DE3220001A1

DE3220001A1 - Vorrichtung zum erzeugen eines rechtecksignals fuer die zuendspule einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3220001A1
Application number: DE19823220001
Authority: DE
Inventors: Teruyoshi Ito; Motoshi Kariya Aichi Kawai; Takeshi Toyohashi Aichi Matsui; Hideo Toyota Aichi Ooyama; Ryosuke Kariy Aichi Tachi
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1981-05-27
Filing date: 1982-05-27
Publication date: 1982-12-16
Also published as: GB2099079B; JPH0240863B2; US4519038A; JPS57195867A; DE3220001C2; GB2099079A

Description

-I₀-

Vorrichtung zum Erzeugen eines Rechtecksignals für die Zündspule einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung befaßt sich mit Steuerungen für den Zündzeitpunkt für Brennkraftmaschinen und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Eechteckzündsignals, das für alle Maschinenarbeitsverhältnisse genau bestimmt ist.

Im Hinblick auf die Maximierung des (thermischen Wirkungsgrades von Brennkraftmaschinen sind verschiedene Arten elektronischer Steuerungen für den Zündzeitpunkt entwickelt worden, um den zunehmenden Anforderungen an die Energieeinsparung zu genügen.

Herkömmliche Steuerungen verwenden ein ferromagnetisches mit Zähnen· versehenes Rad, das beispielsweise um seinen Umfang herum 90 Zähne trägt und an einer Riemenscheibe angebracht ist, die ihrerseits mit der Kurbelwelle der Maschine gekoppelt, ist, um die notwendige Genauigkeit' zu erhalten. Zwei elektromagnetische Aufnehmerspulen sind dazu vorgesehen, 180VxUr jede Umdrehung der Kurbelwelle zu erzeugen, wobei die Frequenz der Impulse durch eine wellenformende Schaltung auf 360 Impulse pro Umdrehung der Kurbelwelle multipliziert wird. Ein Bezugspositionssignal wird auf das Erreichen des oberen Totpunktes durch den Kolben jedes Maschinenzylinders ansprechend erhalten. Dieses Bezugspositionssignal dient dazu, einen Zähler auszulösen, damit dieser mit dem Zählen der zur Drehzahl der Maschine in Bezug stehenden Impulse beginnt und einen Zündimpuls dann liefert, wenn der· Zählwert einem Zündsollwert entspricht.

Die Schwierigkeiten, die bei den "bekannten Steuerungen auftreten, sind der begrenzte Platz, der zum Anbringen der beiden Aufnehmerspulen zur Verfügung steht, die unzuverlässige Arbeitsweise aufgrund der größeren Anzahl elektrischer Verbindungen zwischen den Auf nehmer spul en und der Steuerschaltung und die höheren Kosten aufgrund einer komplizierten Signalve'rarbeitungsschaltung.

Bei einer weiteren bekannten Ausbildung wird die Bezugsposition vom oberen Totpunkt um einen bestimmten Winkel vorgestellt und wird, ein vorgeschriebener Zündzeitpunkt von der Zeit abgeleitet, die vom Bezugspositionssignal abgelaufen ist, wobei die Zündung nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls auftritt.

Die bekannte Ausbildung der zweiten Art erlaubt eine vereinfachte Auslegung für die Sensoren und die wellenformenden Schaltungen mit einer sich daraus ergebenden Abnahme der Kosten und Zunahme der Zuverlässigkeit. Wenn jedoch der optimale Vorstellwinkel wesentlich bezüglich des Bezugsimpulses verzögert wird, besteht die Gefahr, daß der Zündzeitpunkt während einer Beschleunigung wesentlich abweicht. Das heißt im einzelnen, daß herkömmliche Kraftfahrzeugmotoren einen maximalen Vorstellwinkel von 60° vor dem oberen Totpunkt haben, um einen maximalen thermischen Wirkungsgrad zu erzielen. Wenn die Maschine beispielsweise von der Leerlaufdrehzahl von 600 Umdrehungen pro Minute bis auf eine Drehzahl von 6000 Umdrehungen pro Minute für ein Zeitintervall von etwa einer Sekunde plötzlich beschleunigt wird, weicht der tatsächliche Zündzeitpunkt um bis zu 12° von dem richtigen Zündzeitpunkt ab.

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Rechteck signals für die Zündspule einer Brenn-

maschine "bezogen auf eine "bestimmte Position der Kurbel-. welle der Maschine. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Einrichtung, die einen Bezugsimpuls auf die "bestimmte Position der Kurbelwelle ansprechend erzeugt, eine Einrichtung, die das Ausmaß der Maschinenlast und die Drehzahl der Kurbelwelle wahrnimmt, und eine Steuereinrichtung, die einen vorausgesagten Vorstellwinkel von dem wahrgenommenen Leistungsbedarf der Maschine und der Drehzahl der Kurbelwelle ableitet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die vordere Planke des Bezugsimpulses als Funktion der Drehzahl der Kurbelwelle der Maschine vorläuft, daß der vorausgesagte Vorstellwinkel auf die vordere Flanke des Bezugsimpulses ansprechend abgeleitet wird und gleichzeitig damit ein Strom in der Zündspule fließengelassen wird und daß das Zeitintervall von der Vorderflanke des Bezugsimpulses an gezählt und gegenüber dem vorausgesagten Vorstellwinkel überprüft wird, um eine Übereinstimmung dazwischen festzustellen und dadurch das 'Fließen des Stromes zu beenden, so daß eine Zündung auftritt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß selbst bei einer schnellen Beschleunigung der 'Maschine die Ruhezeit des durch die Zündspule fließenden Stromes genau bestimmt werden kann. Bei niedriger Drehzahl der Maschine entspricht insbesondere die Ruhezeit der Dauer jedes Bezugsimpulses, während bei höheren Drehzahlen der Maschine die Ruhezeit mit der selben Dauer wie der Bezugsimpuls als Funktion der Drehzahl der Maschine vorgestellt wird. Während der Zeit einer schnellen Beschleunigung dient die vordere Flanke des Bezugsimpulses als Anfang der Ruhezeit statt dafür zu sorgen, daß dieser Anfang dem Ende eines Zählerstandes entspricht, wenn dieser mit einem vorher abgeleiteten vorausgesagten Wert übereinstimmt. Während der mit der Drehzahl der Maschine in Beziehung stehenden Vorstellung

