DE3107666A1

DE3107666A1 - Vorrichtung zum regeln der zuend- und/oder kraftstoffeinspritzvorgaenge bei brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3107666A1
Application number: DE19813107666
Authority: DE
Inventors: Georg 8451 Berg Haubner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-03-05
Filing date: 1981-02-28
Publication date: 1982-02-25
Also published as: DE3107666C2

Description

R- 8332

2 3.2.1981 Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH₃ 7OOO STUTTGART 1

Vorrichtung zum Regeln der Zünd- und/oder Kraftstoffeinspritzvorgänge bei Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Regelvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Für den Kraftstoffverbrauch und die Lebensdauer der Brennkraftmaschine hat ein optimaler Zündzeitpunkt einen entscheidenden Einfluß. Dieser Zündzeitpunkt hängt jedoch von einer Vielzahl von Parametern ab, z.B. vom Mitteldruck, Kerzenzustand, Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur, Motortemperatur, Kraftstoffqualität, Drehzahl, Saugrohrunterdruck, Außendruck und angesaugte Kraftstoffmenge. Diese Zusammenhänge sind in dem Buch "Gemischbildung und Verbrenung im Otto-Motor", Dr. K. Löhner und Dr. Herbert Müller, Springer-Verlag, 1967 ausführlich beschrieben. Wollte man zur Erreichung eines optimalen Zündzeitpunkts diese zum Teil schwer erfaßbaren Parameter alle auswerten, so wäre ein immenser Aufwand erforderlich, der eine Zündanlage zu teuer und aufwendig machen würde. Die Erfassung der meisten der Parameter erübrigt sich, wenn der Zündzeitpunkt in

Abhängigkeit einer bei optimalem Zündzeitpunkt ebenfalls optimalen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine geregelt wird. Solche Zündzeitpunktregelungen in Abhängigkeit der Abgaszusammensetzung, des Drehmoments oder des Klopfens sind z.B. aus der US-PS 4 026 251 und der DE-OS 2 739 508 bekannt. Diese bekannten Regelvorrichtungen haben jedoch zum einen den Nachteil, daß die zu regelnden Betriebsgrößen zum Teil schwierig erfaßbar sind und zusätzliche Geber erfor^J dem und zum anderen besteht bei einem reinen Regelsystem die Gefahr, daß z.B. infolge einer Störung der Zündzeit- ; punkt stark aus dem Regelbereich herauswandert und ein Betrieb der Brennkraftmaschine überhaupt nicht möglich ist. Darüber hinaus benötigen diese Systeme grundsätzlich noch ein Hilfs-Zündsystem für den Start, bei einer rechner- : gesteuerten Zündung z.B. ein Startprogramm.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der ohnehin für eine Zündanlage notwendige und leicht meßbare Parameter Drehzahl zur Erfassung der zu regelnden Betriebsgröße Beschleunigung verwendet wird, so daß nur ein einziger bereits vorhandener, leicht realisierbarer Geber erforderlich ist.

Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Nebenanspruchs beruht zum einen auf einer selbständigen erfinderischen Idee und stellt darüber hinaus - wie auch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen - vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung dar. Besonders vorteilhaft ist die Bindung an gespeicherte Kennlinien, von denen in Abhängigkeit der zu regelnden Größe jeweils der

günstigste ausgevählt wird. Tritt ein Fehler im Regelkreis auf, so bleibt die jeweils zuletzt gewählte Kennlinie erhalten und der weitere Betrieb der Brennkraftmaschine ist gewährleistet. Um die Auswerteschaltung, bzw. den Rechner einfach und billig auslegen zu können, wird jeweils nach der Wahl einer neuen Kennlinie eine Sperrzeit vorgegeben, während der keine neue Kennlinie gesucht wird. Dadurch ergeben sich wenig Probleme bei der Rechenzeit.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, bei Erkennung einer Beschleunigung durch eine Umschaltvorrichtung diesen Vorgang nacheinander durch verschiedene Kennlinien zu bestimmen, wobei bei einer positiven Beschleunigung ein Wechsel zu Kennlinien größerer Spätverstellung und bei einer negativen Beschleunigung ein Wechsel zu Kennlinien größerer Frühverstellung erfolgt. Auf diese Weise kann eine lastabhängige Verstellung ohne zusätzlichen Lastgeber, bzw. ohne Unterdrucksensor oder Luftmengenmesser erreicht werden. Ein einziger Drehzahlgeber übernimmt diese Aufgabe mit. Es ergibt sich dadurch eine besonders einfache und preisgünstige Ausführung einer Zündzeitpunktsteuerung.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Be-

