DE3313610C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zünd­ zeitpunktverstelleinrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Da die von den einzelnen Zündkerzen innerhalb der Brenn­ kammern von Brennkraftmaschinen sich ausbreitenden Flammenfronten eine endliche Geschwindigkeit aufweisen, muß der Zündzeitpunkt bekanntlich gegenüber dem oberen Totpunkt der verschiebbaren Kolben vorverlegt werden. Die Größe der zeitlichen Vorverlegung des Zündzeit­ punktes hängt dabei von verschiedenen Betriebsparame­ tern der Brennkraftmaschine, insbesondere ihrer Dreh­ zahl ab, so daß die Zündsysteme von Brennkraftmaschinen generell mit einer Zündzeitpunktverstelleinrichtung ver­ sehen sind, mit welcher der Zündzeitpunkt für die ein­ zelnen Zündkerzen möglichst optimal eingestellt wird.

Untersuchungen haben dabei gezeigt, daß die von Brenn­ kraftmaschinen abgegebene Leistung jeweils dann ihren maximalen Wert erreicht, wenn der Zündzeitpunkt für die einzelnen Zündkerzen zum frühestmöglichen Zeitpunkt erfolgt wobei jedoch vermieden werden muß, daß aufgrund einer zu frühen Zündung ungewünschte Klopfzustände auftreten, aufgrund welcher die Lebensdauer der jeweiligen Brenn­ kraftmaschine nachteilig beeinflußt wird.

Entsprechend einem älteren Vorschlag der Anmelderin ist es somit bereits bekannt, (DE-OS 31 03 605), im Be­ reich der Brennkraftmaschine einen Klopfdetektor vorzu­ sehen, mit welchem eine unmittelbare Einstellung des gerade noch zulässigen, jedoch frühmöglichsten Zünd­ zeitpunktes erfolgt. Diese Art der Beeinflussung des Zündzeitpunktes erlaubt dabei die Berücksichtigung der verschiedensten Betriebsparameter der jeweiligen Brenn­ kraftmaschine, welche in indirekter Weise den Ver­ brennungsvorgang innerhalb der Brennkammern von Brenn­ kraftmaschinen beeinflussen.

Dieser Gedanke der unmittelbaren Beeinflussung des Zündzeitpunktes in Abhängigkeit eines vorgesehenen Klopf­ detektors wurde von der Anmelderin im Rahmen der DE-OSen 30 28 941 und 31 48 124 weitergeführt, aufgrund welcher es bekannt ist, neben dem Klopfdetektor zusätzlich einen die drehzahlmäßige Beschleunigung der Brennkraftmaschine erfassenden Beschleunigungsdetektor vorzusehen, welcher ebenfalls zur Steuerung des Zündzeitpunktes heran­ gezogen wird. Der Grund für das Vorsehen eines der­ artigen Beschleunigungsdetektors ist der, daß bei starken Beschleunigungsvorgängen einer Brennkraftma­ schine- d.h. im Fall der Verwendung einer derartigen Brennkraftmaschine innerhalb eines Kraftfahrzeuges zum Zeitpunkt eines kräftigen Durchdrückens des Gaspedals­ äußerst starke Klopfvorgänge innerhalb der Brennkraft­ maschine stattfinden, so daß im Vergleich zum Normal­ betrieb der Brennkraftmaschine die an einer Brennkraft­ maschine auftretenden Klopfvorgänge besonders berücksich­ tigt werden müssen. Gemäß dem erstgenannten Stand der Technik ist dabei die Anordnung derart getroffen, daß beim Ansprechen des jeweiligen Beschleunigungsdetektors eine derartige Rückverlegung des Zündzeitpunktes vorge­ nommen wird, daß das Auftreten von ungewünschten Klopf­ vorgängen innerhalb der Brennkraftmaschine auf alle Fälle verhindert wird - die Steuerung der Zündzeitpunkt­ verstellschaltung in Abhängigkeit des Klopfdetektors wird in diesem Fall mehr oder weniger inaktiviert -, während im Fall des zweiten genannten Standes der Tech­ nik innerhalb eines Additionskreises eine Addition des Klopfdetektorsignals und des Beschleunigungdetektorsi­ gnals vorgenommen wird, so daß auf diese Weise während der Beschleunigung einer Brennkraftmaschine auftretende Klopfzustände weitgehend unter Kontrolle gehalten werden können.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß trotz Vorsehens zweier Detektoren in Form eines Klopfdetektors und eines Be­ schleunigungsdetektors keine optimale Einstellung des Zündzeitpunktes erfolgt, was im wesentlichen darauf zu­ rückzuführen ist, daß die Verbrennungsvorgänge in Brenn­ kraftmaschinen nicht mit einer ausreichenden Konstanz ablaufen, weil vielfache Faktoren - wie Gemischeinstellung Drehzahl, Eigenschaften des Kraftstoffes, Luftfeuchtig­ keit, Höhe über dem Meeresspiegel, Alter des Kraftfahr­ zeugs, Einstellung des Vergasers und dgl. - eine Rolle spielen.

