DE3105753A1

DE3105753A1 - Klopfsteuereinrichtung fuer eine fremdgezuendete brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3105753A1
Application number: DE19813105753
Authority: DE
Inventors: Toshio Fujisawa Kanagawa Enoshima; Shoji Furuhashi; Hideyuki Yokohama Kanagawa Tamura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-02-18
Filing date: 1981-02-17
Publication date: 1982-01-14
Also published as: US4380981A; JPS56115860A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klopfsteuereinrichtung für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Klopf steuereinrichtung, die beim Klopfen den Zündzeitpunkt verzögert, um ein weiteres Klopfen zu unterdrücken oder zu verhindern.

Die Erfindung schafft eine Klopfsteuereinrichtung für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, die eine Zündzeitpunkt s-Einstelleinrichtung umfaßt, die auf die Größe eines Klopfsignals anspricht, das die Größe des in der Brennkraftmaschine auftretenden Klopfens angibt,

um eine Verzögerungsgröße des Zeitpunktes von einem Bezugszündzeitp-onkt aus innerhalb eines bestimmten Bereiches einzustellen. Die Einstelleinrichtung umfaßt eine Bereichsänderungseinrichtung, die auf das Treibersignal durch Indern des bestimmten Bereiches anspricht.

Die Klopfsteuereinrichtung dient zum Verhindern einer unnötigen Zündzeitpunktsverzögerung, die sonst zu einem unnötigen Kraftstoffverbrauch und damit zu einem Abfall der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine führen würde,insbesondere im Bereich mittlerer und hoher Drehzahlen der Brennkraftmaschine, und in extremen Fällen zu einer Beschädigung der Brennkraftmaschine infolge eines extremen Anstiegs der Lauftemperatur der Brennkraftmaschine führen kann. Ein solches Überhitzen tritt auf, wenn der Zündzeitpunkt übermäßig verzögert wird, insbesondere, wenn die Brennkraftmaschine mit hohen Drehzahlen dreht.

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Die KlopfSteuereinrichtung kann eine Einrichtung umfassen, die die Verzögerung des Zündzeitpunktes infolge von BrennkraftmaschinenSchwingungen und Rauschen verhindert, das von dem Anlassermotor während des Anlassens der Brennkraftmaschine erzeugt wird, wodurch geeignete Anlaßbedingungen und ein glatter Drehzahlanstieg der Brennkraftmaschine ermöglicht werden.

Gemäß einem bevorzugten Gedanken der Erfindung umfaßt eine Klopfsteuereinrichtung eine Zündzeitpunkts-Einstellschaltung, die auf die Größe des Klopfens anspricht, das in der Brennkraftmaschine auftritt, um eine Veiägerungsgröße des Zeitpunktes von einem Bezugszündzeitpunkt aus innerhalb eines bestimmte!Bereiches einzustellen. Die Einst'ell schaltung umfaßt eine Bereichsänderungsschaltung, die auf ein Treibersignal anspricht, das von einer Bestimmungsschaltung für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine erzeugt wird, um den bestimmten Bereich zu ändern.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den UnteranSprüche η angegeben.

Die Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, in Verbindung mit der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Bauelemente bezeichnen. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Zündzeitpunktssteuereinrichtung, in der die erfindungsgemäße Klopfst euer einrichtung eingebaut ist,

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Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Klopffühlers, der einen Teil der Klopfsteuereinrichtung bildet,

Fig. 3 einen Stromlauf plan, teilweise als Blockschaltbild, einer Zündzeitpunkts-Einstellschaltung, die einen Teil der Klopfsteuereinrichtung bildet,

Fig. 4 die Signalformen von Signalen verschiedener Bauelemente des Klopffühlers,

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Zündzeitpunktsvoreilungswinkel und der Klopfstärke zeigt,

Fig. 6 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwisehen der Drehzahl der Brennkraftmaschine und einer Verzögerungsgröße des Zündzeitpunktes von der Bezug3zündzeitpunktseinstellung aus zeigt,

Fig. 7 einen der Fig. 3 ähnlichen Stromlaufplan einer Abwandlung der Zündzeitpunkts-Einstellschaltung,

Fig. 8 einen der Fig. 3 ähnlichen Stromlaufplan einer zweiten Abwandlung der Zündzeitpunkts-Einstellschaltung,

Fig. 9 einen der Fig. 3 ähnlichen Stromlaufplan eher dritten Abwandlung der Zündzeitpunkts-Einstellschaltung,

Fig. 10 eine erste Abwandlung der Bestimmungsschaltung für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine,

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Fig. 11 eine zweite Abwandlung der Bestimmungsschaltung für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine,

Fig. 12 eine dritte Abwandlung der Bestimmungsschaltung für den Betriebszustand der Brennkraftmasdine,

Fig. 13 ein Blockschaltbild der Phasensteuerschaltung und des Zündreglers der Zündzeitpunktseinrichtung,

Fig. 14.einen Stromlaufplan, teilweise als Blockschaltbild, der Phasensteuerschaltung, und

Fig. 15 ein Zeitdiagrammfür die in Fig. 11 gezeigte Eonrichtung.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist eine Zündzeitpunktseinrichtung 10 für eine freadgezündete Brennkraftmaschine gezeigt, die eine erfindungsgemäße KlopfSteuereinrichtung 12, edaen Zündregler 14, eine Zündspule 16 und einen Verteiler 18 aufweist. Die Klopfsteuereinrichtung umfaßt eine Klopffühlerschaltung 120, die ihrerseits einen Schwingungsfühler 122 aufvreist. Dieser Fühler kann z.B. ein magnetostriktives Element oder ein piezoelektrisches Element aufweisen und an einem Zylinderblock, Zylinderkopf oder einem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine befestigt sein, um deren Schwingungen zu erfassen.

