Leistungsverhalten und fur den Schutz der maschine, da
im Bereich der vollständig geöffneten Drosselklappe bei verhältnismäßig geringer Zündvorverstellung im wesentlichen
keine Korrektur erfolgt. Der Grund, weshalb die maximalen Werte der Zündvorverstellung innerhalb der
Erwärmungsperiode der Maschine geringer als nach der Erwärmung sind, liegt darin, die Luftverschmutzung
durch Förderung eines Ansteigens der Auspufftemperatur. Beschleunigung der Maschinenerwärmung und
Erleichterung der Arbeitsweise eines Auspuffsgasreinigers zu verringern. Der Grund, weshalb der Maximalwert
der Zündvorverstellung bei niedrigen Maschinentemperaturen wiederum ansteigt, liegt darin, daß bei sehr kleinen
Vorstellwerten bei niedriger Temperatur eine unvollständige Verbrennung erfolgt, die zu einem erheblichen
Ausstoß von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und einem schlechten Laufverhalten der Maschine führt.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit einer optimalen Zündvorverstellung für jedes Stadium der Erwärmungsperiode
der Maschine, da der Wert der Vorverstellung entsprechend der Erwärmung korrigiert wird. Dies führt
zugleich zu einem sparsamen Brennstoffverbrauch und einem Schutz der Maschine.
Neben diesem gemeinsamen Effekt der Ausfühmngsformen
der Erfindung ergeben sich für einzelne Merkmale der Erfindung folgende Vorteile. Da ein Digitalrechner
verwendet wird, kann ein Korrektur-Koeffizient genau entsprechend jeder Temperatur festgelegt werden,
ohne daß eine Annäherung an eine gerade oder gekrümmte Kurve notwendig ist. Die Eingangssignale
können gemeinsam mit einer elektronischen Brennstoffeinspritzung und einer Auspuffgasrückführung verwendet
werden, so daß sich das System mit geringer Kostenerhöhung herstellen läßt. Wenn der Wert der Zündvorverstellung
begrenzt wird durch einen zulässigen Maximalwert, wird der Schutz der Maschine verbessert, und
wenn die Vorverstellung, bezogen auf die Wlnkelposltlon.
In der Erwärmungsperiode geringer Ist als nach dem Erwärmen, wird die Zelt für die Erwärmung verkürzt,
und die Abgabe von Schadstoffen wird verringert.
Bei der praktischen Ausführung der Erfindung Ist das
Modell Nr. HD 46802 der Firma Hitachi als zentraler Rechner verwendet worden. Das Modell HD 46506 der
Firma Hitachi diente als Steuereinheit, die sich mit dem
Rechner verbinden ließ.
Der Basiswinkel-Sensor und der Winkelelnhelten-Sensor können herkömmliche Teile sein und die Form
einer Abtasteinheit 24 aufweisen, die in der US-PS 40 15 565 beschrieben 1st. Es kann sich auch um einen
Drehzahl-Spannungs-Wandler 10 gemäß der US-PS 38 53 lÜJ (landein.
Die Ermittlung der Maschinendrehzahl aus den Signalen
des Wlnkelelnhelts-Sensors ist herkömmlich und wird in der US-PS 38 53 103 beschrieben. In diesem
Zusammenhang wird weiterhin auf die US-PS 39 69 614 und die US-PS 40 09 699 bezug genommen.
Bei der Erprobung der Erfindung 1st weiterhin ein unterbrecherloses Zündsystem mit einer Zündspule und
einem Leistungstransistor verwendet worden.
Eine "fvfögllchkeit zur Bestimmung des Zündzeitpunkts
auf der Grundlage von binären Signalen des Basiswinkel-Sensors und des Winkelelnhelts-Sensors ist in der US-PS
38 53 103 sowie der US-PS 40 15 5G5 beschrieben.