In diesem Zusammenhang ist demzufolge eine Zündzeitpunkt­ verstelleinrichtung bekannt (DE-OS 31 05 753), bei welcher eine Veränderung des Regelbereiches des den Zünd­ zeitpunkt festlegenden Phasenverschiebungswinkels in Ab­ hängigkeit der Drehzahl der jeweiligen Brennkraftmaschine vorgenommen wird.

Unter Berücksichtigung dieses zuletzt genannten Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Zündzeitpunktverstelleinrichtung der im Oberbegriff des geltenden Patentanspruchs 1 genannten Art dahin­ gehend weiterzubilden, daß auch während der Beschleuni­ gungszustände der Brennkraftmaschine eine in der Regel von einer Vielzahl von unterschiedlichen Betriebspara­ metern abhängige optimale Einstellung des Zündzeit­ punktes durchführbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale erreicht.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich anhand der Unteransprüche 2 und 3.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündzeitpunktverstell­ einrichtung,

Fig. 2 die Kurve eines Ausgangssignals eines zur Steuerung der Zündzeitpunktverstelleinrich­ tung von Fig. 1 verwendeten Beschleunigungs­ detektors,

Fig. 3 und 4 verschiedene Wellenform-Diagramme beim Be­ trieb der Zündzeitpunktverstelleinrichtung von Fig. 1 zum Zeitpunkt, bei welchem bei der Brenn­ kraftmaschine kein Klopfen sowie Klopfen auf­ tritt,

Fig. 5 eine charakteristische Kurvendarstellung des maximalen Phasenverschiebungswinkels der Zünd­ zeitpunktverstelleinrichtung von Fig. 1 im Fall von positiven Beschleunigungsvorgängen,

Fig. 6 und 7 charakteristische Kurvendarstellungen des maximalen Phasenverschiebungswinkels der Zünd­ zeitpunkteinrichtung von Fig. 1 im Fall nach­ lassender Beschleunigungswerte.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbei­ spiels der erfindungsgemäßen Zündzeitpunktverstelleinrich­ tung. Dieselbe weist einen Klopfdetektor 1 auf, welcher an der nicht dargestellten Brennkraftmaschine zur Fest­ stellung auftretender Vibrationsschwingungen befestigt ist. Das Ausgangssignal dieses Klopfdetektors 1 wird einem Fre­ quenzfilter 2 zugeführt, welches die höherfrequenten Frequenzkomponenten des Klopfdetektors 1 durchläßt. Das auf diese Weise gebildete Signal wird einem Gatter 3 zuge­ führt, welches von einer Zeitsteuereinheit 4 angesteuert wird. Das Ausgangssignal des Gatters 3 wird einem Geräusch­ detektor 5 zugeleitet, welcher ein Signal entsprechend den mechanischen Schwingungsgeräuschen der Brennkraft­ maschine mit Ausnahme der Klopfzeit bildet. Dieses Si­ gnal wird einem Komparator 6 zugeführt, welcher die Aus­ gangsspannung des Gatters 3 mit der des Geräuschdetektors 5 vergleicht und auf diese Weise einen Klopfdetektorimpuls erzeugt. Dieses Signal wird einem Integrator 7 zugeleitet, welcher den Ausgangsimpuls des Komparators 6 integriert, um eine integrierte Spannung entsprechend der Klopfstär­ ke zu erzeugen. Dieses Signal wird einem Phasenschieber­ kreis 8 zugeführt, welcher die Phase eines Zündsignals ver­ schiebt, so daß es ein Referenzsignal entsprechend dem Aus­ gangssignal des Integrators 7 bildet.