Die Klopffühlerschaltung 120 weist auch ein Bandpaßfilter 124 auf, das in einem typischen Fall eine Mittenfrequenz von a.B. TKHz und eine Güte von Q(= f_Q/^{2 Δ f}) von 10 hat, wobei f_Q &le Mittenfrequenz und ΔΪ die Bandbreite des Filters sind, so daß die Komponenten des Ausgangssignals S des Schwingungsfühlers 122, die dem Klopfen entsprechen, von dem Filter 124 hindurchgelassen

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werden. Dieses ist ein in Fig. 4 gezeigtes Signal Sa, das im wesentlichen in dem Bereich vn 5 bis 10 KHz liegt. Typischerweise ist die Klopffrequenz im wesentlichen in dem Bereich von 5 bis 10 KHz enthalten, obwohl dieses von der Ausbildung und Temperatur der Brennkraftmaschine abhängen kann. Die Klopffühlschaltung weist außerdem einen Signalformer 126 auf, der die Einhüllende des Signals Sa von dem Filter 124 gleichrichtet und verstärkt, um das in Fig. 4 gezeigte Signal Sb zu erzeugen. Der Signalformer kann entweder eine Vollwegoder Halbweg-Gleichrichtung des Signals Sa ausführen.

Die Klopffühlschaltung 120 umfaßt außerdem eine einen Bezugspegel bildende Schalting 128, die das Signal Sb von dem Signalformer 126 über ein festes Zeitintervall mittelt, indem kein Klopfen auftritt, wie unmittelbar nach der Zündung, oder bei dem der Kolben sich in der Nähe des oberen Totpunktes befindet, und das gemittelte Signal mit einem geeigneten Verstärkungsfaktor verstärktem einen im wesentlichen konstanten Bezugspegel oder einen Hintergrundrauschpegel zu erzeugen, der als Sr in Fig. 4 gezeigt ist und die sich nicht auf das Klopfen beziehenden Schwingungen angibt. Andererseits kann die den Bezugspegel bildende Schaltung 128 durch einen Gleichrichter gegeben sein, der das Signal Sb gleichrichtet, durch eine Integrierschaltung gebildet sein, die eine relativ große Entladezeitkonstante hat, die das gleichgerichtete Signal über die ^eit integriert, und durch einen Verstärker gebildert sein, der das integrierte Signal verstärkt. In diesem Fall kann ein einfacher Verstärker anstelle des Signalformers 124 benutzt werden.

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Die Klopffühlschaltung 120 umfaßt einen Vergleicher 130, der das BezugS3ignal Sr von der den Bezugspegel formenden Schaltung 128 mit dem Ausgangssignal Sb des Signalformers 126 vergleicht und ein invertiertes impulsförmiges Ausgangssignal erzeugt, das in Fig. 4 mit Sp gezeigt ist, wenn die Größe von Sb gleich oder größer als die von Sr ist. Die Dauer γ der Impulse Sp entspricht der Größe des Klopfens. Der Vergleicher 130 kann ein Signal niedrigen Pegels für eine bestimmte Zeit erzeugen, wenn die Größe von Sb gleich oder größer als die von Sr ist.

Die Klopfsteuereinrichtung 12 weist außerdem eine Zündzeitpunkt s-Einst eil schaltung 134· auf, die ihrerseits eine Integrierschaltung 136 hat. Das Impulssignal Sp schaltet einem PiTP-Tr ansi stör Tr,- der Integrier schaltung 136 über einen Eingangswiderstand R_Q für eine Zeit f leitend, die der Größe des Klopfens entspricht, damit eine Speisespannung + V einen Kondensator CL über einen Widerstand R^ und den Transistor Tr. mit einer relativ kleinen Zeitkonstanten R,, χ CL aufladen kann, wodurch an einem Punkt a eine Spannung Va erzeugt wird, die der Größe des Klopfens entspricht. Die über dem Kondensator CL gebildete Ladespannung V. entlädt sich allmählich über einen Widerstand Rp, wenn der Vergleicher 130 ein Ausgangssignal von Full erzeugt, d.h. S nimmt einen hohen Pegel an, wodurch der Transistor Tr.* gesperrt wird.

Die Zündzeitpunkts-Einstellschaltung 134 weist außerdem eine Phasensteuerschaltung 138 auf, die den tatsächlichen Zündzeitpunkt von einem Bezugszündzeitpunktssignal Sm aus, das von dem Verteiler 18 nach Maßgabe des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine bestimmt ist, bis zu einem Grad

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verzögert, der von der Spannung Va abhängt, die von der Integrierschaltung 136 erzeugt wird, um ein eingestelltes Zeitpunktssignal 3™, für den Zündregler 14 zu erzeugen.Venn die Spannung Va gleich Null ist, läßt die Phasensteuerschaltung 138 das Zeitpunktssignal Sm so wie es ist hindurch. Der Zündregler 14 erzeugt ein Stillstandswinkelsignal S™ zum Steuern der Zuführung eines elektrischen Stromes, der durch die Zündspule 16 fließt, so daß die Zündung an einer Zündkerze eines jeden Zylinders der Brennkraftmaschine, die hier nicht gezeigt sind, über den Verteiler 18 derart bewirkt wird, daß ein weiteres Klopfen unterdrückt oder verhindert wird. Die Phasensteuerschaltung 138 und der Zündregler 14 werden später im einzelnen erläutert.

