DE3500643A1

DE3500643A1 - Vorrichtung zur korrektur von funktionsgroessen eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3500643A1
Application number: DE19853500643
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Alfa Romeo Auto SpA Neapel/napoli; Alfa Romeo Auto SpA; Alfa Romeo SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1984-01-20
Filing date: 1985-01-10
Publication date: 1985-07-25
Also published as: GB2153007A; US4706197A; FR2558529B1; DE3500643C2; JPS60169653A; IT8419263A0; FR2558529A1; IT1213129B; GB2153007B; GB8500810D0

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur klopfabhängigen Korrektur von Funktionsgrössen, wie Zündverstellung und Ladedruck, bei einem Verbrennungsmotor mit gesteuerter Zündung.

Bekanntlich kann der thermische Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren durch Anwendung von Verbrennungskammern gedrungener Form und durch Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses verbessert werden.Dadurch wird der Kraftstoffverbrauch geringer und die Literleistung grosser.

Mit der Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses steigt jedoch auch die Klopfneigung an, und zwar wegen der Erhöhung des

Druckes und der höchsten Betriebstemperatur. Anderseits

ζ wird die klopfmindernde Wirkung der Kraftstoffe wegen der Herabsetzung des zulässigen Bleizusatzanteils immer kleiner.

Eine gewöhnlich zur Beseitigung des Klopfens getroffene Massnähme besteht in der Verzögerung der Zündung, um eine angemessene Spanne gegenüber den Verstellwerten an der Klopfgrenze zurückzugewinnen. Dadurch wird jedoch der Motor hinsichtlich Leistung und Wirkungsgrad beeinträchtigt.

Es ist daher zweckmässig, das Verdichtungsverhältnis entweder durch Aufladen oder durch Herabsetzen des Volumens der Verbrennungskammer zu erhöhen, um den thermischen Wirkungsgrad bei Teillastbetrieb des Motors zu verbessern. Werden ausserdem gute Beschleunigungsleistungen angestrebt, so muss man eine vorübergehende Beeinträchtigung des Motors vermei-

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den und auf Mittel zurückgreifen, die denselben vor Klopfentwicklung bei Vollgasbetrieb schützen.

Es sind elektronisch gesteuerte Zündsysteme zur Regelung der

Zündverstellung in Abhängigkeit von den Motorkenngrössen bev

kannt und bei einigen dieser Systeme ist bereits die Kontrolle des Klopfens durch Wirken auf die Zündverstellung vorgesehen .

Bei aufgeladenen Motoren sind Kontrollmitte], des Ladedruckes vorgesehen, die das Öffnen eines dem Lader nachgeschalteten Entlüftungsventils oder eines Ventils am Turbinenbypass bei Aufladung mit Turbolader steuern. In der Regel werden zwei Klopfgeberarten benutzt, und zwar lonisationsfühler und piezoelektrische Fühler oder Beschleunigungsmesser.

Die einen werden unmittelbar in der Verbrennungskammer angeordnet, während die anderen allgemein am Zylinderkopf, am Motorblock oder am Ansaugkrümmer Platz finden.

Das Klopfen, das in jedem Motorzylinder bei jeder Verbrennung erzeugt werden kann, ist durch stärkere Motorschwingungen in der Regel im Frequenzbereich zwischen 4-6 KHz und 9-11 KHz gekennzeichnet. Die Geber müssen daher in der Lage sein, die Schwingungen in diesem Frequenzbereich zu erfassen. Die Amplitude eines durch den Geber erzeugten Klopfimpulses kann auch das 2 0-fache des auf das Brummen des ohne Klopfen normal laufenden Motors zurückzuführenden Schwingungssignals betragen.

Es wurden daher Vorrichtungen zur Korrektur der Zündverstel-

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lung und des Ladedruckes in Abhängigkeit von der Klopfstärke vorgeschlagen, bei denen das vom Beschleunigungsmesser bei einem vorgewählten den OT umfassenden VJinkelabstand abgegebene Schwingungssignal nach dem Durchgang durch einen Bandpassfilter verarbeitet wird, um den durchschnittlichen Amplitudenwert bei einer vorbestimmten Taktzahl zu ermitteln, wobei dieser Wert das Bezugssignal darstellt, mit dem die Amplitude des einzelnen, beim nächsten Takt vom Beschleunigungsr messer abgegebenen Impulses verglichen wird.