Die betreffende Schaltanordnung besitzt ferner einen Zünd­ signalgenerator 9, welcher ein Zündsignal entsprechend einer vorgegebenen Zündwinkelvoreilung erzeugt. Dieses Si­ gnal wird einem Wellenformer 10 zugeführt, welcher die Wellenform des betreffenden Signals im Hinblick auf die Schließwinkelsteuerung der Erregung einer Zündspule 12 formt. Ferner ist ein Schaltkreis 11 vorgesehen, welcher die Erregung der Zündspule 12 entsprechend dem Ausgangs­ signal des Phasenschieberkreises 8 unterbricht. Schließ­ lich ist ein Drucksensor 13 vorhanden, welcher den Ansaug­ druck im Verteiler der Brennkraftmaschine mißt. Das auf diese Weise gebildete Signal wird einem Differenzierglied 14 zugeleitet, welches den Beschleunigungszustand der Brenn­ kraftmaschine aus der Veränderung des Ausgangssignals des Drucksensors 13 bestimmt.

Fig. 2 zeigt die Frequenzcharakteristik des Ausgangs­ signals vom Drucksensor 1, wobei die Kurve A den Fall zeigt, daß innerhalb der Brennkraftmaschine kein Klopfen auftritt, während die Kurve B jenen Fall angibt, in welchem ein Klopfzustand vorhanden ist.

Im letzteren Fall enthält das Ausgangssignal des Druck­ sensors 1 das Klopfsignal sowie sonstige elektrische und mechanische Geräuschkomponenten der Brennkraftmaschine. Vergleicht man die Kurve A mit der Kurve B, so ist erkenn­ bar, daß das Klopfsignal eine bestimmte Verteilung der Frequenzcharakteristik besitzt. Diese Verteilungen unter­ scheiden sich geringfügig von der Art und dem Typ der Brennkraftmaschine und von der Befestigungsstelle des Klopfdetektors, doch sie zeigen jeweils klare Unterschiede bezüglich des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins eines Klopfgeräusches. Entsprechend kann das Klopfsignal wirksam festgestellt werden, indem lediglich die spezifi­ schen Frequenzkomponenten des Klopfsignals durch Unter­ drückung der andere Frequenzkomponenten aufweisenden Ge­ räusche herausgefiltert werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die beim Betrieb der betreffenden Schaltanordnung an den verschiedenen Stellen auftretenden Wellenformen, wobei Fig. 3 jenen Fall zeigt, bei welchem kein Klopfen auftritt, während in Fig. 4 der Fall gezeigt ist, bei welchem Klopfzustände auftreten.

In dem Folgenden soll die Funktionsweise der erfindungsge­ mäßen Zündzeitpunktverstelleinrichtung beschrieben werden:

Das von dem Zündsignalgenerator 9 in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Zündzeitpunktkennlinie erzeugte Signal wird im Wellenformer 10 in die gewünschte Wellenform ge­ bracht. Über den Phasenschieber 8 wird damit der Schalt­ kreis 11 gesteuert, wodurch die Erregung der Zündspule 12 unterbrochen wird. Mit Hilfe des auf der Sekundärseite der Zündspule 12 zum Zeitpunkt der Signalunterbrechung erzeugten Zündsignals erfolgt die Zündung der Brennkraftmaschine, wobei die während des Betriebs auftretenden Motorschwin­ gung mit Hilfe des Klopfdetektors 1 erfaßt werden.