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Schreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Ausführungsbeispiele als Blockschaltbild eines Mikrorechners, Figur 2 ein Signaldiagramm zur Erläutertung der Wirkungsweise, Figur 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Arbeitsablaufs des ersten Ausführungsbeispiels und Figur k ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Arbeitsablaufs des zweiten Ausführungsbeispiels.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In dem in Figur 1 dargestellten Blockschaltbild eines Mikrorechners 10 sind nur diejenigen Blöcke dargestellt, die für die benötigten Operationen wesentlich sind. Eine synchron mit der Brennkraftmaschine rotierende Geberanordnung 11 zur Erzeugung von Bezugsmarken, bzw. Drehzahlsignalen ist mit der zentralen Recheneinheit (ALU) 12 des Mikrorechners 10 verbunden. Mit der Recheneinheit 12 sind über Busleitungen ein Arbeitsspeicher (RAM) 13, ein Addierer 1U, ein Festwertspeicher (ROM) 15 sowie zehn Register 16 bis 25 verbunden. Dabei dient das als Z-Register bezeichnete Register 16 zur Zwischenspeicherung des ermittelten Endzahlenwerts, dessen Auszählung z.B. gemäß der DE-OS 2 85I 336 oder der DE-OS 2 903 978 den Zündzeitpunkt und/oder den Schließzeitbeginn der Zündanlage vorgibt. Die als n-Register 17 und

(n-l)-Register 18 bezeichneten Register dienen der Zwischenspeicherung von Zahlenwerten, die den ermittelten Drehzahlwerten entsprechen. Dabei wird jeweils vor Ermittlung eines η-Wertes der Inhalt des Registers 17 in das Register 18 übernommen, so daß dort jeweils der drehzahlabhängige Zahlenwert der vorangegangenen Periode vorliegt. Das Register 19 ist als Ringzähler ausgelegt, der jeweils bis zum Zahlenwert 5 zählt und dann wieder von vorne beginnt. Dadurch wird die Zahl von ermittelten Beschleunigungsvorgängen festgelegt, die beim Anfahren jeder Kennlinie bestimmt werden sollen. Die sechs Register 20 bis 25 dienen der Zwischenspeicherung der beim Abfragen der sechs Kennlinien ermittelten Beschleunigungswerte.

Die Ausgänge des Registers 17 sowie eine Busleitung der ALU 12 sind den Zahleneingängen des Addierers 14 zugeführt, dessen Zahlenausgänge mit dem ROM 15 verbunden sind.

In bekannter Weise ist die Recheneinheit 12 mit einem Zeitsteuerwerk 26 verbunden zur Vorgabe der Arbeitsabläufe, des Arbeitstakts und gegebenenfalls für den zeitlichen Ablauf benötigter Zeitintervalle. Schließlich ist die Recheneinheit 12 mit einer Zündungsendstufe 27 verbunden, die üblicherweise aus einem elektrischen Schalter im Primärstromkreis einer Zündspule besteht und im angegebenen Stand der Technik näher beschrieben ist.

In dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm ist eine Schar von Zündverstellkennlinien dargestellt, die die Abhängigkeit der Drehzahl η vom Zündverstellwinkel U? angeben. In Abhängigkeit der Vielzahl den Zündzeitpunkt beeinflussender Parameter ist für jeden Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine dieser Zündverstellkennlinien optimal, d.h., es ergibt sich eine optimale Beschleunigung. Diese Kenn-

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linien können als Einzelwerte im ROM 15 gemäß der DE-OS 2 930 978 gespeichert sein, es kann jedoch zur Einsparung von Speicherplätzen auch ein Verfahren gemäß der DE-OS. 30 06 vorgesehen sein, bei dem nur eine oder zwei Kennlinien im ROM gespeichert sind und die übrigen durch Interpolation ermittelt werden. Im ersten Fall kann z.B. das Register 17 als 8-Bit-Zähler ausgelegt und jede Kennlinie demgemäß in 256 Einzelwerte unterteilt sein. Durch den Ausgangszahlenwert des Registers 17 können dann direkt die entsprechenden Adressen für die Kennlinienwerte im ROM 15 angesprochen werden. Sollen die Werte der weiteren Kennlinien abgefragt werden, so muß der Ausgangszahlenwert des Registers 17 durch den Addierer 14 nur um jeweils ganzzahlige Vielfache des Zahlenwerts 256 erhöht werden, um die ebenfalls 256 Werte umfassenden Bereiche der anderen Kennlinien zu erreichen. Dies erfolgt durch den Addierer Ik. Wird das bekannte Verfahren der Kennlinieninterpolation zwischen zwei Kennlinien gewählt, so kann vorteilhaft die eine Kennlinie z.B. unter den geradzahlingen Adressen und die andere Kennlinie unter den ungeradzahligen Adressen des ROMs 15 abgespeichert sein. Um von einer Kennlinie zur anderen zu gelangen, muß dann jeweils nur die Adresse um die Zahl 1 erhöht oder vermindert werden.