der vorderen Impulsflanke wird die Ruhezeit ohne Zeitverlust "begonnen, der sonst zu einer Fehlzündung führen würde.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht darauf, daß es nicht mehr notwendig ist, einen komplizierten und mit hohen Kosten verbunden Impulsgenerator vorzusehen, der eine Vielzahl von Impulsen während des Zeitintervalls der aufeinanderfolgenden oberen Totpunkte zum Anzeigen der augenblicklichen Winkelposition der Kurbelwelle der Maschine erzeugt.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Efindung näher beschrieben. Es zeigen

Pig. 1 in einem Blockschaltbild eine Steuerung für den Zündzeitpunkt gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Beschreibung der Arbeitsweise der Steuerung für den Zündzeitpunkt,

ig* JA und 3B Flußdiagramme, die zu dem in Fig. 1 dargestellten' Mikrocomputer gehören,

Fig. 4 in einer graphischen Darstellung die Arbeitskennlinie des in Fig. 1 dargestellten Bezugsimpulsgenerators,

ig. 5 graphisch das Ausmaß der Abweichung des Zündzeitpunktes herkömmlicher Maschinen von den optimalen Zündpunkten bei verschiedenen Vorstellwinkeln und

Fig. 6 graphisch das Ausmaß der Abweichung des Zündzeit-

Punktes, gemäß der Erfindung gemessen in ähnlicher ■ Weise wie "bei den'in Fig. 5 dargestellten Werten.

Die in Fig. 1 dargestellte Zündsteuerung gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung weist einen Bezugspositionsgenerator 1 auf, der ein Bezugspositionssignal, das' die Position der Kurbelwelle der Maschine angibt, mit 'einer Wiederholungsfrequenz erzeugt, die proportional zur Drehzahl der Maschine ist. Der Signalgenerator 1 umfaßt 'ein mit Zähnen versehenes ferromagnetische Rad 1a, das "beispielsweise eine Gruppe von 4- Zähnen trägt, von denen jeder einem Zylinder einer Viertakt-Brennkraftmaschine entspricht, und einen elektromagnetischen Wandler 1b,der ortsfest bezüglich des Außenumfangs des Rades 1a und in der Nähe des Außen- . umfangs des Rades 1a angeordnet ist. Das Rad 1a ist mit der Verteilerwelle gekoppelt, um sich mit der Kurbelwelle der Maschine zu drehen, so daß jeder Zahn auf das Erreichen des oberen Totpunktes durch den Kolben jedes Maschinenzylinders ansprechend am Wandler 1b vorbeiläuft, und dadurch die Erzeugung eines Spannungssignals im Wandler 1b bewirkt. Der Wandler 1b ist von einem Typ beispielsweise in Form einer magnetischen Aufnehmerspule, der bzw. die ein Signal erzeugt, dessen Amplitude sich proportional zur Drehzahl des Rades 1a und somit zur Drehzahl der Maschine ändert, wie es in Fig. 2a dargestellt ist.

Ein Bezugsimpulsgenerator 10 ist von einer Schmitt-Trigger-Komparatorschaltung gebildet, die die Wellenform des Bezugspositionssignals in ein Impulssignal formt, das in Fig. 2b dargestellt ist, indem sie das analoge Signal mit einem Schwellenwert Vth vergleicht. Die Komparatorschaltung 10 weist einen Operationsverstärkerkomparator 15 und Rauschunterdrückungskondensatoren 11a, 11b sowie einen Vorspannungsgenerator auf, der von einem Widerstand 12a und

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einer Diode 12b gebildet ist, aim eine Vorspannung für den Komparator 15 zu erzeugen, die als Schwellenwert Vth dient. Begrenzer 13a und 13b vermeiden ein Anlegen von Überspannungen an die Eingänge des Komparators 15· Widerstandsund Kondensatorelemente 14a,14b, 14c und 14d liegen in einem Rückführungsweg des Komparators 15, um ihn vor einem fehlerhaften Ansprechen auf leichte Änderungen zu bewahren,'die noch, im anliegenden Bezugspositionssignal vorhanden 'sein können. Die Komparatorschaltung 10 erzeugt einen Bezgusimpuls, wenn das zur Drehzahl der Maschine proportionale analoge Signal den Schwellenwert Vth überschreitet. Da das analoge Signal proportional zur Drehzahl der Maschine ist, nimmt die Dauer des Bezugsimpulses als Funktion der Drehzahl der Maschine zu, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, was zur Folge hat, daß die vordere Flanke des Bezugsimpulses als Funktion der Drehzahl der Maschine vorgestellt wird, während die nachlaufende Flanke de™ oberen Totpunkt entsprechend auftritt.

Die Zündsteuerung enthält einen Mikrocomputer 100, der vom Typ 8048 von Intel Corporation sein kann. Der Mikrocomputer 100 enthält einen Mikroprozessor, einen Festspeicher, einen Lese/Schreibspeicher (Speicher mit direktem Zugriff RAM) und eine Vielzahl von 8-Bit-Zählern, Eingangs/Ausgangsteilen und eine äußere 80-Mikrosekungen-Taktquelle, die von einem Quarzschwinger 63 "und Kondensatoren 64,65 gebildet wird und die notwendigen Zeitsteuersignale für die Zähler und den Rest der Steuerung erzeugt. Der Bezugsimpuls von der öchaltung 10 liegt an einem Unterbrechungseingang INT . des Mikrocomputers und gleichfalls an einer logischen Verknüpfungsschaltung 70, die mit den Ausgängen Pp^. und Pog des Mikrocomputers 100 verbunden ist. Diese logische Verknüpfungsschaltung 70 legt wahlweise einen Ausgangsimpuls am Ausgang .Po^. oder einen Bezugsimpuls vom Impulsgenerator 10 entsprechend dem binären Zustand des Aus- - 7 -

gangs Pop- an einen Pufferverstärker 80 und somit an eine Zündschaltung oder eine Schaltung mit Schalterfunktion 90» die mit der Zündspule 91 gekoppelt ist.