So lange in der Brennkraftmaschine kein Klopfen auftritt, treten auch keine durch Klopfen verursachten Motorvibrationen auf, so daß allein mechanische Geräusche sowie zum Zündzeit­ punkt F auftretende Zündgeräusche vom Klopfdetektor 1 erfaßt werden, so wie dies in Fig. 3a dargestellt ist. Das vom Klopfdetektor 1 gebildete Ausgangssignal wird bezüglich seiner mechanischen Geräuschkomponenten durch das Frequenzfilter 2 weitgehend unterdrückt, so wie dies in Fig. 3b gezeigt ist. Da jedoch die Zündgeräuschkompo­ nente stark ist, wird dieses Zündgeräusch mit relativ hohem Pegelwert durch das Frequenzfilter 2 hindurchge­ lassen.

Da das Zündgeräusch irrtümlich als ein Klopfsignal ausge­ wertet werden könnte, wird das Gatter 3 durch das in Fig. 3 c gezeigte Steuersignal von der durch das Ausgangs­ signal des Phasenschiebers 8 getriggerten Zeitsteuerein­ heit 4 nur während einer vorgegebenen Zeitspanne im Be­ reich des Zündzeitpunktes F geschlossen, wodurch das Zünd­ geräusch unterdrückt wird. Auf diese Weise wird lediglich das in Fig. 3d in der Kurve A gezeigte mechanische Geräusch am Ausgang des Gatters 3 abgegeben. Auf der anderen Seite wird durch den Geräuschdetektor 5 eine Kennlinie vor­ gegeben, welche den Änderungen des Spitzenwertes beim Ausgangssignal des Analoggliedes 3 und in diesem Fall den relativ kleinen Änderungen im Spitzenwert des gewöhn­ lichen mechanischen Geräusches entspricht. Dabei wird ge­ mäß Kurve B in Fig. 3d eine Gleichspannung erzeugt, welche nur geringfügig höher ist als der Spitzenwert des mechani­ schen Geräusches. Da das Ausgangssignal des Geräuschde­ tektors 5 größer ist als der mittlere Spitzenwert des Ausgangssignals des Gatters 3, wird gemäß Fig. 3e von dem die beiden Signale vergleichenden Komparator 6 kein Aus­ gangssignal erzeugt, so daß alle Geräusche unterdrückt wer­ den. Entsprechend wird gemäß Fig. 3f vom Integrator 7 keine Ausgangsspannung abgegeben. Der Phasenverschiebungs­ winkel, d.h. die Phasendifferenz am Eingang und am Aus­ gang des Phasenschieberkreises 8 beträgt somit Null, so daß die Öffnungs- oder Schließphase des durch das Aus­ gangssignal des Phasenschieberkreises 8 gesteuerte Schalt­ kreises 11 und damit die Unterbrechungsphase zur Erregung der Zündspule 12 gemäß Fig. 3g in Phase mit dem durch das Ausgangssignal des Wellenformers 10 gebildeten Bezug- Zündsignals liegt. Der Zündzeitpunkt tritt gemäß Fig. 3h somit an der Stelle des Bezugszündsignals auf.