Der Zündzeitpunkt und die Klopfstärke haben die in Fig. 5 gezeigte Beziehung zueinander, so daß eine Verzögerung des Zündzeitpunktes das Klopfen unterdrücken oder verhindern wird. Die zum Unterdrücken oder Verhindern des Klopfens erforderliche Verzögerungsgröße des Zündzeitpunktes hängt von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ab, wie er z.B. durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine gegeben ist. Wie aus Pig. 6 zu erkennen ist, soll in einem niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine von z.B. 1000 bis 1500 Umin der Zündzeitpunkt von dem Basis- oder Bezugs-Zündzeitpunktswert Sm um mindestens den Bereich 9m, in dem Nockenauftritt, verzögert werden, während im Bereich höherer Drehzahlen oberhalb von 4000 Umin der Zündzeitpunkt gegenüber dem Bezugszündzeitpunkt nur um mindestens den Bereich Gj₁ (<öm), der das Klopfen angibt, verzögert werden soll.

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Der Einstellbereich des von der Zündzeitpunkts-Einstellschaltung 134 benutzten Zündzeitpunkts signals wird durch die Maximal spannung V χ R₂Z(R₁ + R₂) ^be~ stimmt, die am Kondensator G^. geladen wird. Die Zündzeitpunkts-Einstellschaltung 134 umfaßt daher eine Bereichsänderungsschaltung zum Indern des Einstellbereiches des Zündzeitpunktes, d.h. der Maximalspannung Y χ R₂/(R,, + R₂), nach Maßgabe des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine,d:h. der Drehzahl bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel. Die Bereichsänderungsschäfcung wird von Widerständen R^, R^ und Rc* die zwischen die Speisequelle + V und Erde in Reihe geschaltet sind, eine Diode D., die zwischen einen Pnnkt a, an dem die am Kondensator C. gebildete Ladespannung abgegeben wird, und den Verbindungspunkt e zwischen den Widerständen R₇ und R/, derart geschaltet ist, daß die Anode der Diode D. mit dem Punkt a verbunden ist, einen NPN-Transistor Tr₂, dessen Emitter und Kollektor jeweils mit Erde und dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R^ und Er verbunden sind, und einen NPN-Transistor Tr, gebildet ist, dessen Emitter und Kollektor jeweils mit Erde und dem Punkt a verbunden sind.

Erste und zweite den Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmtende Bestimmungsschaltungen 140 und 142 sind vorgesehen, die elektrische die Drehzahl der Brennkraftmaschine aus einem Zündsignal S™ von dem Zündregler 14 berechnen. Die erste Bestimmungsschaltung 140 erzeugt ein Signal.Sg^ eines hohen Pegels nur dann, wenn' die berechnete Drehzahl oberhalb eines ersten bestimmten Wertes liegt, z.B. von 4000 Umin , während die zweite Bestimmungsschaltung 142 ein Signal Sg₂ mit hohem Pegel nur dann erzeugt, wenn die berechnete Drehzahl un-

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terhalb eines zweiten bestimmten Wertes liegt, wie z.B. 400 Umin" , der niedriger als der erste bestimmte Wert ist.

Der Transistor Tr₂ wird durch das Signal Sg-^ leitend geschaltet, um den Widerstand R₁- kurzzuschließen, während der Transistor Tr, von dem Signal Sgp leitend ge

schaltet wird, um den Kondensator C^ kurzzuschließen.

Die am Kondensator G. der Integriersehaltung 136 geladene Maximalspannung, die den Einstellbereich des Zündzeitpunktes bestimmt, ist gleich Full, wenn die Dreh-

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zahl unterhalb von 400 Umin ist, ist gleich V χ (E.+Br)/ (lU+R^+Rt-), wenn die Drehzahl zwischen 400 und 4000 TJmin""¹ liegt, und ist gleich V xE./iR^+R,), wenn die Drehzahl oberhalb von 4000 Umin ist. Der von der Zündzeitpunkts-Ein s teil s cha It-JZ! ^ 134 erzeugte Sinstellbereich ist. daher gleich Null, wenn die Drehzahl unter 400 Umin ist, d.h., wenn die Brennkraftmaschine angelassen wird, gleich Θ, wenn die Drehzahl zwischen 400 und 4000 Umin"'¹ ist, und gleich Θ' (kleiner als Θ), wenn die Drehzahl oberhalb von 4000 Umin ist, wie es in IFig. 6 gezeigt ist.

Daher wird beim Anlassen der Brennkraftmaschine das Bezugszündzeitpunktssignal S^ so wie es ist von der Phasensteuerschaltung 138 an den Zündregler 14 abgegeben, Wodurch ein geeignetes Anlassen der Brennkraftmaschine und ein glattes Ansteigen der Drehzahl der Brennkraftmaschine ermöglicht wird. Wenn die Drehzahl zwi-

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sehen 400 und 4000 Umin liegt, wird ein Zündzeitpunktssignal Sm, nach Maßgabe der Größe und !Frequenz des Klopfens im Bereich der Zündzeitpunktseinstellung θ verzögert und von der Phasensteuerschaltung 138 abgegeben.

