DE3447341A1

DE3447341A1 - Verfahren zur schliesswinkelregelung einer fremdgezuendeten brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3447341A1
Application number: DE19843447341
Authority: DE
Inventors: Hans-Ernst Dipl.-Ing. 7141 Oberriexingen Beyer; Jörg Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Bonitz; Robert Dipl.-Ing.(FH) 7141 Benningen Entenmann; Siegmar Dipl.-Ing.(FH) 7141 Schwieberdingen Förster; Rochus 7014 Kornwestheim Knab; Wolfgang 7143 Vaihingen Kugler; Walter Dr. 7140 Ludwigsburg Künzel; Alfred Dr.-Ing. 7149 Freiberg Mahlberg; Bernhard Miller; Matthias Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Philipp; Siegfried Dr.-Ing. 7141 Schwieberdingen Rohde; Stefan Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Unland; Walter Dipl.-Ing. 7141 Schwieberdingen Vieß; Herbert Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Winter; Jürgen Dipl.-Phys. Dr. 7141 Schwieberdingen Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-12-24
Filing date: 1984-12-24
Publication date: 1986-06-26
Anticipated expiration: 2004-12-25
Also published as: DE3447341C2

Description

Verfahren zur Schließwinkelregelung einer fremdgezündeten
Brennkraftmaschine Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Schließwinkelregelung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruches.
Aus der US-PS 4 198 936 ist bereits eine Vorrichtung zur Schließwinkelregelung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein Inkrementgebersystem an einen Zündungsrechner und eine elektronische Vorrichtung zur Schließwinkelregelung angeschlossen ist. Der Zündungsrechner berechnet aus Motordaten den Zündzeitpunkt, während in der elektronischen Vorrichtung das Tastverhältnis, d.h. das Verhältnis zwischen Offenwinkel und Schließwinkel während einer Umdrehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, festgelegt wird. Hierfür wird der Primärstrom der Zündspule über einen Strommeßwiderstand erfaßt und mit einem Vergleichswert verglichen. Wird der Vergleichswert überschritten, so wird ein in der elektronischen Vorrichtung enthaltener Zähler gesperrt, wodurch sich für den nächsten Verbrennungszyklus der Schließzeitpunkt verzögert und damit der Schließwinkel verkleinert.
Weiterhin ist in der nicht vorveröffentlichten DE-OS 34 02 537 vorgeschlagen worden, eine Schließzeitregelung für Brennkraftmaschinen mit einem Segmentsystem durchzuführen. Hierfür wird die Schließzeit relativ zu zwei auf einem Geberrad angebrachten Bezugsmarken eingestellt. Der Primär strom der Zündspule wird dabei über zwei Komparatoren erfaßt, deren Ausgangssignale an einen Zündungsrechner geführt werden. Der Zündungsrechner berechnet dann in Abhängigkeit der Bezugsmarken, der Ausgangssignale der zwei Komparatoren und der Drehzahl jeweils den gültigen nächsten Schließ- und Zündzeitpunkt.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schließwinkelregelung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, besonders einfach und daher kostengünstig und störsicher aufgebaut zu sein. Gleichzeitig wird ein besonders gutes Dynamikverhalten bei starken Drehzahlwechseln der Brennkraftmaschine, etwa während eines Schaltvorganges in einem Kraftfahrzeug, erreicht.
In den Unteransprüchen sind besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben. Besonders vorteilhaft ist es, durch Interpolation zwischen zwei Marken eine fiktiv höhere Markendichte zu erreichen, womit eine genauere Schließwinkelregelung erreicht wird. Eine Vorsteuerung des Schließwinkels in Abhängigkeit der Batteriespannung undloder der Drehzahl hat den besonderen Vorteil, daß hierdurch die Schließwinkelregelung besonders sicher bei extremen Temperaturen bzw. hohen Drehzahländerungen durchgeführt wird. Diese Vorsteuerung kann dabei besonders einfach im Zündungsrechner als Kennfeld abgespeichert sein.