Ist das Verhältnis zwischen Amplitude des einzelnen Impulses und Bezugssignal grosser als ein vorbestimmter Klopfempfindlichkeitswert, so wirkt die Kontrollvorrichtung auf das Zündsystem, um die Funkenzündung zu verzögern, um Druck und Betriebstemperatur herabzusetzen und die normalen Verbrennungsbedingungen wieder herzustellen.

Der Klopfempfindlichkeitswert ist je nach den Motorbetriebsbedingungen veränderlich und. kann zum Beispiel von der Motordrehzahl abhängen.

Bei der Untersuchung solcher Vorrichtungen haben wir festgestellt, dass sie zur Anwendung bei Serienmotoren gewisse Grenzen haben, weil sie einige Umstände nicht berücksichtigen, die Bau und Betrieb solcher Motoren beeinflussen. Es handelt sich dabei hauptsächlich um die auch bei Motoren gleicher Bauart unvermeidlichen Fertigungsabweichungen, um das Motoralter und um die Fertigungsabweichungen der Klopfgeber selbst.

Wir haben uns daher vorgenommen, die bereits bestehenden Kor-

rekturvorrichtungen zu verbessern, und zwar durch einige Änderungen, die dieselben besonders dazu geeignet machen, die mit deren Anwendung bei Serienmotoren zusammenhängenden Probleme zu lösen.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Korrektur von Funktionsgrössen eines Motors umfasst Geber von vorgewählten Motorkenngrössen, wenigstens einen Geber eines Schwingungssignals des Motors zum Messen der Klopfstärke; Bandpassfiltermittel für das Schwingungssignal; einen Mikroprozessor mit einer Verarbeitungsstufe zur Berechnung der Funktionsgrössen in Abhängigkeit von den Motorkenngrössen; eine Verarbeitungsstufe zur Entnahme des Schwingungssignals in einem vorbestimmten Winkelabstand bei jedem Motortakt und zur Berechnung eines aus dem Mittelwert der Amplitude des Schwingungssignals bei einer vorbestimmten Motortaktzahl bestehenden Bezugssignals; Speicherstellen, die vorbestimmte Klopfenpfindlichkeitsfaktoren in Abhängigkeit von einer vorgewählten Motorkenngrösse enthalten; eine Verarbeitungsstufe zum Vergleich zwischen dem Bezugssignal und der Amplitude eines Impulses des in einem nach den Takten der vorbestimmten Taktzahl stattfindenden Takt abgegebenen Schwingungssignals und zur Korrektur der berechneten Funktionsgrössen, wenn das Ergebnis des Vergleiches grosser als ein vorbestimmter Empfindlichkeitsfaktor ist; mit dem Mikroprozessor in Wirkverbindung stehende Stellmittel zum Steuern der Funktionsgrössenänderung gemäss den berechneten und eventuell berichtigten Werten, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Mikroprozessor auch weitere Speicherstellen-, die vorbestimmte Korrekturkonstanten der Emofindlichkeitsfaktoren ve-

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nigstens in Abhängigkeit vom Bezugssignal enthalten, und eine Verarbeitungsstufe zum Auffinden der entsprechenden Korrekturkonstante in_ den weiteren Speicherstellen und zur Tastung, mittels dieser Korrekturkonstante, des im Vergleich, angewandten Empfindlichkeitsfaktors umfasst.

Nach einer weiteren Lösung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Speicherstellen vorbestimmte Korrekturkonstanten der Empfindlichkeitsfaktoren in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen dem Bezugssignal und einem Grundbezugssignal enthalten und dass der Mikroprozessor eine Verarbeitungsstufe zur Berechnung, bei der Ureingabc des Mikroprozessors, des Grundbezugssignals als Mittelwert des aus dem Geber in einem vorbestimmten Winkelabstand jedes Motortaktes bei einer vorbestimmten Taktzahl kommenden Schwingungssignals und eine Verarbeitungsstufe zur Berechnung des Verhältnisses zwischen Bezugssignal und Grundbezugssignal zum Auffinden der entsprechenden Korrekturkonstante in den Speicherstellen und zur Tastung, mitteis derselben Korrekturkonstante, des im Vergleich angewandten, Empfindlichkeitsfaktors umfasst.

Bei dieser Lösung ist der Empfindlichkeitsfaktor je nach den Motorbetriebsbedingungen veränderlich und wird ausserdem den 5 Eigenschaften und dem Zustand des einzelnen Motors und des Gebers angepasst.

Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an Hand einer in der beiliegenden Zeichnung als nicht _tbeschränkendes Beispiel dargestellten, bevorzugten Ausführungsform näher beschrieben.

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In der Figur ist ein Mikrorechner allgemein mit 10 bezeichnet, der aus einem Mikroprozessor (CPU) 11, einem Schreib-Lese-Arbeitsspeicher (RAM) 12, einem Pestwertspeicher (ROM) 13, der die Datentabellen und.die Arbeitsprogramme des Mikro-Prozessors enthält, und aus einer Ein-Ausgabeeinheit 14 besteht .

Mikroprozessor, Speicher und Ein-Ausgabeeinheit sind über eine Parallelverbundleitung (Bus) 15 für die Daten, über eine Parallelverbundleitung 16 für die Adressen und über eine Parallelverbundleitung 17 für die Innenkontrollsignale miteinander verbunden.

In die Ein-Ausgabeeinheit 14 treten über die Leitung 18 ein von einem Fühler der Winkelstellung der Drossel der Motorkraftstoff zufuhr abgegebenes Signal; über die Leitung 19 ein von einem Fühler der Motorkühlwassertemperatur abgegebenes Signal; über die Linie 2 0 ein von einem Fühler der Temperatur der dem Motor zugeführten Luft abgegebenes Signal; über die Leitung 21 ein von einem mit 22 bezeichneten Motorklopfgeber abgegebenes Signal; und schliesslich über die Leitung 39 ein von einem Fühler des Motorladedruckes abgegebenes Signal ein.

Der Geber 22 ist in diesem Fall ein am Zylinderkopf befestigter piezoelektrischer Beschleunigungsmesser. Der Geber ist mit einem Verstärker 23 verbunden, der seinerseits mit einem Bandpassfilter 24 verbunden ist, der das Motorschwingungssignal durchlässt, das zum Beispiel in einem Frequenzbereich zwischen 6 und 9 KHz liegt.

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In die Ein-Ausgabeeinheit 14 tritt über die Leitung 25 auch ein Stossignal ein, das durch den magnetischen Fühler 2 6 beim Vorbeigehen der Kerben 27 des mit der Kurbelwelle verbundenen Rades 28 erzeugt wird.

Da es sich im betreffenden Fall um einen Vierzylinder-Viertaktmotor mit Turbolader handelt, müssen bei jeder Motorumdrehung zwei Zündungen gesteuert v/erden. Das Rad 28, das das Schwungrad des Motors sein kann, weist zwei um 180 angeordnete und zum OT der Zylinder zweckmässig eingestellte Kerben 27 auf, die bei jeder MotorUmdrehung am Fühler 26 vorbeigehen und zwei Bezugsimpulse erzeugen, die je der vom Mikroprozessor berechneten Zündverstellung entsprechen.

Das vom Fühler 2 6 erzeugte Stossignal wird vom Mikroprozessor auch zur Berechnung der Motorumdrehungen benutzt.

über die Leitung 29 tritt in die Einheit 14 ein zweites Stosssignal ein, das vom magnetischen Fühler 30 beim Vorbeigehen 0 der Kerbe 31 des Rades 32 erzeugt wird, das mit einer um die Hälfte der Motordrehzahl umlaufenden Welle verbunden ist.

Die Kerbe 31 ist ebenfalls zweckmässig zum ·0Τ der Zylinder eingestellt und das von derselben alle zwei Motorumdrehungen erzeugte Stossignal dient zum Zählen der Motortakte, da es sich ja um einen Viertaktmotor handelt.

Die Einheit 14 ist über die Leitungen 42 und 33 mit der Endstufe 34 der Motorzündanlage verbunden. Diese Endstufe umfasst einen Leistungstransistor, der mit der Stromzufuhr verbunden ist, die Zündspule, mit der der Transistor ebenfalls

verbunden ist, und einen Hochspannungsverteiler für die in der Figur mit 35, 36, 37, 38 bezeichneten Zündkerzen. Die Einheit 14 ist über die Leitung 40 auch mit dem Block 41 verbunden, der ein Ventil am Ladeturbinenbypass schematisch darstellt. Im Speicher 31 sind die Werte der Klopfempfindlichkeitsfaktoren S in Abhängigkeit von einer vorgewählten Motorkenngrösse, zum Beispiel von den Motorumdrehungen, vertafelt.