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Wenn die Drehzahl im hohen Drehzahlbereich oberhalb von 4000 Umin""'' liegt, kann, selbst wenn aufeinanderfolgend ein relativ schweres oder leichtes Klopfen auftritt, die Spannung über dem Kondensator C₁ nicht oberhalb von V χ R^/CRx+R^) ansteigen, da jegliche Spannung oberhalb diesen Wertes sich über die Diode D^., den Widerstand A^ und den Transistor Tr ρ entladen würde. Die Phasensteuerschaltung 138 verzögert daher den Zündzeitpunkt außerhalb des Einstellbereiehes Θ' nicht, der durch die Spannung V χ R^/(R,+R^) bestimmt ist, so daß damit die Temperatur der Abgase der Brennkraftmaschine infolge einer Verzögerung des Zündzeitpunktes nicht übermäßig ansteigt. In gleicher Weise wird ein unnötiger Abfall der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine und ein Ansteigen des Kraftstoffverbrauches verhindert.

Die in Pig. 7 gezeigte Abwandlung der erfindungsgemäßen Klopfsteuereinrichtung hat den gleichen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise wie das Ausgührungsbeispiel der Fig. 3 mit der Ausnahme, daß sie zwei weitere Einstellbereichänderungsschaltungen für den Zündzeitpunkt aufweist, die nach Maßgabe der Bereiche der Drehzahlen 2000 bis 3000 Umin""¹ und 3000 bis 4000 Umin~¹ betätigt werden. Die Integrierschaltung 136' umfaßt drei in Reihe geschaltete Widerstände Rg, Rq und R^q' deren Gesamtwiderstand gleich dem in Fig. 3 gezeigten Widerstand Rr ist, und die anstelle des Widerstandes Rr benutzt werden, einen UPN-Schalttransistor Tr^, dessen Emitter und Kollektor mit Erde und dem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den Widerständen Rq und R._Q jeweils verbunden sind, und einen KPN-Schalttransistor Tr₁-, dessen Emitter und Kollektor jeweils mit Erde und dem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den Widerständen Rg und Rq verbunden sind. Die Transistoren Tr^ und Trc wer-

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den durch hohe Pegel der Signale S^₃, und HLr₁. leitend geschaltet, die über die Widerstände R^ und R₁₂ von der ersten Be s timmungs schal tung 14-0 für die Drehzahl der Brennkraftmaschine zugeführt werden, wenn die Drehzahl zwischen 2000 und JOOO und zwischen 3000 und 4000 Umin"¹ liegt.

Die maximale Ladespannung über dem Kondensator C,. der Integrierschaltung 1J6¹ ist daher gleich V χ

^gq+^R4^+Ra^+R9^' ^wenn ^^e Drehzahl gleich oder größer als 2000 Umin""¹ und kleiner als 3000 Umin""'¹ ist, und dieser Wert ist geringer als

χ (R₄ + R₈ + R₉ + E₁₀V(E₅ + R₄ + R₈ + R₉ + R₁₀). Er ( V( )

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ist gleich V χ (R₄ + RgV(R* + R₄ + R_Q), wenn die Drehzahl gleich oder größer als 3000 Umin" und kleiner als 4000 Umin ist, und dieser Wert ist immer noch geringer als V χ (R₄ + R₈ + RqV(R* + R₄ + R_ß + Rq). Der Zündzeitpunktseinstellbereich, der durch die Zündzeitpunkts-Einstellschaltung 134 bestimmt wird, liegt daher zwischen einer Einstellbezugszündzeitpunkts-Geraden Sm und einer strichpunktierten Geraden Sm„, wenn die Drehzahl zwischen 2000 und 3OOO Umin""'¹ liegt, Θ", kleiner als Θ, wenn die Drehzahl zwischen 2000 und 3OOO Umin liegt, und Θ¹, kleiner als Θ", wenn die Drehzahl zwischen 3OOO

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und 4000 Umin liegt, wie dieses in EIg. 6 gezeigt ist.

Auf diese Weise werden weitere unnötige Abfälle in der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine und ein weiterer unnötiger Kraftstoffverbrauch verhindert.

Die zweite Bestimmungsschaltung 142 für die Drehzahl der Brennkraftmaschine jeder der zuvor erläuterten Ausführung sb' eis pi el e kann ein Magnetschalter des Anlassermotors sein, der beim Anlassen der Brennkraftmaschine

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eingeschaltet wird, um ein Anlaßsignal zu erzeugen, das den Transistor Tr, leitend schaltet.

Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Zündzeitpunktseinstellung zwischen 5 Schritten umschal fb ar , kann jedoch auch leicht zwischen 6, 7 oder mehr Schritten umgeschaltet werden. Ein elektronisch gesteuertes Widerstandselement JEFT, wie Feldeffekttransistoren, kann zwischen dem Punkt e und Erde anstelle der Widerstände E^ und Er und des Transistors Tr₂ in der Zündzeitpunkts-Bnstellschaltung 134- in Fig. 3 und anstelle der Widerstände E^, Eq, Eq und E^₀ sowie der Transistoren Tr₂r ^T3?5 ^un<i Tr^ vorgesehen werden, so daß der Gesamtxri.-derstandswert zwischen dem Punkt e und Erde kontinuierlich von Null bis zu der Summe der Widerstandswerte der Widerstände E,. und Ec- und der Summe der Wider stands wer te der Widerstände E^, Eg, Eq und E^₀ nach Maßgabe eines Signals geändert werden, das den Betriebszustand der Brennkraftmaschine angibt und von der Bestimmungsschaltung für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine abgegeben wird. In diesem Fall können der Transistor Tr, und der Widerstand Er₇ fortgelassen werden, wie dieses in Fig. 8 gezeigt ist.