Ein Ansaugunterdrucksensor 2 nimmt den Ansaugunterdruck der Maschine wahr, um das Ausmaß der Maschinenlast anzugeben, wobei das Ausgangssignal des Ansaugunterdrucksensors an einem Eingang I^ eines Analogmultiplexers 41 über ein Rauschunterdrückungsfilter 20a liegt. Das Ausgangssignal eines jMaschinenkühlmitteltemperatursensors 3 liegt am Verbindungspunkt von in Reihe geschalteten Widerständen 31,32, die mit einer geeigneten Vorspannungsquelle verbunden sind, um das Kühlmitteltemperatursignal auf einen bestimmten Gleichspannungspegel' vorzuspannen, und über ein Rauschunterdrückungsfilter 20b an einem zweiten Eingang i~ des Analogmultiplexers 41. Nach einer Teilung durch eine aus Widerständen bestehende Spannungsteilerschaltung 33,34-liegt die Batteriespannung an der Eingangsklemme I₇. des Multiplexers 41 über ein weiteres Rauschunterdrückungsfilter 20c.

Der Analogmultiplexer 41 spricht auf die binären Wählsignale von den Anschlüssen PpQ und Pp/ des Mikrocomputers 100 an, um einen Eingang A und B auszuwählen, über den die Maschinenparametersignale auf die Zeitsignale vom Mikrocomputer ansprechend an den Ausgang Q gelegt werden. Der Ausgang des Multiplexers 41 ist mit dem positiven Eingang eines Komparators 42 verbunden, um das Ausgangssignal mit einem in analoge Form gebrachten digitalen Signal von einem Digitalanalogwandler 40 zu vergleichen, der ein analoges Hilfssystem ', das von einem Pufferverstärker 43 und von einer Widerstandsverzögerungsschaltung 44 gebildet wird und ein digitales Hilfssystem^aessen funktion vom Mikrocomputer dadurch ausgeführt wird, daß dieser auf

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ein Eingangssignal vom Komparator 42 am Anschluß T^ anspricht und dieses Signal in eine Vielzahl digitaler Signale umwandelt, die über die Anschlüsse P^₀ b'is P^₇ an der Puff er schaltung 43 uöd somit an der Verzögerungsschaltung 44 liegen.

Eine "bekannte Spannungsstabilisierungsschaltung 50 wird mit der Batteriespannung Vg versorgt und liefert eine stabilisierte Spannung V^q mit im typischen Pail 5 Volt. Eine Verzögerungsschaltung aus einem Widerstand 60 und einem Kondensator 62 gibt der an der Rücksetzklemme RES des Mikrocomputers 100 liegende Spannung ein gegebenes Maß an Zeitverzögerung "bezüglich des Zeitpunktes des Anlegens der Spannung an die Klemme V™, um es dem Mikrocomputer zu ermöglichen, seine verschiedenen Bauelemente vorzubereiten.

Die verschiedenen im Mikrocomputer 100 enthaltenen Zähler haben die folgenden Zählfunktionen, die durch Variablen wiedergegeben sind, die an bestimmten Speicherplätzen im Speicher mit direktem Zugriff gespeichert s^nd.

1. Ein Bezugsimpulsintervallzähler EPIC, der durch eine Variable EPI wiedergegeben ist und das Intervall T^g₀ zwischen den nachlaufenden Planken der nacheinander auftretenden negativ verlaufenden Bezugsimpulse zählt, wobei die nachlaufenden Planken auf jeden oberen Totpunkt ansprechend auftreten. Das Intervall Tz₁₈₀ gi^ ^äie Periode für jeden Kurbelwellenwinkel von 180° einer Vierzylinder-Viertaktmas chine wieder.

2. Ein Ruhezeitanfangszähler SDWL der dazu dient, zu bestimmen, wann mit dem Leiten des Zündstromes durch die Primärwicklung der Zündspule zu beginnen ist. Der _ q _

Zähler SDWL wird von einem Zeitglied TME mit einer entsprechend "bezeichneten Variablen und einem Softwarezähler gebildet, der aus einer Schleife von Programmschritten mit einer Variablen.SDWL besteht, die auf die Erzeugung einer Zeitunterbrechung beim Überlauf des Zeitgliedes TMR ansprechend herabgesetzt wird. Die Variable SDWL wird zuerst auf einen vorbestimmten Wert und anschließend auf einen vorher abgeleiteten Rückführungsparameter gesetzt.

3. Ein Zündzeitpunkt—oder Ruhezeitendzähler EDWL mit einer entsprechenden Variablen EDWL dient dazu, das Ende der Ruhezeit am richtigen Zündzeitpunkt zu bestimmen, um eine Hochspannung in der Sekundärwicklung der Zündspule zu erzeugen. Dieser Zähler wird von einer Softwareschleife mit einer Variablen EDWL gebildet, die auf eine TDC-(oberer Totpunkt) Unterbrechung, die auf die vordere · Hanke des Bezugsimpulses folgt, ansprechend erzeugt wird. Die Variable EDWL'wird am Anfang auf die TDC-Unterbrechung ansprechend auf einen Rückführungsparameter gesetzt, der in einem vorhergehenden Zündzyklus abgeleitet wurde und bis zürn Auftreten der nachlaufenden Planke des Bezugsimpulses herabgesetzt.