In diesem Speicher sind auch die Werte der Korrekturkonstanten K der Empfindlichkeitsfaktoren in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen einem Bezugssignal R und einem Grundbezugs^- signal Ro vertafelt, wobei das Bezugssignal R aus dem aufgrund einer vorbestimmten Motortaktzahl während des Motorbe- triebes berechneten Mittelwert der Amplitude des vom Geber 22 kommenden Schwingungssignal besteht, und das Grundbezugssignal Ro besteht aus dem aufgrund einer vorbestimmten Motortaktzahl bei der Ureingabe des Mikroprozessors berechneten Mittelwert der Amplitude des aus dem Geber 22 kommenden Schwingungssignals.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung arbeitet folgendermassen: Sind die Werte der Korrekturkonstanten K in Abhängigkeit vom oben angegebenen Verhältnis im Speicher vertafelt, so rechnet der Mikroprozessor bei der Ureingabe den Wert des Grundbezugssignals Ro als Mittelwert der Amplitude des aus dem Geber 22 in diesem Zustand, also in klopffreiem Zustand, kommenden Schwingungssignals. Der Mittelwert wird aufgrund einer bestimmten Motortaktzahl berechnet, wobei das Schwingungs- signal des Gebers 22 in einem vorbestimmten Winkelabstand bei jedem Motortäkt entnommen wird. Dieser Mittelwert stellt

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das Grundbezugssignal Ro dar und wird in RAM 12 gespeichert.

Sind dagegen die Werte der Korrekturkonstanten K in Abhängigkeit vom Bezugssignal im Speicher vertafelt, so berechnet der Mikroprozessor das Grundbezugssignal Ro nicht.

Der Mikroprozessor 11 arbeitet weiter und führt die Berechnungsprogramme aufgrund der im Festwertspeicher 13 enthaltenen Datentabellen aus, um die die Betriebsbedingungen des
Motors anzeigenden und in die-Einheit 14 eintretenden Signale zu verarbeiten und um den hinsichtlich des OT bestgeeigneten Zündverstellwinkel aufgrund dieser Signale zu berechnen. Dann verwandelt der Mikroprozessor den berechneten Verstellwinkel in Verzugszeit t aufgrund eines Anhaltswertes, der

* 15 im betreffenden Fall das von der dem OT des in Verdichtungs-_A hub befindelichen Zylinders vorlaufenden Kerbe 27 erzeugte

Impuls ist.

Der Mikroprozessor ist in der Lage, in den berechneten Zündverstellwinkel und in die entsprechende Verzögerungszeit sowie in den Ladedruck, bei Klopferscheinungen des Motors, eine Korrektur einzuführen, und zwar durch Verarbeitung des
aus dem Geber 22 kommenden Schwingungssignals.

Der Mikroprozessor entnimmt dieses Schwingungssignal in einem vorbestimmten Winkelabstand jedes Motortaktes und rechnet den Mittelwert der Amplitude aufgrund einer vorbestimmten Motortaktzahl. Dieser Mittelwert stellt das Bezugssignal R dar, mit dem der Mikroprozessor die Amplitude eines Impulses des Schwingungssignals vergleicht, das vom Geber 22 in

einem nach den Takten der vorbestimmten Taktzahl erfolgenden

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Takt abgegeben wird. Für diesen Vergleich benutzt der Mikroprozessor einen Klopfempfindlichkeitsfaktor, den er aus den in ROM 13 vertafel-ten Werten entnimmt. Der Mikroprozessor benutzt ebenfalls eine Korrekturkonstante K des Empfindlich-.5 keitsfaktors, die er aus den in ROM 13 vertafelten Werten aufgrund des für das Bezugssignal R berechneten Wertes oder aufgrund des Verhältnisses zwischen Bezugssignal R und Grundbezugssignal Ro entnimmt.

Der Mikroprozessor multipliziert die so vorbestimmten Empfindlichkeitsfaktor und Korrekturkonstante miteinander und kontrolliert, ob das Verhältnis zwischen der Amplitude des Impulses des Schwingungssignals und dem Bezugssignal grosser oder kleiner als der wie oben geschildert berichtigte Empfindlichkeitsfaktor ist.

Ist das Verhältnis grosser, so berichtigt der Mikroprozessor den Ladedruck, im Sinn, dass er denselben durch Offnen des Ventils 41 am Turbinenbypass herabsetzt, und berichtigt auch den berechneten Zündverstellwinkel, im Sinn, dass er denselben so lange verzögert,bis das Klopfen aufhört und das Verhältnis kleiner als der berichtigte Empfindlichkeitsfaktor wird.