Die Transistoren Tr₂, Tr,, Tr^ und Tr₁- in den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen können durch entsprechende Eelais Ee^, Ee₂, Be, und Ee^ ersetzt werden, die Arbeitskontakte ct., ct₂, et, und ct^ haben, die von ihre'n Spulen el,., cl₂, el, und ciL geschlossen werden, wenn sie von den Signalen Sg.., S^₂, Sg-, und Sj^ von den Bestimmungsschaltungen für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine erregt werden, wie es in Fig. 9 gezeigt ist.

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Bei den erläuterten Ausführungsbeispielen wurde die erfindungsgemäße Klopfsteuereinrichtung lsi einer Anwendung an einer Zündzeitpunktseinrichtung gezeigt, bei der ein mechanischer Verteiler den Bezugszündzeitp.unkt bestimmt, während sie auf eine solche Anwendung nicht beschränkt ist. Sie st selbstverständlich auch bei digitalen Zündzeitpunktseinrichtungen anwendbar. Der Bereich der Einstellung des Zündzeitpunktes kann nach Maßgabe anderer Betriebszustände geändert werden, wie dem Ansaugunterdruck, dem Öffnungsgrad eines Drosselventils oder der Große der an die Brennkraftmaschine gegebenen Einlaßluft.

Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, können im einzelnen erste und zweite Bestimmungsschaltungen 14-Oa, i4-2a für den Ansaugunterdruck anstelle der Bestimmungsschaltungen 14-0, 14-2 für die Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgesehen sein. Die erste BeStimmungsschal tung 140a erzeugt das Signal Sgv. ₅ wenn der Ansaugunterdruck oberhalb eines ersten Unterdruckwertes liegt, der einer Drehzahl von 4-000 Umin entspricht, das Signal ^Wj wenn der Ansaugunterdruck zwischen dem ersten Unter druckwert und einem zweiten Unterdruckwert liegt, der niedriger als der erste Unterdruckwert ist, und einer Drehzahl von 3000 Umin entspricht, sowie das Signal S^,, wenn der Ansaugunterdruck zwischaa dem zweiten Unterdruckwert und einem dritten Unterdruckwert liegt, der niedriger als der zweite

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Unterdruckwert ist, und einer Drehzahl von 2000 Umin entspricht. Die zweite Bestimmungsschaltung 142a für den Ansaugunterdruck erzeugt das Signal Sg^ ι wenn der Ansaugunterdruck zwischen dem dritten Unterdruckwert und einem vierten Unterdruckwert liegt, der niedriger als der dritte Unter druckwert ist und einer Drehzahl von

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400 Umin entspricht.

Vie es in Fig. 11 gezeigt ist, können erste und zweite Be stimmungs schaltungen 140b, 142b für den Drosselventilöffnungsgrad anstelle der Bestimmungsschaltungen 140, 142 für die Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgesehen werden. Die erste Bestimmungsschaltung i40b erzeugt das Signal Sg_xJ, wenn der Öffnungsgrad eines Drosselventils oberhalb eines ersten öffnungswertes liegt, der einer Drehzahl von 4000 Umin entspricht, das Signal Sj^, wenn der Öffnungsgrad zwischen dem ersten öffnungswert und einem zweiten öffnungswert liegt, der kleiner als der erste Öffnungswert ist und einer Drehzahl von 3000 Umin entspricht, sowie das Signal Sjr*» wenn der Öffnungsgrad zwischen dem zweiten öffnungswert und einem dritten öffnungswert liegt, der geringer als der zweite Öffnungswert ist und einer Drehzahl von 2000 Umin entspricht. Die zweite Be stimmungs schaltung 142b für den Drosselventilöffnungsgrad erzeugt das Signal S^> wenn der Öffnungsgrad zwischen dem dritten öffnungswert und einem vierten Öffnungswert liegt, der kleiner als der drit-

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te öffnungswert ist und einer Drehzahl von 400 Umin entspricht.

V/ie es in Pig. 12 gezeigt ist, können erste und zweite Bestimmungsschaltungen 140c und 142c für die Ansaugluftgröße anstelle der Bestimmungsschaltungen 140, 142 für die Drehzahl vorgesehen werden. Die erste Bestimmungsschaltung 140c erzeugt das Signal Sg,,, wenn die Größe der Ansaugluft für die Brennkraftmaschine oberhalb eines ersten Ansaugluftwertes liegt, der einer Drehzahl von 4000 Umin entspricht, das Signal S^, wenn die Größe der Ansaugluft zwischen dem ersten Ansaugluftwert und einem zweiten Ansaugluftwert liegt, der kleiner als der

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erste Ansaugluftwert ist und eiier Drehzahl von 3000 Umin entspricht, sowie das Signal Sj₅-,, wenn die Größe der Ansaugluft zwischen dem zweiten Ansaugluftwert und einem dritten Ansaugluftwert liegt, der geringer als der zweite Ansaugluftwert ist und einer Drehzahl von 2000 Umin entspricht. Die zweite Bestimraungsschaltung 142c für die Ansaugluftmenge erzeugt das Signal Sg-o» wenn die Größe der Ansaugluft zwischen dem dritten Ansaugluftwert und einem vierten Ansaugluftwert liegt, der niedriger als der dritte Ansaugluftwert ist und einer Drehzahl von 400 Umin entspricht.