4·. Ein Bezugsimpulsdauerzähler RPD dient dazu, den Anfangswert des Zählers EDWL zu erzeugen. Der Zähler RPD wird in derselben Softwareschleife wie der Zähler EDWL gebildet und seine Variable RPD ist in diese Schleife eingeschlossen, um Daten zu speichern, die dem Unterschied zwischen den Werten der Variablen EDWL an der vorderen und der nachlaufenden Flanke des Bezugsimpulses entsprechen und somit ein Datenwort zu bilden, das die Impulsdauer Tdw wiedergibt, von dervAnfangswert abgeleitet wird. Der Mikrocomputer 100 enthält Zündsteuer-

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daten in Nachschlagtabellen, die die Zündzeitpunktsdaten als Funktion der Arbeitsparameter der Maschine identifizieren.

Im folgenden wird anhand der Figuren 2,JA und 3B die Arbeitsweise des Mikrocomputers 100 "beschriet»en. Die Beschreibung befaßt sich zunächst mit dem Maschinenbetrieb bei einer Drehzahl unter einem vorbestimmten Wert. Wenn der Zündschalter angeschaltet wird,liegt die Batteriespannung an der Steuerung für den Zündzeitpunkt und liegt eine Spannung Yqq vom Spannungstabilisator 50 am Mikrocomputer 100 und seiner zugehörigen Schaltung. Der Rücksetzklemme EEB des Mikrocomputers 1OO wird eine verzögerte Spannung Vnn aufgeprägt, wie es oben beschrieben wurde, um im Mikrocomputer eine Vorbereitung oder Initialisierung auszuführen und es dem Mikrocomputer zu ermöglichen, mit der Ausführung der programmierten Befehle vom Programm-· schritt 200 in Fig. 3A aus zu beginnen. Im Programmschritt 201 wird die Bezugsimpulsihtervallvariable EPI auf einen bestimmten konstanten Wert TO gesetzt, dessen höheres Byte dazu dient, die Variable BDWL am Anfang festzulegen. Im Programmschritt -202 werden die binären Zustände der Anschlüsse Po^ vn-& 3?p6 ^au^ l°Si^scne Werte 0 und 1 jeweils gesetzt, um der Zündschaltung -90 direkt den Bezugsimpuls b zuzuführen. Zum Zeitpunkt t_Q liegt ein Bezugsimpuls b1 an dem Unterbrechungsanschluß INO? des Mikrocomputers 100,

Der Zustand des logischen Wertes 0 am Anschluß INT wird in einem Programmschritt 203 wahrgenommen, auf den ein Programmschritt 204 folgt, in dem festgestellt wird, ob der Unterbrechungsanschluß INT auf den logischen Pegel 1 gekommen ist. Der Programmschritt 204 wird wiederholt bis zum Zeitpunkt t^ ausgeführt, an dem der Bezugsimpuls auf den logischen Wert 1 ansteigt. Das Zeitglied TME wird im

Programmschritt 205 auf das niedrigere Byte des Anfangswertes TO gesetzt und anschließend in 20,48 ms-Intervallen erhöht." Im Programmabschnitt 206 werden die Zeitglied- und die Bezugsimpiilsunterbrechung ausgelöst.

Während des Zeitintervalls zwischen den Zeitpunkten t,» und to werden verschiedene analoge Maschinenparametereingangssignale in einem Unterprogramm, verarbeitet, das eine Schleife mit den Programmschritten 2Ί0 bis 217 umfaßt. Im Programmschritt 210 wird ein Maschinendrehzahldatenwprt N von den Daten über die obere Totpunktperiode abgeleitet, die an einem Speicherplatz gespeichert sind, der der Variablen EPI entspricht^ die vom Bezugsimpulsintervallzähler RPIC abgeleitet wurde. Im Programmschritt 211 legt der Mikroprozessor den logischen Wert O an die Anschlüsse ^2Q und Pol' ^^ami^ ^-^er Multiplexer 41 das Ansaugunterdrucksignal vom Sensor 2 wählt, um dieses in ein entsprechendes Ansaugunterdruckdatenwort P umzuwandeln. Im Porgrammschritt 212 wird ein Grundzündzeitpunktdatenwort t-. von einer Nachschlagtabelle als Punktion der Maschinendrehzahldaten N ■ und der Ansaugunterdruckdaten P hergeleitet. Das Grundzündzeitpunktdatenwort gibt den Zündvorstellwinkel bezüglich des oberen Totpunkts wieder. Im Programmschritt 215 wird die Maschinenkühlmitteltemperatur in einen entsprechenden digitalen Wert W umgewandelt, woraufhin anschließend im Programmschritt 214 das Kühlmittelkompensationsperiodendatenwort ty von einer Nachschlagtabelle als Funktion des digitalen Wertes W hergeleitet wird. Im nächsten Programmschritt 215 werden die Daten t·^ und t addiert, um ein Datenwort t für den vorhergesagten optimalen Vorstellwinkel zu bilden. Die Batteriespannung V-g wird in einen entsprechenden digitalen Wert umgewandelt. Schließlich wird im Programmschritt 217 aus einer Nachschlagtabelle als Funktion der Batteriespannungsdaten Vg

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ein Periodendatenwort t gebildet, um die Ruhezeit des Zündsignals zu kompensieren. Venn der Zeitgeber TMR überläuft, überträgt der Mikroprozessor die Steuerung, vom Hauptprogramm auf ein Zeitgeberunterbrechungsunterprogramm, das den aus einer Softwareprogrammschleife bestehenden Zähler SDWL wiedergibt und mit einem Programmschritt beginnt. Das Zeitgeberunterbrechungsunterprogramm enthält einen Programmschritt 301,in dem die Variable SDWL daraufhin überprüft wird, ob sie auf O herabgesetzt ist, wobei dann, wenn das nicht der Fall ist,die Steuerung zu einem Programmschritt 303 austritt, um die Variable SDWL um 1 herabzusetzen, woraufhin das Unterbrechungsunterprogramm am Programmschritt 304 endet. Die Sägezahnwellenform c in Fig. 2 zeigt im analogen Maßstab einen kombinierten Zählwert des Zeitgebers TMR und der Variablen SDWL, die in der oben beschriebenen Weise die höherwertigen Bits relativ zum Wert der Variablen TMR wiedei-gibt. Die Zeitgeberunterbrechung tritt in periodischen Intervallen von 20,48 ms auf, um den Wert der Variablen SDWL für den Ruhezeitanfang herabzusetzen.