Wenn dann aber innerhalb der Brennkraftmaschine ein Klopfen auftritt, tritt gemäß Fig. 4a im Ausgangssignal des Klopf­ detektors 1 aufgrund der durch das Klopfen verursachten Motorschwingung in der Nähe des Zündzeitpunktes ein Klopf­ impuls auf. Das Ausgangssignal vom Frequenzfilter 2 er­ hält die in Fig. 4b gezeigte Gestalt. Das durch das Gatter 3 gehende Signal ist dabei gemäß Kurve A von Fig. 4 d diesem Klopfimpuls überlagert. Da der Anstieg des Klopfimpulses steil ist, ist der Ausgangsspannungspegel des Geräuschdetektors 5 gemäß Kurve B von Fig. 4d niedriger als der Klopfimpuls. Am Ausgang des Komparators 6 tritt demzufolge entsprechend Fig. 4e ein Signal auf. Der das Ausgangssignal des Komparators 6 integrierende Integra­ tor 7 liefert somit die integrierte Spannung gemäß Fig. 4f. Da der Phasenschieberkreis 8 das Ausgangssignal des Wellenformers 10 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Integrators nach der Zeitverzögerungsseite verschiebt, wird die Ausgangsphase des Phasenschieberkreises 8 von der Phase des Bezugs-Zündungssignals gemäß Fig. 4g des Schaltkreises 10 verzögert, so daß der Schaltkreis 11 mit dem in Fig. 4h gezeigten Signal betrieben und ge­ steuert wird, demzufolge der Zündzeitpunkt der Zündspule 12 verzögert und das Klopfen unterdrückt wird. Auf diese Weise kann eine optimale Zündzeitpunkteinstellung erreicht werden.

Das Klopfen in einer Brennkraftmaschine tritt bekanntlich während der Beschleunigungszeit des Brennkraftmotors häufi­ ger auf als während des normalen Betriebes. Wenn nun der Regelbereich des den Zündzeitpunkt festlegenden Phasenver­ schiebungswinkels im normalen Betrieb und bei Beschleuni­ gungsvorgängen jeweils der gleiche ist, dann reicht dieser Regelbereich bei Beschleunigungsvorgängen nicht aus, um das Klopfen der Brennkraftmaschine vollkommen zu unter­ drücken, so daß auf diese Weise eine Verschlechterung der Betriebseigenschaften der Brennkraftmaschine, speziell bei hohen Leistungen, zustande kommt.

Um diese Tendenz zu vermeiden, ist bei der erfindungsge­ mäßen Zündzeitpunktverstelleinrichtung der Drucksensor 13 zur Feststellung des Ansaugdruckes am Ansaugverteiler der Brennkraftmaschine vorgesehen, dessen Ausgangssignal dem Differenzierglied 14 zur Feststellung des Beschleuni­ gungszustandes der Drehzahl der Brennkraftmaschine zuge­ führt wird. Das auf diese Weise gebildete Beschleunigungs­ signal wird dem Integrator 7 eingegeben, so daß der durch den Phasenschieberkreis 8 festgelegte Regelbereich zum Zeitpunkt einer Beschleunigung der Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine im Vergleich zu normalem Betrieb in genügen­ der Weise vergrößert werden kann.

Die Funktionsweise der betreffenden Anordnung soll nunmehr im einzelnen beschrieben werden: Wenn der durch das Diffe­ renzierglied 14 differenzierte Wert des Drucksignals des Drucksensors 13 berechnet ist, und dieser berechnete Wert im Falle einer Beschleunigung größer als ein vorbestimm­ ter Wert ist, dann wird ein entsprechendes Signal dem Inte­ grator 7 eingegeben, welcher seinerseits bewirkt, daß der Maximalwert der integrierten Spannung einen größeren Wert annehmen kann als beim normalen Betrieb. Da der Phasen­ schieberkreis 8 das Ausgangssignal des Schaltkreises 10 entsprechend der Ausgangsspannung des Integrators 7 ver­ schiebt, wird in einem derartigen Fall das Ausgangssignal des Wellenformers 10 als ein Signal abgegeben, welches in der Phase um einen größeren Winkel verschoben ist als bei normalen Betrieb. Entsprechend Fig. 5 wird demzufolge der maximale Phasenverschiebungswinkel R₁ auf einen Wert R₂ erhöht, wobei R₁ < R₂ ist. Während Breschleunigungsvor­ gängen der Brennkraftmaschine wird somit die Steuerung des Phasenverschiebungswinkels im Vergleich zu Normalbe­ trieb mit einem entsprechend größeren Regelbereich durch­ geführt.