Die Wirkungsweise -des ersten Ausführungsbeispiels gemäß dem in Figur 3 dargestellten Flußdiagramm soll nun unter Zuhilfenahme von' Fig. 1 erläutert werden. Zunächst wird unter Vorgabe einer festen (Start)-Kennlinie, z.B. die Kennlinie 1, eine feste oder variable Motorwarmlaufzeit abgewartet, während der keine Kennlinienauswahl erfolgen soll. Eine variable Motorlaufzeit kann z.B. durch einen nicht näher dargestellten Temperatursensor realisiert werden, der die Kennlinienauswahl erst ab einer vorgebbaren Temperatur zuläßt. Dieser Vorgang ist in Fig. 3 als Programmschritt A bezeichnet. Im nächsten Schritt B

wird abgefragt, ob eine feste Sperrzeit für eine neue Kennlinienvorgabe beendet ist. Diese Sperrzeit wird im Programmschritt N eingeschaltet, nachdem eine neue Kennlinie gewählt wurde. Dies soll verhindern, daß bei·lang andauernden Beschleunigungen durch ständiges Suchen nach einer besseren Kennlinie der Rechner für die Auswertung blockiert wird. Im Programmteil C wird zunächst festgestellt, ob die Drehzahl größer als eine festlegbare Drehzahl n, ist. Im Programmteil D wird geprüft ob das Plag n / η gesetzt ist. Wenn nicht, dann wird es gesetzt, sofern η ^n (Programmschritte E und P) ist, also sofern eine Beschleunigung η vorliegt, die größer als eine festlegbare Normbeschleunigung ή ist. Ist es bereits gesetzt, so wird es erst rückgesetzt, wenn η·^η. (Programmschritte G und H) gegeben ist, wenn also die Beschleunigung unterhalb eine zweite festlegbare Normbeschleunigung n.. abgesunken ist. Dadurch wird erreicht, daß eine Kennlinienauswahl ab einer bestimmten Drehzahl und Beschleunigung fortlaufend erfolgt, obwohl durch Auswahl einer Kennlinie die Beschleunigung zurückgehen kann, weshalb eine gewisse Hysterese der Beschleunigung im Programm zu berücksichtigen ist. Bei sehr kleinen Beschleunigungen unterhalb der Normbeschleunigung η bzw. n., soll keine neue Kennlinienwahl erfolgen. Eine Beschleunigung wird durch Vergleich der Inhalte der Register 17 und 18 ermittelt. Hat sich der ermittelte drehzahlabhängige Zahlenwert im Register 17 um einen festlegbaren Wert gegenüber dem drehzahlabhängigen Zahlenwert einer der vorhergehenden Perioden im Register 18 verändert, so wird zum Programmschritt I weitergegangen. Lautet die Antwort bei einem der Programmschritte A bis C, E und G nein, so werden etwaige Inhalte der Register 19 bis 25 gelöscht und die bisherige Kennliniebeibehalten. Es versteht sich, daß unter dem Begriff Beschleunigung auch eine negative Beschleunigung, also eine Verzögerung mit umfaßt sein soll.