Bei einer Viertaktmaschine mn vier Zylindern muß jeweils eine Zündung nach einem Kurbelwinkel von 180°
erfolgen. In einer Stellung von 180° nach dem ersten Zündimpuls muß ein zweiter Basiswinkel-Impuls abgegeben
werden. In diesem Falle muß der Basiswinkel-Sensor einen Impuls jeweils nach 180° Drehung der Kurbelwelle
abgeben.
Bei einer Viertaktmaschine mit sechs Zylindern muß ein Zündimpuls jeweils nach 120° abgegeben werden.
Dementsprechend muß ein Basiswinkel-Impuls jeweils nach einer Drehung von 120° geliefert werden.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Steuerung des Zündzeitpunkts einer Brennkraftmaschine, bei dem die Maschinen- S
temperatur abgetastet wird, ein vorläufiger Wert der Zündzeitpunkts-Vorverstellung auf der Grundlage der
Betriebsparameier der Maschine, ausgenommen die abgetastete Maschinentemperatur, errechnet und zur
Erzeugung eines Ausgangssignals für die ZOndzeitpunkts-Vorverstellung
entsprechend der abgetasteten Maschinentemperatur korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem Festwertspeicher ein der jeweils abgetasteten Maschinentemperatur zugeordneter
Korrekturkoeffizient aufgesucht wird, der zur Erzeugung des Ausgangssignals mit dem vorläufigen
Wert der Zündzeitpunkts-Vorverstellung multipliziert wird, und daß die Abhängigkeit der gespeicherten
Korrekturkoeifizienten von der Maschinentemperatur durch eine Funktion gegeben ist, die bei Temperaturen
unterhalb eines vorgegebenen ersten Temperaturwertes einen ersten konstanten Wert aufweist,
zwischen dem ersten Temperaturwert und einem höheren zweiten Temperaturwert linear auf einen
zweiten Wert abfällt, zwischen d<;m zweiten Temperaturwert
und einem höheren dritten Temperaturwert konstant den zweiten Wert beibehält, zwischen dem
dritten Temperaturwert und einem noch höheren vierten Temperaturwert wieder linear auf den ersten Wert
ansteigt und berhalb des vierten Temperaturwertes konstant den ersten Wert beibehält.
2. Verfahren zur Steuerung des Zündzeltpunkts einer Brennkraftmaschine, ijei dem die Maschinentemperatur
abgetastet wird, ein vorläufiger Wert der Zündzeitpunkts-Vorverstellung auf der Grundlage der
Betriebsparameter der Maschine, ausgenommen die abgetastete Maschinentemperatur, errechnet und zur
Erzeugung eines Ausgangssignals für die Zündzeitpunkts-Vorverstellung
entsprechend der abgetasteten Maschinentemperatur korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Festwertspeicher ein
der jeweils abgetasteten Maschinentemperatur zugeordneter Maximalwert für die Zündzeitpunkts-Vorverstellung
aufgesucht und mit dem vorläufigen Wert der Zündzeitpunkts-Vorverstellung verglichen
wird, daß das Ausgangssignal gleich dem vorläufigen Wert gesetzt wird, wenn dieser kleiner oder gleich
dem Maximalwert ist, während andernfalls das Ausgangssignal gleich dem Maximalwert gesetzt wird,
und daß die Abhängigkeit der Maximalwerte von der Maschinentemperatur durch eine Funktion gegeben
ist, die unterhalb eines ersten Temperaturwertes einen ersten konstanten Wert aufweist, zwischen dem ersten
Temperaturwert und einem höheren zweiten Temperaturwert linear auf einen zweiten Wert abnimmt,
zwischen dem zweiten Temperaturwert und einem höheren dritten Temperaturwert konstant den zweiten
Wert beibehält, zwischen dem dritten Temperaturwert und einem noch höheren vierten Temperaturwert
linear über den ersten Wert hinaus auf einen dritten Wert ansteigt und oberhalb des vierten Temperaturwertes konstant bleibt.
65
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des
ZündzeitDunkts einer Brennkraftmaschine gemäß den identischen Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2.
Im einzelnen befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Steuerung des Zündzeltpunkts während
der Erwärmungsperiode der Brennkraftmaschine.