Es sei angenommen, da5 in 3?ig. 2 die Variable SDWL auf zum Zeitpunkt to herabgesetzt ist, so daß die Anweisung des Programmschrittes 30'l erfüllt ist und ein Programmpchritt 302 ausgeführt wird, um den binären Zustand des Anschlusses ?2^ vom logischen Wert 0 auf den logischen Wert 1 umzuschalten. Wenn der Anschluß Pog am Programmschritt 202 im Hauptprogramm den logischen Wert 1 hat, treten keine Änderungen im binären Zustand am Ausgang der Zündschaltung 90 auf, so daß kein Strom in der Zündschaltung fließt.

Es sei angenommen, daß zum Zeitpunkt t, ein Bezugsimpuls b2 auftritt. Da die logische Verknüpfungsschaltung 70 durch den logischen Wert 1 am Anschluß P^g durchge- -

schaltet wird, liegt der Bezugsimpuls b2 an der Zündschaltung 90. Gleichzeitig wird eine TDC-(oberer Totpunkt) Unterbrechungsanweisung an den Mikrocomputer gegeben, um dessen Steuerung auf einen Programmschritt 4-00 eines TDC-Unterbrechungsprogrammes zu übertragen, das in Fig. 3B dargestellt ist.

Im Programmschritt 401 wird ein logischer Wert 1 an den Anschluß P24. gelegt, während der Anschluß Pgg noch auf dem logischen Vert 1 liegt. Das Anlegen des logischen Wertes 1 an den Anschluß P₂^ hat keinen Einfluß auf die logische Verknüpfungsschaltung 70 bis diese erneut geschaltet wird, wenn der binäre Wert am Anschluß ^2^ sich auf den Wert 0 ändert. Wie es im folgenden beschreiben wird, wird die Dauer Tdw eines vorhergehenden Bezugsimpulses im Programmschritt 4-13 während eines vorhergehenden Unterbrechungsprogrammes gemessen. Im Programmschritt 402 berechnet der Mikroprozessor einen Anfangswert t f.~_; indem er den Unterschied zwischen dem vorher erhaltenen Wert Tdw und dem vorausgesagten Vorstellwinkelwert t bildet und die Ruhezeitendvariable EDWL am Anfang auf t ~~ setzt. Während des Zeitintervalls zwischen den Zeitpunkten t^ und tu werden die Programmschritte 403, 404 und 405 wiederholt ausgeführt, um die Ruhezeitendvariable EDWL im Programmschritt 403 um 1 herabzusetzen während sein Wert t _ff, gegenüber 0 im Programmschritt 404 überprüft wird und im Programmschritt 405 das Vorliegen eines Bezugsimpulses an dem TDC-Unterbrechungsanschluß INT überprüft wird. Aus JPig. 2 ist ersichtlich, daß aufgrund der Tatsache, daß der Wert tff der Variablen EDWL zu einem Zeitpunkt auf 0 herabgesetzt wird, der vor der Zeit liegt, an dem der Bezugsimpuls b2 auf den logischen Wert 1 ansteigt, das Programm am Programmschritt 404 zum Zeitpunkt t^, zu einem Programmschritt 410 austritt, um den logischen Wert 0

an den Anschluß P04. zu legen.

Es ist .ersichtlich, daß der Programmschritt 405- nur dann ausgeführt wird, wenn der Nullpunkt später als die nachlaufende flanke des Bezugsimpulses;auftritt. Eine derartige Situation kann dann entstehen, wenn die Haschine auf eine niedrige Drehzahl verzögert wird, so daß der. Anfangswert t ~ ~ verglichen mit der Bezugsimpulsdauer iDrpd groß ist. In diesem Fall wird ein Programmschritt 406 ausgeführt, um den logischen Wert 0 an den Anschluß Po/i an der nachlaufenden Flanke des Bezugsimpulses zu legen und dadurch mit einem Initialisierungs- Oder Vor-"bereitungsunterprogramm fortzuschreiten, das die Programmschritte 415 "bis 422 umfaßt, und dadurch die Variable J3DWL zu initialisieren.

Der Anschluß Έ.^ ist somit währen! der Zeit von t, "bis tjauf den logischen Wert 1 angehoben. Da der Anschluß P^₆ jedoch während dieses Zeitintervalls auf dem logischen Wert 1 gehalten ist _#hat der logische Wert 1 am Anschluß Pp/. keine Wirkung und wird statt dessen der Bezugsimpuls b2 während des Zeitintervalle t, bis t,- der .Zündschaltung 90 zugeführt.