Bei Realisierung als Software im Zündungsrechner ist die Schließwinkelregelung vom Algorithmus her besonders einfach, wenn der Offenwinkel im Anschluß an den Zündzeitpunkt geregelt wird. Eine sichere Brenndauer eines Zündfunkens auch bei hoher Drehzahl ist dann besonders gewährleistet, wenn der Offenwinkel einen minimal zulässigen Wert nicht unterschreitet. Die Schließwinkelregelung nur oberhalb einer festgelegten Drehzahl der Brennkraftmaschine durchzuführen und unterhalb dieser Drehzahl den Schließwinkel auf einen festen Wert einzustellen hat den besonderen Vorteil, daß ein sicherer Start und ein ruhiger Anlauf der Brennkraftmaschine gewährleistet ist. Um unter bestimmten Betriebsbedingungen, etwa im Fall der Beschleunigung, eine erhöhte Regeldynamik zu erreichen, ist es besonders einfach und vorteilhaft, wenn dazu der Schließwinkel um mehr als eine Winkeleinheit inkrementiert oder dekrementiert wird.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur 1 zeigt ein Strukturdiagramm des schaltungstechnischen Aufbaus des Erfindungsbeispieles und die Figur 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels In der Figur 1 ist ein Markenrad 1 mit einer Bezugsmarke 11 und weiteren Marken 12 dargestellt. Die Marken 12 sind gleichmäßig auf dem Umfang des Markenrades 1.angebracht, wobei die Bezugsmarke 11 durch eine an einer Stelle des Umfangs fehiende Marke gebildet wird. Andere bekannte Lösungen zur Bildung einer Bezugsmarke sind selbstverständlich ebenfalls einsetzbar. Die Bezugsmarke 11 und die Marken 12 werden von einem Markensensor 2 erfaßt. Die Marken sind dabei als ferromagnetische Zähne auf dem Markenrad 1 ausgebildet, so daß bei Passieren eines Zahnes am Markensensor 2 eine Induktivitätsänderung erfolgt und darauf ein elektrisches Signal an eine Impulsformerschaltung 3 abgegeben wird, die an den Markensensor 2 angeschlossen ist. Die Impulsformerschaltung 3 verstärkt die Ausgangssignale des Markensensors 2 und überführt sie in digitale elektrische Signale, deren Pegel für einen an die Impulsformerschaltung 3 angeschlossenen Zündungsrechner 4 verarbeitbar ist.
Der Zündungsrechner 4 erhält von der Brennkraftmaschine Betriebsdaten 41, insbesondere die Temperatur T der Brennkraftmaschine und den Druck p im Ansaugrohr. Aufbau und Funktionsweise eines solchen Zündungsrechners 4 ist dem Fachmanne hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt, so beispielsweise aus der US-PS 4 198 936. Zur Vereinfachung der Darstellung ist daher der Zündungsrechner 4 nicht weiter erläutert, als daß er aus den Betriebsdaten der Brennkraftmaschine den richtigen Zündzeitpunkt berechnet und zu diesem Zeitpunkt einen Zündfunken in der Brennkraftmaschine auslöst.
Hierfür ist der Zündungsrechner 4 an eine Zündungsendstufe 5 angeschlossen, deren Endstufentransistor mit dem Kollektor in herkömmlicher Weise an die Primärwicklung einer Zündspule 6 angeschlossen ist. Bei leitendem Endstufentransistor der Zündungsendstufe 5 fließt ein Strom von der positiven Batteriespannung UB über die Primärwicklung der Zündspule 6, durch den Endstufentransistor der Zündungsendstufe 5 und über einen Stromerfassungswiderstand 8 gegen Masse. Die Sekundärwicklung der Zündspule 6 ist in herkömmlicher Weise zwischen den Kollektor des Endstufentransistors der Zündungsendstufe 5 und eine Funkenstrecke 7 geschaltet. Zum Zündzeitpunkt wird vom Zündungsrechner 4 der Endstufentransistor der Zündungsendstufe 5 geschlossen, so daß der Strom durch die Primärwicklung der Zündspule 6 unterbrochen wird, worauf an der Sekundärwicklung eine hohe Spannung induziert wird und an der Funkenstrecke 7 ein Funken entsteht. Die über dem Stromerfassungwiderstand 8 abfallende Spannung, die nach dem Ohm'schen Gesetz direkt proportional zum Primär strom der Zündspule 6 ist, wird auf einen Eingang eines Komparators 9 geführt. Ein anderer Eingang des Komparators 9 ist mit einer Referenzspannung Uref verbunden. Der Ausgang des Komparators 9 führt auf einen Eingang des Zündungsrechners 4. Überschreitet nun die über dem Stromerfassungswiderstand 8 abfallende Spannung die Referenzspannung Uref, SO erscheint am Ausgang des Komparators 9 ein Impuls, der dem Zündungsrechner 4 mitgeteilt wird.
Die Wirkungsweise der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung wird nun anhand der in der Figur 2 dargestellten Signaldiagramme erläutert. Das Markenrad 1 rotiert synchron mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Dabei werden die Bezugsmarke 11 und die Marken 12 am Markensensor 2 vorbeigeführt. In der ersten Zeile der Figur 2 ist eine Impulsfolge U3 aufgetragen, wie sie am Ausgang der Impulsformerschaltung 3 erscheint. Dabei entspricht ein Impuls einer Marke 12 am Markenrad 1, eine in der Impulsfolge U3 auftretende Lücke entspricht der Bezugsmarke ii. In der zweiten Zeile der Figur 2 ist ein Signal U5 dargestellt, wie es am Eingang der Zündungsendstufe 5 und an der Basis des Endstufentransistors anliegt. Dabei ist der Schließwinkel mit w und entsprechend der Offenwinkel mit wO ge-5 0 kennzeichnet. Der Schließwinkel w setzt sich aus dem s Vorsteuerwinkel w und dem Regelwinkel wR zusammen. Dabei v R wird der Zündwinkel w ab der Bezugsmarke 22 gezählt.