Zunächst soll auf den Stand der Technik und die mit diesem verbundenen Probleme eingegangen werden. Ein
System zur Steuerung des ZündzeJtpunkts einer Brennkraftmaschine stellt den Augenblick der Funkepabgabe
in gewissem Maße auf einen Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt, beispielsweise 12° vor dem oberen Totpunkt
bei 600 l/min, ein, so daß die Verbrennung in einem optimalen Augenblick zur Lieferung der maximalen
Ausgangsleistung erfolgen kann, da sich eine Zündverzögerung zwischen der Abgabe des Funkens und der
Entzündung des Brennstoffs Innerhalb des Zylinders der Maschine ergibt. Die Zündverzögerung bleibt in zeitlicher
Hinsicht im wesentlichen mit zunehmender Maschinendrehzahl unverändert, jedoch ergibt sich eine Änderung
in bezug auf den Kurbelwinkel, da insoweit die Zündverzögerung mit der Maschinendrehzahl zunimmt,
da die Kolbengeschwindigkeit mit wachsender Drehzahl ebenfalls zunimmt. Eine bekannte Verstelleinrichtung,
beispielsweise eine herkömmliche, mit Zentrifugalkraft arbeitende Verstelleinrichtung, die mit einem Zündverteiler
verbunden ist, rückt daher den Zündzeitpunkt mit zunehmender Drehzahl vor, da ein Verbleiben des Zün'J-zeitpunkts
in derselben Position, bezogen auf die Kurbelwellendrehung, bei gegenüber langsamen Drehzahlen
zunehmenden Drehzahlen zu einer ungenügenden Leistungsabgabe führen würde.
Fig. 1 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines
Beispiels der Charakteristik oder Kennlinie einer herkömmlichen Zentrifugal-Verstelleinrlchtung. Die
Abszisse bezieht sich auf die Maschinendrehzahl und die Ordinate auf die Vorversteilung des Zündzeitpunkts.
Oberhalb einer Drehzahl N, wird die Vorversteilüng des
Zündzeitpunkts vergrößert, und bei einer Drehzahl /V2 ist
die maximale Vorverstellung erreicht. Die durchgezogene Linie Ist die Kennlinie bei normaler Be' lebstemperatur,
und die gestrichelte Linie bezieht sich auf einen niedrigen Temperaturbereich. Dieses auf zwei verschiedene
Kennlinien beschränkte Verfahren Ist gekennzeichnet durch die wahlweise Verwendung von zwei getrennten
Vorversteliungs-Charakteristlka durch Umschaltung entsprechend einem niedrigen oder normalen Temperaturbereich.
Der Ansaugunterdruck hat beim Betrieb der Maschine einen großen Einfluß auf die Zündverzögerung. Wenn
nämlich der Unterdruck groß ist, d. h. wenn die Drosselklappe nur wenig geöffnet ist, Ist der Anteil des In dem
Zylinder zurückgebliebenen Restgases groß und die Dichte von frischer Luft und Brennstoff ist gering, so daß
die Ausbreitung der Flamme eingeschränkt wird und die Leistung abfällt. Als Gegenmaßnahme Ist es hierzu
bekannt, einen Verteiler mit einer auf den Unterdruck ansprechenden Zündverstelleinrichtung zu verbinden.
Flg. 2 Ist ein Diagramm eines Beispiels der Kennlinie
einer herkömmlichen Unterdrucksteuerung der genannten Art. Die Abszisse bezieht sich auf den Ansaugunterdruck
und die Ordinate auf den Vorstellwinkel der Zündung. Die durchgezogene Linie Ist die Kennlinie für
normale Betriebstemperaturen, und die gestrichelte Linie bezieht sich auf die Vorverstellung bei besonders niedrigen
Maschinentemperaturen. Der Verlauf der gestrichelten Linie läßt erkennen, daß eine Zündvorverstellung
unterlassen wird, solange die Maschinentemperatur niedrig ist.
Die herkömmliche Zündzeltpunktssteucrung der
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