Während des Zeitintervalls vom Zeitpunkt t^r bis zum Zeitpunkt t,- werden die Programmschritte 411 und 412 wiederholt ausgeführt, um den Wert t_Qfi herabzusetzen, bis die nachlaufende Flanke des Bezugsimpulses ~b2 auftritt. Im Programmschritt 415 wird die Bezugsimpulsdauer Tdw dadurch aufgenommen, daß der Unterschied zwischen den Werten der Variablen EDWL zu den Zeitpunkten t, und t,-gebildet wird. Im Programmschritt 414 wird der Wert des Zeitgebers TMR gelesen, um diesen in einem Programmschritt 415 dazu zu benutzen, ein Bezugsimpulsintervall ^g₀

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aufzunehmen, das der Zeit entspricht, in der sich die Kurbelwelle einer Vierzylinder-Viertaktmaschine um 180° dreht. Das erfolgt dadurch, daß der Unterschied -zwischen dem Anfangswert_rauf den der -Ruhezeitanfangszähler SDWL zum Zeitpunkt t^ gesetzt wird, und dem Wert SDWL χ 256 + TMR gebildet wird, der zum Zeitpunkt t,- hergeleitet wird. Es wird darauf hingewiesen, daß in jedem der folgenden Zündzyklen die Ruhezeitanfangsvariable SDWL auf eine Rückführungsparameter t initialisiert oder gesetzt wird, der im Programmschritt 420 erhalten wird. Im Programmschritt 420 wird ein kombinierter Wert der Bezugsimpulsdauer Tdw, der Spannungskompensationsperiode t und des Zündvorstellwinkels t von dem Bezugsimpulsintervall T^₈₀ abgezogen, um ein aus 16 Bit bestehendes Initialisierungsdatenwort t für den nächsten Zündzyklus zu erhalten. Die Variable SDWL wird im Programmschritt 421 . auf das niedrigere Byte des Initialisierungswertes t und im Programmschritt 422 auf das höhere Byte der Variablen SDWL gesetzt. Im Programmschritt 423 vergleicht der Mikroprozessor das Bezugsimpulsintervall T^ioq mxt einem vorgegegebenen Wert T~, der der oben erwähnten bestimmten Maschinendrehzahl entspricht, wobei das Programm zum Programmschritt 425 austritt, wenn die Maschinendrehzahl noch unter der vorbestimmten Drehzahl liegt, und zum Hauptprogramm zurückkehrt. Der Mikroprozessor wiederholt Arbeitsvorgänge während eines anschließenden Zeitintervalls vom Zeitpunkt te bis tg, die den Arbeitsvorgängen im Zeitintervall vom Zeitpunkt t^ bis t^ ähnlich sind. Während des Zeitintervalls vor dem Zeitpunkt tg, in dem die Maschine mit niedriger Drehzahl vom Anlassen der Maschine an läuft _f liegt daher der Bezugsimpuls direkt über die logische Verknüpfungsschaltung 70 an der Zündschaltung. Nach dem Zeitpunkt tg ist die Variable SDWL der Reihe nach herabgesetzt, so daß zum Zeitpunkt t^_n ihr Wert auf

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O herabgesetzt ist, was im Programmschritt 301 wahrgenommen wird, -um den logischen Wert 1 an den Anschlfß Po/· im Programmschritt 302 zu legen.

Wenn angenommen wird, daß die Maschinendrehzahl auf einen Wert über der vorbestimmten Drehzahl während der Zeit.vor einem folgenden Zündzyklus angestiegen ist, wird der Programmschritt 424 im anschließenden TDC-Unterbrechungsprogramm ausgeführt, um den binären Wert am Anschluß Pgg auf O herabzusetzen.

Im folgenden wird die Arbeitsweise beschrieben, die zum Zeitpunkt t^_Q beginnt, wobei angenommen wird, daß zu diesem Zeitpunkt die Haschine mit einer im wesentlichen konstanten, jedoch über dem vorbestimmten Wert liegenden Drehzahl läuft, und daß das Potential am Anschluß P^g auf den Wert 0 im Programmschritt 424- im vorhergehenden Zündzyklus herabgesetzt ist, so dc».B der logische Wert 1 am Anschluß P24. durch die logische Verknüpfungsschaltung 70 zu Wirkung kommt und an der Zündschaltung 90 liegt. Die Ruhezeit läuft somit vom Zeitpunkt t-Q, der,bezüglich der vorderen Planke eines Bezugsimpulses b4 vorgestellt ist, wie es in Pig. 2 dargestellt ist. Auf die vordere Planke des Bezugsimpulses b4 zum Zeitpunkt t-,- ansprechend wird eine TDC-Unterbrechung erzeugt, die bewirkt, daß der Mikroprozessor die Steuerung auf das TDC-Unterbrechungsprogramm überträgt, um einen Befehl auszugeben, einen logischen Wert 1 an den Anschluß Po/, im Programmschritt 401 zu legen. Dieser Befehl wird jedoch ignoriert, da der Anschluß Po/, im Programmschritt 302 zum Zeitpunkt t,_|Q auf den Wert Ί gebracht ist und der Anschluß in diesem binären Zustand bleibt. Anschließend wird der Programmschritt 402 ausgeführt, um den Unterschied t ~» zwischen der Bezugsimpulsdauer Tdw (= t_Q - t^) des vorhergehenden

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Zündzykluses und dem vorausgesagten optimalen Vorstellwinkel "t zu "berechnen, der im Programmschritt 2^5 des Hauptpro gramme s erhalten wur.de, und um die Ruhezeitendvariable EDWL auf t_off zu setzen. In den Programmschritten 403 "bis 405 wird der Wert t „- der Ruhezeitendvariablen EDVL der Reihe nach bis zum Zeitpunkt t^o herabgesetzt, an dem die Bedingung des Programmschrittes 404 erfüllt ist, um den Programmschritt 410 auszuführen und den ' logischen Wert 0 an den Anschluß Pp^ zu legen, wodurch der Zündstrom zum Zeitpunkt t^p unterbrochen wird.

Die Programmschritte 411 und 412 werden dann wiederholt bis zum Zeitpunkt t„^ ausgeführt, an dem der Bezugsimpuls auf den logischen Wert 1 angehoben wird. Die Bezugsimpulsdauer Tdw zwischen den Zeitpunkten t^y, und ty,^ wird dann im Programmschritt 413 berechnet.