Einzelheiten des Aufbaus und der Arbeitsweise der Phasensteuerschaltung 138 und des Zündreglers 14, wie sie zuvor erläutert wurden, sind in den Fig. 13, 14 und 15 gezeigt. Dns Bezugszündzeitpunktssignal Sm, das ein Basiskur belwellerr-inkelsignal ist, daü vom Regler und Unterdruckvoreilungswinkeln bestimmt ist, wird bei jeder i80°-Drehuhg der Kurbelwelle im Falle einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine oder bei Jeder 120°-Drehung der Kurbelwelle im Falle einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine erzeugt. Das Bezugszündzeitpunktssignal S_m von dem Verteiler 18 wird von einem Signalformer 150 in ein Signal umgeformt, das regelmäßge Rechteckimpulse hat, die von einer das Tastverhältnis steuernden Steuerschaltung 152 in ein Impulssignal F umgeformt werden,wie es in Fig. 13 gezeigt ist, was in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle und der Spannung der Speisequelle erfolgt. Die Impulse des Signals F haben eine konstante Impulsbreite und ihre ins Negative gehenden Flanken F2 treten bei den nach unten verlaufenden, die NuIllinie überschreitenden Punkten Null des Signals Sm auf. Das Ausgangssignal F der Steuerschaltung 152 für das Tast-

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verhältnis wird einem Paar von Unterschaltungen und 154b zugeführt, die eine Lade- und Entladeschaltung 154 bilden. Im einzelnen bildet die Unterschal-6ung 15^a das Ausgangs signal F der Steuerschaltung 152 als Eingabgssignal für eine Reihenschaltung einer Diode D~ und eines Kondensators C~ für den Setzeingang eines Flip-Flops FF. der Unterschaltung 154a. Das Flip-Flop FF^ wird von der ins Negative gehenden Flanke ^2 des Signals F gesetzt und durch das Signal eines Vergleichers OP^ zurückgesetzt, um das in Fig. 15 unter CO,. gezeigte Signal zu erzeugen. Wenn das Signal CO^ einen niedrigen Pegel hat, wird ein Transistor Tr,- über einen Widerstand R,. ^ gesperrt und ein Transistor Tr^ wird über Wider stände R., und R,.^ von einer Speisespannung leitend geshhaltet. Auf diese Weise wird ein Konden-·

sator G₇, über einen Widerstand R^c und. den Transistor Tr^ aufgeladen, und die sich ändernde Ladespannung über dem Kondensator C^ ist durch den in Fig. 15 gezeigten Gradienten m. dargestellt. Wenn der Q-Ausgang des Flip-Flops FF,, hohen Pegel führt, wird der Transistor Tr₁-leitend geschaltet, während der Transistor Tr^ gesperrt wird. Daher wird der Kondensator C, nicht länger aufgeladen und er beginnt sich über einen Widerstand R^g mit der durch den Gradienten η in Fig. 15 gezeigten Entladekurve zu entladen. Das Ausgangssignal des Vergleichers OP^ nimmt hohen Pegel an und setzt das Flip-Flop FF^ zurück, wenn das Potential über dem Kondensator C,, wie es durch die Signalform CD in Fig. 15 gezeigt ist, das über einen Widerstand R^r₇ an den invertierenden Eingang des Vergleichers OP. gegeben wird, unter den Spannungspegel des Eingangssignals des Vergleichers OP,, fällt, das durch Widerstände R.g und R.q bestimmt ist.

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Normalerweise wird die zuvor erläuterte Betriebsweise wiederholt, wenn jedoch Klopfen auftritt, steigt die Ausgangsspannung Va der Integrationsschaltung 136 zu einem Zeitpunkt f_Q an, wie dieses zum Beispiel in Fig. 15 gezeigt ist. Die Signalform von V_Q in Pig. 13 ist in einer etwas vereinfachteren Form als die tatsächliche Signälform zur Erleichterung der Beschreibung gezeigt. Daher wird ein in Fig. 14 gezeigter Transistor Tr„, der einen Puffer 156 der Fig. 13 "bildet, über einen Widerstand R~_o leitend geschaltet. Der Kondensator C* wird durch die Speisespannung +V über einen Widerstand Ή.2<] ^un<3· ^en Transistor Tr₁-; mit einem elektrischen Strom aufgeladen, der der Ausgangsspannung V proportional ist, und wird auch über den Transistor Tr^ und den Widerstand R.π durch die Speisespannung +V mit der durch den Gradienten tÜ2 in Fig. 15 gezeigten Lade signalform aufgeladen. Wenn die Spannung am Kondensator 0-, ansteigt, steigt auch die sum Entladen des Kondensators C, erforderliche Zeit auf irgendeinen gewünschten Wert an, wie dieses durch Vergleich der Entladezeiten A t. und Δ t^ zu erkennen ist, die in Fig. 15 gezeigt sind. Diese Entladezeiten entsprechen den Verzögerungen von den Durchgangspunkten Hull des Zündzeitpunktssignals S^ durch die Nullinie. Die Verzögerungen ändern sich in Abhängigkeit von den Ladegradienten m. und mp, und die Differenz zwischen den Entladezeiten At. und Δ to gibt die Differenz zwischen den zugehörigen Zündzeitpunkten an.