Während der Schließzeit wird die Zündspule 6 aufgeladen, so daß über dem Stromerfassungswiderstand 8 eine Spannung U8 abfällt, wie sie in der dritten Zeile der Figur 2 dargestellt ist. Überschreitet diese am ersten Eingang des Komparators 9 anliegende Spannung U8 die am zweiten Eingang anliegende Referenzspannung Uref, so erscheint am Ausgang des Komparators 9 ein Impuls U9, wie er in der vierten Zeile der Figur 2 dargestellt ist.
Nach jedem Zündzeitpunkt berechnet der Zündungsrechner 4 aus den Betriebsdaten 41 der Brennkraftmaschine den für den nächsten Verbrennungszyklus gültigen Zündwinkel wz und aus Drehzahl und Batteriespannung den Vorsteuerwinkel wv. Der Vorsteuerwinkel wv ist hierfür in einem Kennfeld als Funktion von Drehzahl und Batteriespannung abgespeichert. Aus dem vorhergehenden Verbrennungszyklus ist bekannt, ob am Ausgang des Komparators 9 ein Impuls U9 erschien oder ob nicht. Aus dieser Information wird der Regelwinkel wR best immt. Er ist positiv oder negativ, je nachdem ob der Schließwinkel w für den folgenden Ver-5 brennungszyklus vergrößert oder verkleinert werden soll.
Daraus ergibt sich der nächste Offenwinkel wO, der am Anschlup an den Zündzeitpunkt in durch den Abstand der Marken 12 am Umfang des Markenrades 1 festgelegten Winkeleinheiten abgezählt wird. Nach Ablauf des Offenwinkels w wird die Zündungsendstufe 5 angesteuert, so daß 0 zur Spule 6 geladen wird. Der Zündungsrechner 4 wartet dann auf das Erscheinen der Bezugsmarke 11, das er an der Lücke in der Impulsfolge U3 erkennt. Ab der Bezugsmarke 11 wird der Zündwinkel wz ebenfalls in durch den Abstand der Marken 12 festgelegten Winkeleinheiten abgezählt, bis der Zündzeitpunkt erreicht ist und der nächste Verbrennungszyklus beginnt.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das hier gewählte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es ist insbesondere möglich, in der Impulsformerschaltung 3 eine Frequenzvervielfacherstufe unterzubringen, die eine fiktiv erhöhte Markendichte und damit erhöhte Genauigkeit der Schließwinkelregelung bewirkt. Weiterhin ist es möglich, eine Bezugsmarke mit einem zweiten Bezugsmarkensensor auf einem getrennten Markenrad zu erfassen, während das erste Markenrad eine kontinuierliche Mark,enfolge aufweist. Durch Multiplexbetrieb innerhalb des Zündungsrechners 4 kann die erfindungsgemäße Schließwinkelregelung zylinder spezifisch durchgeführt werden. Da der Schließwinkel w und der Zündwinkel w z getrennt berechnet wer-5 den, ist die Schließwinkelregelung problemlos in eine Klopfregelung integrierbar, auch wenn die Klopfregelung ein großes Dynamikverhalten zeigt.
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Claims

Ansprüche Verfahren zur Schließwinkelregelung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei während der Schließzeit zur Speicherung von magnetischer Energie ein Primär strom durch eine Zündspule fließt und am Ende der Schließzeit durch Unterbrechung des Primärstromes ein Zündfunken erzeugt wird, wobei der Primär strom erfaßt und mit einem Vergleichswert verglichen wird, wobei der Schließwinkel verringert wird, wenn der Vergleichswert überschritten wird, oder vergrössert wird, wenn der Vergleichswert nicht überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließwinkel um wenigstens eine Winkeleinheit inkrementiert oder dekrementiert wird, wobei die Winkeleinheit durch den von einer Marke beanspruchten Umfangswinkel eines synchron mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine rotierenden Markenrades festgelegt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeleinheit ein ganzzahliger Teiler des von einer Marke beanspruchten Umfangsvinkeis ist und durch Interpola tion zwischen zwei Marken gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch a oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließwinkel in Abhängigkeit der Batteriespannung der Brennkraftmaschine vorgesteuert wird.
h. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließwinkel in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgesteuert wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließwinkelvorsteuerung über ein Kennfeld durchgeführt wird, das in einem Zündungsrechner abgespeichert ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Schließwinkels der Offenwinkel im Anschluß an den Zündzeitpunkt geregelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Offenwinkel um eine Winkeleinheit inkrementiert wird, wenn zum Zündzeitpunkt der Vergleichswert überschritten ist, oder dekrementiert wird, wenn zum Zündzeitpunkt der Vergleichswert nicht überschritten ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Offenwinkel einen minimal zulässigen Wert nicht unterschreitet.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließwinkelregelung nur oberhalb einer festgelegten Drehzahl der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der festgelegten Drehzahl der Brennkraftmaschine der Schließwinkel auf einen festen Wert eingestellt ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine, vorzugsweise der Beschleunigung der Schließwinkel um mehr als eine Winkeleinheit inkrementiert oder dekrementiert wird.