Während einer Arbeit mit konstanter Drehzahl wird die Bezugsimpulsdauer Tdw konstant gehalten, so daß die Zündstromruhezeit gleich der Dauer Tdw ist. Andererseits wird der Zündzeitpunkt, der zum Zeitpunkt t^'p auftritt, um das Zeitintervall ^_off "von der nachlaufenden Flanke des Bezugsimpulses b5 verzögert, jedoch um den vohergesagten Vorstellwinkel t vorgestellt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise beschrieben, bei der die Maschine beschleunigt wird. Zum Zeitpunkt t^,^ wird die Euhezeitanfangsvariable SDWL in den Programmschritten 420, 421 und 422 initialisiert. Die in diesen Programmschritten zum Berechnen des Initialisierungswertes t benutzten digitalen Werte sind jedoch für eine Beschleunigung zu groß, so daß es vorkommt, daß der Ruhezeitanfangszähler SDWL auf O nach dem Auftreten der vorderen Planke

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des Bezugsimpulses herabgesetzt wird. Das führt zu einem Verlust an Zündstrom und somit zu einer Fehlzündung. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden ist die Anordnung der-.-art, daß dann wenn die. TDC-Unterbrechung zum Zeitpunkt t^ auftritt,das Potential am Anschluß P₂^. im Programmschritt 401 auf den logischen Wert 1 angehoben wird. Da der Anschluß P₂g vorher auf den logischen Wert 0 herabgesetzt wurde, bewirkt das Anlegen des logischen Wertes 1 am Anschluß Pp4> ^aß ein Bezugsimpuls b6 an die Zündschaltung gelegt wird, statt mit dem Fließen eines Zündstromes am Hullpunkt der Variablen SDWL zu beginnen. In ähnlicher Weise ist auch der Initialisierungswert t ~., des Ruhezeitendes für eine Beschleunigung zu groß. Da die Zündsteuerung gemäß der Erfindung einenmagnetischen Aufnehmer verwendet, der die Maschinenkurbelwellenbezugsposition aufnimmt und ein analoges Signal erzeugt, dessen Amplitude sich als Funktion der Drehzahl der Maschine ändert, läuft die vordere Flanke des Bezugsimpulseζ als Funktion der Maschinendrehzahl vor und fällt die nachlaufende Flanke mit jedem oberen Totpunkt zusammen. Der Bezugsimpuls b6 hat daher eine vorlaufende vordere Flanke, die zum Zeitpunkt t^ auftritt_y und eine nachfolgende Flanke, die mit dem oberen Totpunkt zum Zeitpunkt t^ zusammenfällt. Aufgrund der vorlaufenden vorderen Flanke des Bezugsimpulses b5 wird der Initialisierungswert t -.» in ausreichendem Maße während des Zeitintervalls vom Zeitpunkt t^^, bis zum Zeitpunkt t^,g herabgesetzt, damit der Nullpunkt an einem geeigneten Vorstellwinkel relativ zum oberen Totpunkt auftritt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt die Ergebnisse der Zündeinstellung aufgetragen als Funktion der Maschinendrehzahl bei einer Viertaktmaschine mit einem Hubraum von 1800 ecm. Es ist ersichtlich, daß dann, wenn die Maschine von 600 Umdrehungen/min auf

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6000 Umdrehungen/min in einem Zeitintervall von 1 s beschleunigt wird, die Zündsteuerung gemäß der Erfindung eine maximale Abweichung eines Kurbelwinkels von 3° vom vorausgesagten Zündzeitpunkt zeigt, was eine beträchtliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik darstellt.

Fig. 6 zeigt das Ausmaß der Abweichung des tatsächlichen Zündzeitpunktes von den optimalen Vorstellwinkeln von 0,20 und 40° vor dem oberen Totpunkt. Es ist ersichtlich, daß die Abweichung mit einem Maximum von 12° vom Null-Grad-Punkt auftritt, wenn die Maschine schnell von 600 Umdrehungen/min auf 6000 Umdrehungen/min in 1 s beschleunigt wird. Im Gegensatz dazu hat die Zündzeitpunktsteuerung gemäß der Erfindung bei einer Viertaktmaschine mit einem Hubraum von 1800 ecm eine Abweichung von maximal 3°» wie es in Fig. 6 dargestellt ist, wenn die Maschine von 600 Umdrehungen/min auf 6000 Umdrehungen/min in 1 s beschleunigt wird.

Claims

Dr. F. "!umstein sen."-"DK E. Assmann -Dr.R. Koenigsberger Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zur stein jun.

PATENTANWÄLTE

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

40/my

NIPPONDENSO₁CO^lTD. -Japan

Vorrichtung zum Erzeugen eines Rechtecksignals für die Zündspule einer Brennkraftmaschine

PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zum Erzeugen eines Rechtecksignals für die Zündspule einer Brennkraftmaschine unter Bezug auf eine "bestimmte Maschinenkurbelwellenposition mit einer Einrichtung, die einen Bezugsimpuls auf die bestimmte Kurbelwellenposition ansprechend erzeugt, einer Einrichtung, die das Ausmaß an Leistungsbedarf der Maschine und die Drehzahl der Kurbelwelle aufnimmt, und eine Steuereinrichtung, die aus der aufgenommenen Maschinenlast und der aufgenommenen Kurbelwellendrehzahl einen vorhergesagten Vorstellwinkel herleitet, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Flanke des Bezugsimpulses als Funktion der Drehzahl der Maschinenkurbelwelle vorläuft, daß der vorhergesagte Vorstellwinkel (t «„)auf die vordere Flanke (t^) des Bezugsimpulses (b5) ansprechend hergeleitet und gleichzeitig damit begonnen wird, einen -