Im einzelnen wird der Ladegradient m. der in Fig. 15 gezeigten Signalform GD, wenn die Ausgangsspannung V_ der Integrationsschaltung 136 größer als Null ist, von der Ausgangsspannung V der Integrationsschaltung 136 gesteuert, während der Entladegradient η konstant ist.

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Dabei gilt

(T - At₁) ψ η χ At₁

wobei mi gleich m. ist, wenn V gleich Null ist, und gleich mo ist, wenn V positiv ist, während T die Periodendauer des Signals F und At. die Entladezeit, die dem Entladegradienten η entspricht, sowie gleich , wenn V₃ gleich Full ist, und gleich At₂ ist,

wenn V_Q positiv ist. Durch Umformung der Gleichung (1) ergibt sich

Ät.

-τ¹

da der Verzögerungswinkel θ. » ^ χ <C , (3)

wobei 120° im Falle einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine und gleich 180° im Falle einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine ist, ergibt sich durch Einsetzen der Gleichung (2) in (3):

m.

Der Ausdruck (4) zeigt, daß der Verzögerungswinkel Θ. eine Funktion des Ladegradienten m. ist.

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In gleicher Weise hat die zweite Unter schaltung 15>4b den gleichen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise wie die Unterschaltung 154a mit der Ausnahme, daß die Diode D₃, der Unter schaltung 154b mit entgegengesetzter Polarität zu der der Diode Dp der Unter schaltung 154a über einen Kondensator C^ mit dem Setzeingang S eines Flip-Flops FF₂ ^er Unter schaltung 154b derart verbunden ist, daß das Flip-Flop FF₂ durch die ins Positive gehende Flanke F. des Signals F von der Steuerschaltung 152 für das Tastverhältnis gesetzt wird, wie dieses in Fig. 15 gezeigt ist. Daher werden die Rückflanken der Aus gangs impulse CO. und CO₂ der Schaltungen 154a und 154b über die Dioden-Kondensatoren-Paare D^, Cr und Dr, Cg an den Rücksetzeingang R und den Setzeingang S eines Flip-Flops I58 des Zündreglers 14 jeweils gegeben, um ein Stillstandswinkelsignal zu erzeugen, das in Fig. 15 mit ij.jy, ι gezeigt ist und gegenüber dem Ausgangssignal F der Steuerschaltung für das Tastverhältnis um einen Phasenwinkel Q^. oder O₂ verzögert ist. Dieses Signal S^₁₁₁ wird über einen Verstärker 160 und einen Leistungstransistor 162 des Zündreglers 14 an die Zündspule 16 gegeben. Ein Stromfühler 162 erfaßt den in Fig. 15 mit F-jj, gezeigten Strom, der durch den Leistungstransistor 162 fließt, um den Verstärkungsfaktor des Verstarkes 160 und damit den durch den Leistungstransistor 162 fließenden Sktrom zu steuern. Der durch den Leistungstransistor 162 und die Zündspule 16 fließende Strom S^ erzeugt einen Zündfunken an der hier nicht gezeigten Zündkerze des zugehörigen Zylinders der Brennkraftmaschine, der hier ebenfalls nicht gezeigt ist, was über den Verteiler 18 bei der Rückflanke S-«, eines jeden Stromimpulses

S erfolgt.
F

Der Fachmann erkennt aus der vorstehenden Beschreibung

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sofort, daß diese lediglich anhand von Ausführungsbeispielen die Erfindung erläutert, so daß Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne daß dabei jedoch der durch die Patentansprüche umrissene allgemeine Erfindungsgedanke verlassen würde.

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Claims

PATENTANWÄLTE "..- .;.Α· GRÜNECKER

DlPL-WG

H. KINKELDEY

DR-INa

W. STOCKMAIR I U C) / 0 O _κ> SCHUMANN

, DKBERNAT CXPL-PHYS

P. H. JAKOB G. BEZOLD

DKHKiNAT »PL-OieM

8 MÜNCHEN

MAXlMiLlANSTRASSK

17- Febr. 1981 P 15 968

HISSAU MOTOR COMPANY, IflJD.
2, Takara-cho, Kanagawa-ku
Yokohama-shi, Kanagawa-ken,
Japan