Beim Eintreffen des durch die dem Zylinder in Verdichtungshub entsprechende Kerbe 27 erzeugten Impulses, steuert der Mikroprozessor die Zählung der berechneten, bei Klopfen eventuell berichtigten Verzögerungszeit an. Am Ende der Zählung, steuert der Mikroprozessor das Sperren des Leistungsstransistors 42 der Endstufe 34 an und unterbricht dadurch das Laden der Motorzündspule, die nun die Funkenzündung der Kerze

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des sich in Verdichtungshub befindenden Zylinders steuert.

Das das Klopfen anzeigende Korrektursignal, das vom Mikroprozessor mit dem oben beschriebenen Verfahren berechnet wird, kann daher nicht nur zur Korrektur der Zündverstellung, sondern auch zum Einstellen, d.h. zum Herabsetzen, des Ladedruckes benutzt werden, wenn es sich um einen aufgeladenen Motor handelt.

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Claims

HOFFMANN · EITIJE & PARTNER 35006 A3 "* PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · D I P L-I NG. W. EITLE · D R. R E R. N AT. K. H O FFMAN N · D I PL.-1 N G. W. LE H N DIPL.-ING. K.FDCHSLE ■ DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MO NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-19619 (PATHE) 41 395/399 Alfa Romeo Auto S.p.A. Neapel / Italien Vorrichtung zur Korrektur von Funktionsgrössen eines Verbren- ^ j nungsmotors I PATENTANSPRÜCHE 20

1.ΊVorrichtung zur Korrektur von Funktionsgrössen eines Verbrennungsmotors mit gesteuerter Zündung, mit Gebern von vorgewählten Motorkenngrössen, wenigstens einem Geber eines Schwingungssignals des Motors zum Messen der Klopfstärke, mit Bandpassfiltermitteln für das Schwingungssignal, mit einem Mikroprozessor mit einer Verarbeitungsstufe zur Berechnung der Funktionsgrössen in Abhängigkeit von den Motorkenngrössen, mit einer Verarbeitungsstufe zur Entnahme des Schwingungssignals in einem vorbestimmten Winkelab- stand bei jedem ilotortakt und zur Berechnung eines aus

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dem Mittelwert der Amplitude des Schwingungssignals bei einer vorbestimmten Motortaktzahl bestehenden Bezugssignals, mit Speicherstellen, die vorbestimmte Klopfempfindlichkeitsfaktoren in Abhängigkeit von einer vorgewählten Motorkenngrösse enthalten, mit einer Verarbeitungsstufe zum Vergleich zwischen dem Bezugssignal und der Amplitude eines Impulses des in einem nach den Takten der vorbestimmten Taktzahl stattfindenden Takt abgegebenen Schwingungssignals und zur Korrektur der berechneten Funktionsgrössen, wenn das Ergebnis des Vergleiches grosser als ein vorbestimmter Empfindlichkeitsfaktor ist, mit mit dem Mikroprozessor in Wirkverbindung stehenden Stellmitteln zum Steuern der Funktionsgrössenänderung gemäss den berechneten und eventuell berichtigten Werten, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor auch weitere Speicherstellen umfasst, die vorbestimmte Korrekturkonstanten der Empfindlichkeitsfaktoren wenigstens in Abhängigkeit vom Bezugssignal enthalten und eine Verarbeitungsstufe zum Auffinden der entsprechenden Korrekturkonstante in den weiteren Speicherstellen und zur Tastung, mittels dieser

20. Korrekturkonstante, des im Vergleich angewandten Empfindlichkeitsfaktors auf v/eist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Speicherstellen vorbestimmte Korrekturkonstanten der Epfindlichkeitsfaktoren in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen dem Bezugssignal und einem Grundbezugssignal enthalten und dass der Mikroprozessor eine Verarbeitungsstufe zur Berechnung, bei der Ureingabe des Mikroprozessors, des Grundbezugssignals als Mittelwert des aus dem Geber in einem vorbestimmten Winkelabstand jedes Motortaktes bei einer

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vorbestimmten Taktzahl kommenden Schwingungssignals, und eine Verarbeitungsstufe zur Berechnung des Verhältnisses zwischen Bezugssignal und Grundbezugssignal zum Auffinden der entsprechenden Korrekturkonstante in den Speicherstellen und zur Tastung, mittels-derselben Korrekturkonstante/ des im Vergleich angev/andten Empfindlichkeitsfaktors umfasst.

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