Strom in der Zündspule .fließen zu lassen und daß ein Zeitintervall auf die,vordere Flanke des Bezugsimpulses ansprechend gezählt und gegenüber dem vorhergesagten Vorstellwinkel geprüft wird, um eine Übereinstimmung (t/jg) dazwischen i'estzustel'len und dadurch das Fließen des Stromes zu beenden, damit eine Zündung auftritt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die den Bezugsimpuls erzeugende Einrichtung ein mit Zähnen versehenes Rad, das sich mit der Kurbelwelle dreht, eine elektromagnetische Aufnehmerspule, die ortsfest in der Nähe des mit Zähnen versehenen Rades angebracht ist, um ein Signal zu erzeugen, dessen Amplitude sich als Funktion der Drehzahl des mit Zähnen versehenen Rades ändert, wobei das Signal eine schräg verlaufende vordere Flanke, die als Funktion der Drehzahl des Rades bezüglich eines Zahnes vorläuft, und eine schräg verlaufende nachfolgende Flanke aufweist, die im wesentlichen mit dem Zahn zusammenfällt und einen Komparator umfaßt, der das Signal mit einem Bezugswert vergleicht, um einen Äusgangsimpuls als Bezugsimpuls zu erzeugen, wenn das Signal den Bezugswert überschreitet.
3. Vorrichtung nach Anspruch Ί und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuereinrichtung, die auf die nachlaufende Flanke eines vorhergehenden Bezugsxmpulses ansprechend aus dem aufgenommenen Leistungsbedarf und der aufgenommenen Drehzahl der Kurbelwelle einen ersten und einen zweiten Wert herleitet, die jeweils ein erstes und ein zweites vorhergesagtes Zeitintervall wiedergeben, ein erstes Zeitintervall von der nachlaufenden Flanke aus und ein zweites Zeitintervall von der vorderen Flanke eines anschließenden Bezugsxmpulses aus zählt, eine

erste Übereinstimmung zwischen dem ersten vorhergesagten und dem ersten gezählten Zeitintervall und eine zweite Übereinstimmung zwischen dem zweiten vorhergesagten und dem zweiten gezählten Zeitintervall wahrnimmt, einen Spannungsanstieg bewirkt, und zwar auf die vordere Flanke des anschließenden Bezugsimpulses ansprechend, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle der Maschine unter einem vorbestimmten Wert liegt, und auf die vordere Flanke oder die erste Übereinstimmung, je nach dem welche früher auftritt, ansprechend, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle über dem vorbestimmten Wert liegt, und einen Spannungsabfall bewirkt und zwar auf die nachlaufende Flanke des anschließenden Bezugsimpulses ansprechend, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle unter dem vorbestimmten Wert liegt und auf die zweite Übereinstimmung ansprechend, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle über dem vorbestimmten Vert liegt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,'

daß die Steuereinrichtung einen Mikrocomputer (100) mit einem Eingang (iNüj), der mit dem Ausgang des Komperators verbunden ist. und mit einem ersten und zweiten ng(P24.,3?26^' ^e^^ne Taktsignalquelle (63), die Zeittaktsignale erzeugt,und eine logische Verknüpfungsschaltung (60) umfaßt, deren erster Eingang mit dem ersten Eingang (P04.) des Mikrocomputers verbunden ist und deren zweiter Eingang mit dem Ausgang des Komparators (15) verbunden ist, wobei die Steuerklemme der Verknüpfungsschaltung am zweiten Ausgang (Ppg) des Mikrocomputers liegt und der Ausgang der Steuerschaltung mit einer Zündeinrichtung (90) verbunden ist, und wobei der Mikrocomputer so programmiert ist, daß er die folgenden Arbeitsschritte ausführt:

a) Anlegen des Wertes O an den ersten Eingang der Verknüpfungsschaltung (60) und des Wertes 1 an die Steuerklemme der Schaltung (60), um den ersten Eingang wirkungslos zu machen und den zweiten Eingang zur Wirkung zu bringen,

b) aufeinanderfolgendes Wahrnehmen der nachlaufenden Flanke des Bezugsimpulses vom Komparator,

c) Auslösen eines Zeitgeberunterbrechungsprogramm.es und leines TDC-'(oberer Totpunkt) Unterbrechungspro grammes,

d) Wahrnehmen der Maschinenbetriebsparameter einschließlich des Ansaugunterdrucks der Maschine und der Drehzahl der Kurbelwelle der Maschine,

e) Zählen des Zeitsignals bis ein bestimmter Zählerstand .. erreicht ist, um eine Unterbrechung für das Zeitgeberunterbrechungsprogramm zu erzeugen, wobei das Zeitgeberunterbrechungsprogramm die Schritte

el) Peststellen ob SDWL gleich 0 ist, um den Wert 1 an den ersten Eingang der Verknüpfungsschaltung zu legen und

e2) Herabsetzen der Variablen SDWL umfaßt,

f) Wahrnehmen der vorderen Flanke des Bezugsimpulses, um eine Unterbrechung für das TDC-Unterbrechungsprogramm zu erzeugen, wobei das TDC-Unterbrechungsprogramm die Programmschritte

f1) Legen des Wertes 1 an den ersten Eingang der Verknüpfungsschaltung,

f2h Setzen einer Variablen EDWL auf den zweiten Wert **"'' als Funktion der wahrgenommenen Maschinenparameter, f3) Herabsetzen der Variablen EDWL, Feststellen ob EDWL gleich 0 ist, um den Wert O-an

den ersten Eingang der Verknüpfungsschaltung zu legen,

f5) Wiederholen der Programmschritte f 3) unü f4), Ms die nachlaufende Planke des Bezugsimpulses auftritt, falls EDWL gleich O nicht im Programmschritt f4) festgestellt wird,

f6) weiteres Herabsetzen der Variablen EDWL auf den Programmschritt f4) ansprechend, Ms die nachlaufende Planke des Bezugsimpulses auftritt,

jf7) !Teufe st setzen der Variablen SDWL auf den ersten Wert als Punktion der wahrgenommenen Maschinenparameter und

f8) Peststellen, ob die Drehzahl der Maschinenkurbelwelle über oder unter dem vorbestimmten Wert liegt, um den Wert O an die Steuerklemme der Verknüpfungsschaltung zu legen und den ersten Eingang der Verknüpfungsschaltung wirksam zu ■ machen und den zweiten Eingang unwirksam zu machen '

umfaßt, und

g) Wiederholen der Programmschritte d) bis f).