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Liegt eine entsprechende Beschleunigung vor, so beginnt ein Kennlinienzeiger zu rotieren. Es erfolgt zunächst eine Umschaltung auf'die Kennlinie 1, und das Register 19 wird auf den Wert 1 gesetzt* Bei den vier darauffolgenden Zyklen wird jeweils dieses Register 19 um einen Wert weitergeschaltet, wodurch nacheinander die Speicherplätze des Registers 20 mit den ermittelten Beschleunigungswerten (Drehzahldifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Perioden) durch Vergleich der Registerinhalte der Register 17 und 18 belegt werden. Beginnt das als Ringzähler wirkende Register 19 wieder von vorn zu zählen, so erfolgt eine Umschaltung auf die Kennlinie 2 durch Programmteil I. Dies bedeutet, daß nunmehr das Register 21 während der nächsten fünf Zyklen gefüllt wird und gleichzeitig im Addierer 1*J die von der ALÜ12 vorgegebene Zahl 256 zum Ausgangszahlenwert des Registers 17 zuaddiert wird, um die der Kennlinie 2 zugeordneten Speicherplätze im ROM 15 zu erreichen. Dies setzt sich solange fort, bis alle Speicherplätze der Register 20 bis 25 belegt sind. Die Umschaltung auf die jeweils nächste Kennlinie erfolgt dabei nach jedem Zyklus des Registers 19 durch ein weitere's Zuaddieren des Zahlenwerts 256 im Addierer 1*1. Nun erfolgt ein Vergleich der gespeicherten Werte der Register 20 bis 25 durch die ALU12. Dabei wird im dargestellten Fall festgestellt, daß im Register 22 die : größten Zahlenwerte gespeichert sind, d.h., daß die Kennlinie 3 die größten Beschleunigungswerte ergeben hat. Dies führt dazu, daß nunmehr die Kennlinie 3 für den weiteren Betrieb vorgegeben wird, indem dem Addierer 14 eine feste Zahl 2 χ durch die ALU12 zugeführt wird. Nunmehr wird erneut im Programmschritt N eine Sperrzeit vorgegeben.

Liegt der Fall vor, daß der BeschleunigungsVorgang zu Ende ist, bevor die Register 20 bis 25 vollständig gefüllt sind, so wird durch den Programmschritt L festgestellt, daß der Kennlinienzeiger nicht sechsmal rotiert ist, also nicht alle

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sechs Register gefüllt sind. In diesem Fall wird unter Umgehung des Programmschritts M, in dem eine neue Kennlinie vorgegeben wird, die ursprüngliche Kennlinie beibehalten. Dies geschieht dadurch, daß der dem Addierer Ik durch die ALU12 vorgegebene Zahlenwert vor Auftreten einer Beschleunigung, also vor Beginn des rotierens des Kennlinienzeigers, abgespeichert wird, so daß er bei Nichtzuendeführen der KennliniensucMe dem Addierer Ik zur Beibehaltung der früheren Kennlinie wieder vorgegeben wird. Diese Speicherung kann z.B. im RAM 13 erfolgen.

Anstelle der dargestellten Anordnung kann natürlich die Zahl der wählbaren Kennlinie und damit die Zahl der Register 20 bis 25 beliebig variiert werden. Ebenfalls ist eine beliebige Variation der Zahl der erfaßten Meßwerte (im dargestellten Fall die Zahl 5) bei jeder Kennlinie möglich.

Anstelle oder zusätzlich zur beschriebenen Steuerung der Zündvorgänge, insbesondere des Schließzeitbeginns und/oder des Zündzeitpunkts, können durch die beschriebene Regelvorrichtung natürlich ebensogut die Kraftstoffeinspritzorgänge, insbesondere der Einspritzzeitpunkt und/oder die Einspritzmenge anhand einer vorgegebenen Kennlinienschar geregelt werden.

Anstelle der Erfassung der Beschleunigung als Änderung des Regelparameters Drehzahl können prinzipiell auch andere Parameter treten, deren optimale Werte optimale Zündzeitpunkte ergeben. Solche weiteren Parameter sind z.B. das Drehmoment oder die Qualität des Abgases.

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Bei dem in Figur k dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel wurde zur Vereinfachung der Darstellung auf die Anfangs- und Sonderbedingungen gemäß Figur 3 verzichtet. Solche Bedingungen (z.B. Programmschritte A bis C) können natürlich ebenfalls vorgesehen sein. Es wird zunächst im Programmschritt 0 gemäß dem vorherigen Ausführungsbeispiel geprüft, ob eine Beschleunigung vorliegt, die größer als eine festlegbare Normbeschleunigung ή ist. Trifft dies zu, so wird der Inhalt des Registers 19 (Programmschritt P) um den Wert erniedrigt. Als Register 19 wird für dieses Ausführungsbeispiel ein Register gewählt, das bis zum Zahlenwert 6 aufwärts zählen und bis zum Zahlenwert 1 abwärts zählen kann und dann jeweils seinen Wert beibehält. Führt die Prüfung im Programmschritt 0 zu einer negativen Bewertung, so wird im Programmschritt Q geprüft, ob die Beschleunigung ή kleiner als der negative Wert der Normbeschleunigung ή ist, also ob ein bestimmter Verzögerungswert überschritten wird. Trifft dies zu, so wird im Programmschritt R das Register 19 um den Wert erhöht. Die Prüfungen der Programmschritte 0 und Q erfolgen gemäß dem vorherigen Beispiel durch Vergleich der Inhalte der Register 17 und 18.