Klopf steuereinrichtung für eine fre tadgezündete Brennkraftmaschine

Patentansprüche

HJ Klopf s teuer einrichtung für eine fremdgezündete
Brennkraftmaschine, gekennzeichnet
durch:

a) eine Bestimmungseinrichtung für den Bezugszündzeitpunkt aufgrund der Drehzahl und Belastung der Brennkraftmaschine ,

b) eine Klopffülleinrichtung (120) zum Erfassen des
Klopfens der Brennkraftmaschine und Erzeugen eines die Größe des Klopfens angebende Klopfsignals,

c) eine den Betriebszustand der Brennkraftmaschine be-

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TBLEPON <O«O) 32 28 02 TELEX 00-39 380 TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERgR

stimmende Einrichtung (140, 142) zum Erzeugen eines Treibersignals, wenn die Brennkraftmaschine sich in einem bestimmten Betriebszustand befindet, yrf\

d) eine Zündzeitpunkts-Einstelleinrichtung (134), die auf das Klopfsignal anspricht, um eine Verzögerungsgröße des Zeitpunktes vom Bezugszündzeitpunkt aus in einem bestimmten Bereich einzustellen, wobei diese Einstelleinrichtung eine Bereichsänderungseinrichtung (D₁, Tr₂, R₅, R₄, R₅, Tr₅; D₁, Rg, R₉, R₁₀, Tr₄)¹.umfaßt, die auf das Treibersignal zum Ändern des bestimmten Bereiches anspricht.
2. KlopfSteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündzeitpunkts-Einstelleinrichtung eine erste Schaltereinrichtung (Tr₁), die jeweils nach Maßgabe des Auftretens und Fehlens des Klopfsignals leitend geschaltet und gesperrt w±d, einen Kondensator (C₁), der aufgeladen wird, wenn die erste Schaltereinrichtung leitend geschaltet ist, und einen Entladewiderstand (Rp) aufweist, über den der Kondensator entladen wird, wenn die Schaltereinrichtung gesperrt ist.
3. Klopfsteuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündzeitpunkts-Einstelleinrichtung (134) eine relativ kleine Entladezeitkonstante hat.
4. KlopfSteuereinrichtung nach Anspruch 2,oder 3» dadurch gek ennzeichnet, daß die Bereichsänderungseinrichtung (136) einen Spannungspegel erzeugende Einrichtungen (+V, R₅, R₄, R₅; +V, R,, R₄, R_ß bis R₁₀), eine Einrichtung (D₁) zum Klammern der Spannung am Konden-

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sator (C^) an den Spannungspegel, wenn die Spannung über dem Kondensator den Spannungspegel übersteigt, und Einrichtungen (T₂, T^, TcJ JEET; Re^, Re₂, Re,, Re^.) aufweist, die auf das Treibersignal von der Bestimmungseinrichtung (140, 142) für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine ansprechen, um die Große des Spannungspegels zu ändern.
5. Klopfsteuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Spannungspegel erzeugende Einrichtung einen Spannungsteiler (R, bis R^jQ) aufweist, an den eine Spannung angelegt wird, wobei der Spannungspegel an einem Punkt des Spannungsteilers abgenommen wird, und daß die Bereichsänderungseinrichtung mindestens eine zweite Schaltereinrichtung (Tr₂, Tr,, Tr^ .....) aufweist, die auf das Treibersignal zum Kurzschließen eines Teils des Spannungsteilers anspricht.
6. Klopfsteuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennz e i chnet, daß die Bereichsänderungseinrichtung eine auf das Treibersignal ansprechende Einrichtung (Tr,) aufweist, um die Verzögerungsgröße gleich UuIl zu machen, die von der Zündzeitpunktseinrichtung während des Anlassens der Brennkraftmaschine eingestellt wird.
7. Klopf Steuer einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung eine dritte Schaltereinrichtung (Tr,; JPET; Re₂) aufweist, die auf das Treibersignal von der Bestimmungseinrichtung für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine anspricht, um den Kondensator (CL) kurzzuschließen.

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8. Klopf Steuer einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichsänderungseinrichtung eine auf das Treibersignal ansprechende Einrichtung hat, mit der die Verzögerungsgröße zu ITuIl zu machen ist, die während des Anlassens der Brennkraftmaschine von der Zündzeitpunktseinrichtung eingestellt wird.
9. Klopfsteuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung eine dritte Schaltereinrichtung (Tr,; JPET; Re2) aufweist, die auf das Treibersignal der Bestimmungseinrichtung für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine anspricht, um den Kondensator (C_x,) kurzzuschließen.
10. KlopfSteuereinrichtung nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichsänderungseinrichtung eine auf das Treibersignal ansprechende Einrichtung (Tr?) aufweist, mit der die Verzögerungsgröße zu Null zu machen ist, die während des Anlassens der Brennkraftmaschine von der Zündzeitpunktseinrichtung eingestellt wird.
11. Klopf steuereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennze ichnet, daß diese Einrichtung eine dritte Schaltereinrichtung (Tr^; JFET; Heg) aufweist, die auf das Treibersignal der Bestimmungseinrichtung für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine anspricht, um den Kondensator (C^.) kurzzuschließen.
12. Klopfsteuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtung für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine

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eine Bestimmungsschaltung (i40a, 142a) zum Bestimmen des Ansaugunterdruckes aufweist, um das Treibersignal zu erzeugen, wenn der Unterdruck in einem gegebenen Bereich liegt.
13. Klopfsteuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzei chnet, daß die Bestimmungseinrichtung für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine Bestimmungsschaltung (140b, 142b) zum Erfassen des Öffnungsgrades eines Drosselventils aufweist, um das Treibersignal zu erzeugen, wenn der Öffnungsgrad eines Drosselventils in einem gegebenen Bereich liegt.
14. Klopfsteuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtung für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine Bestimmungsschaltung (140c, 142c) zum Erfassen der Menge der Ansaugluft für die Brennkraftmaschine aufweist, um das Treibersignal zu erzeugen, wenn die Menge der Ansaugluft in einem gegebenen Bereich liegt.

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