Da der gesamte Regelkreis derart ausgelegt ist, daß bei einer Reduzierung der Motorbeschleunigung für den Verstell­ vorgang des Zündzeitpunktes eine Dauer von mehr als 10 Sekunden erforderlich ist, ergäbe sich während dieses Zeitintervalls eine Verschlechterung der Betriebseffizienz der Brennkraftmaschine. Im Rahmen der vorliegenden Erfin­ dung erscheint es deshalb erwünscht, daß der den Zünd­ zeitpunkt festlegende Phasenverschiebungswinkel im An­ schluß an Beschleunigungsvorgänge rasch zurückgeführt wird.

Entsprechend Fig. 6 wird demzufolge der den Regelbereich festlegende maximale Phasenverschiebungswinkel bei Beendi­ gung von Beschleunigungsvorgängen sprunghaft von R₂ auf R₁ zurückgeführt. Gemäß Fig. 7 kann jedoch die Rückfüh­ rung des maximalen Phasenverschiebungswinkels von R₂ nach R₁ entsprechend einer linearen Funktion K durchge­ führt werden, wobei die Neigung dieser linearen Funktion K entsprechend der Motordrehzahl, der Kühlwasser- oder Öl­ temperatur verändert werden kann.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird somit während Beschleunigungsvorgängen der Brennkraftmaschine der den Regelbereich festlegende maximale Phasenverschiebungs­ winkel im Vergleich zu Normalbetrieb vergrößert, wodurch das während Beschleunigungsvorgängen verstärkt auftreten­ de Klopfen entsprechend unterdrückt wird. Bei Beendigung derartiger Beschleunigungsvorgänge wird jedoch der maxi­ male Phasenverschiebungswinkel rasch auf den für Normal­ betrieb vorgesehenen Wert zurückgeführt, wodurch die Be­ triebseffizienz der Brennkraftmaschine auch in jenen Be­ triebszuständen verbessert werden kann.

Claims (3)

1. Zündzeitpunktverstelleinrichtung für Brennkraft­ maschinen, insbesondere von Personenfahrzeugen, beste­ hend aus einem im Bereich der Brennkraftmaschine ange­ ordneten Klopfdetektor, dessen Ausgangssignal einer von einem Zündsignalgenerator gespeisten Zündzeitpunkt­ verstellschaltung zugeführt ist, welcher ebenfalls das Ausgangssignal eines eine bestimmte Betriebsgröße der Brennkraftmaschine messenden Detektors zugeleitet ist, mit dem der Regelbereich einstellbar ist, innerhalb wel­ chem eine Verstellung des Zündzeitpunktes in Abhängig­ keit zugeführter Klopfsignale erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der die bestimmte Betriebsgröße messende Detektor ein Beschleunigungsdetektor (13, 14) ist, welcher über einen Integrator (7) einen Phasenschieberkreis (8) derart be­ aufschlagt, daß der den Regelbereich des Zündzeitpunktes festlegende maximale Phasenverschiebungswinkel R des Phasenschieberkreises (8) bei Überschreitung eines vor­ gegebenen drehzahlmäßigen Beschleunigungswertes der Brennkraftmaschine von einem Wert R₁ sprunghaft auf einen Wert R₂ angehoben wird (Fig. 5).

2. Zündzeitpunktverstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (7) derart ausgebildet ist, daß der maximale Phasenverschiebungs­ winkel R des Phasenschieberkreises (8) bei Beendigung des drehzahlmäßigen Beschleunigungsvorganges der Brenn­ kraftmaschine entsprechend einer linearen Zeitfunktion K von dem Wert R₂ auf den Wert R₁ zurückgeführt ist (Fig. 7).

3. Zündzeitpunktverstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der linearen Zeitfunktion K des maximalen Phasenverschiebungswinkels R bei der Rückstellung von R₂ auf R₁ entsprechend einem weiteren Parameter, beispielsweise der Motordrehzahl oder der Kühlwasser- bzw. Öltemperatur, einstellbar ist.