Nun wird in einer Reihe von Programmschritten S1 bis S5 der Inhalt des Registers 19 abgefragt. Wird ein Registerinhalt durch einen der Programmschritte S1 bis S5 erkannt, so wird durch den entsprechenden Programmschritt T1 bis T5 die zugeordnete Kennlinie T bis 5 vorgegeben. Wurde durch die Programmschritte S1 bis S5 jeweils ein negatives Ergebnis festgestellt, so wird durch den Programmschritt Τ6 die Kennlinie 6 vorgegeben. Danach folgt der nächste Abfragezyklus.

Auf diese Weise wird bei einer Beschleunigung schrittweise zu Kennlinien größerer Spätverstellung übergewechselt und bei einer Verzögerung schrittweise zu Kennlinien größerer Frühverstellung. Dies ist in Figur 2 durch Pfeile dargestellt. Bei Übergang zu größerer Spätverstellung wird dabei die Numerierung der Kennlinien kleiner, im umgekehrten Falle größer. Es kann nun beliebig festgelegt werden, in welchem Rhythmus ein Übergang zur jeweils nächsten Kennlinie bei anhaltender Beschleunigung bzw. Verzögerung erfolgen soll. Im einfachsten Fall wäre dies jeweils nach einer Umdrehung der Kurbelwelle. Genausogut kann dies natürlich jeweils nach 10 Kurbelwellenumdrehungen oder noch größeren Werten erfolgen. Ebenso kann die Mindestbeschleunigung, bzw. Mindestverzögerung variabel eingestellt werden, d.h., für verschiedene Drehzahlbereiche und für Mehrfachübergänge können verschiedene Mindestwerte vorgeschrieben sein. Ebenso ist es möglich, die Übergänge nur in bestimmten Drehzahlbereichen zuzulassen.

Claims

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23.2.'198i'Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche

IJ Vorrichtung zum Regeln der Zünd- und/oder Kraftstoffeinspritzvorgänge bei Brennkraftmaschinen in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebsparameters, mit einem durch eine synchron mit der Brennkraftmaschine rotierende Geberanordnung gesteuerten Rechner, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung in Abhängigkeit des aus dem Gebersignal abgeleiteten Beschleunigungswerts erfolgt.

2. Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gkennzeichnet, daß aus den in einem Festwertspeicher (15) gespeicherten Wertenwenigstens zwei Kennlinien zur Pestlegung des zu regelnden Vorgangs ableitbar sind, daß bei Erkennung einer Änderung des Regelparameters durch eine Umschaltvorrichtung (1*0 dieser Vorgang nacheinander durch die verschiedenen Kennlinien bestimmt wird, daß die sich ergebenden Änderungswerte des Regelparameters in einer Speichereinrichtung (21 bis 25) gespeichert werden und daß die die besten Änderungswerte ergebende Kennlinie für den weiteren Betrieb vorgegeben wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den in einem Festwertspeicher (15) gespeicherten Werten wenigstens zwei Kennlinien zur Festlegung des zu regelnden Vorgangs ableitbar sind, daß bei Erkennung einer Beschleunigung durch eine Umschaltvorrichtung (lh) dieser Vorgang nacheinander durch verschiedene Kennlinien bestimmt wird, wobei bei einer positiven Beschleunigung ein Wechsel zu Kennlinien größerer Spätverstellung und bei einer negativen Beschleunigung ein Wechsel zu größerer Frühverstellung erfolgt.

h. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kennlinienwechsel nur in festlegbaren Drehzahlbereichen erfolgt.

5· Vorrichtung nach Anspruch 3 oder h, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kennlinienwechsel jeweils nach einer vorgebbaren Anzahl von Umdrehungen der Brennkraftmaschine erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung erst ab einer festlegbaren Größe des Regelparameters einsetzt (ή ^ ή ) und erst bei Absinken unterhalb einer zweiten, kleineren festlegbaren Größe (ή ^ ή.. ) wieder aussetzt.

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γ. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung des Beschleunigungswerts als-Änderung des Regelparameters Drehzahl im Rechner ein in einer festgelegten Zeitspanne ermittelter drehzahlabhängiger Zahlenwert von 'einem in einer früheren Zeitspanne ermittelten Zahlenwert abgezogen wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Vorgabe einer neuen Kennlinie eine Sperrzeit auslösbar ist, während der keine neue Kennlinie möglich ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche j dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwellwerterkennung (17, 18 bzw. C) für die Änderung des Regelparameters vorgesehen ist, durch die unterhalb eines vorgebbaren Änderungswerts die Regelvorrichtung nicht anspricht.