DE3743613C2

DE3743613C2 -

Info

Publication number: DE3743613C2
Application number: DE3743613A
Authority: DE
Inventors: Satosi Himeji Hyogo Jp Komurasaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1992-05-21
Also published as: DE3743613A1; KR880007918A; US4788957A; KR900006877B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündzeitpunkt-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art. Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 28 32 594 Al bekannt.

Bei der bekannten Zündzeitpunkt-Steuervorrichtung werden die von einem Beschleunigungssensor am Motor aufgenommenen Klopfsignale nach dem Durchlaufen eines Bandfilters einem ersten Integrator mit einer großen Zeitkonstante und einem zweiten Integrator mit einer kleineren Zeitkonstante eingegeben. Der erste Integrator dient dazu, durch Mittelung aller Signale das Hintergrundrau schen festzustellen. Der zweite Integrator reagiert auf die relativ intensiven "echten" Klopfsignale und integriert die Klopfschwingungen auf. Die so entstehende Integrationsspannung wird der Steuerung der Phase des Zündsignales zugrundegelegt.

Aus der DE 30 22 307 A1 ist ebenfalls eine Zündzeitpunkt-Steuer einrichtung bekannt, bei der das Hintergrundrauschen durch Mittelung erfaßt und bei der Ableitung der Klopfsignale berück sichtigt wird.

Schließlich ist aus der DE 24 12 487 A1 noch eine elektronische Regelung zur Einstellung des Zündzeitpunktes bekannt, bei der unmittelbar der Druck in einem, mehreren oder allen Zylindern über Druckaufnehmer erfaßt wird. Der Regelung wird eine even tuelle Abweichung im Arbeitsinhalt (d. h. dem Produkt aus Kol benkraft und Kolbengeschwindigkeit, integriert über eine Kurbel wellenumdrehung) im laufenden Arbeitszyklus vom Arbeitsinhalt des vorhergehenden Arbeitszyklusses zugrundegelegt. Obwohl der Druck an den einzelnen Zylindern separat bestimmt wird, kann die Regelung dabei nicht auf den jeweiligen Zylinder zurückbezogen werden, da überhaupt nicht festgestellt wird, von welchem Druck aufnehmer bzw. Zylinder das der nachgeordneten Schaltung zuge führte Signal stammt.

Die aus der eingangs genannten Druckschrift bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß aufgrund der am Motor immer auftretenden erheblichen Vibrationen das Klopfen nur mit einer beträchtlichen Unsicherheit erfaßt werden kann. Das hat zur Folge, daß bei der grundlegenden Einstellung des Zündzeitpunktes ein Sicherheits bereich vorzusehen ist, so daß nicht die optimale Einstellung dicht an der Klopfgrenze gewählt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die im Oberbegriff des Patentan spruchs beschriebene Zündzeitpunkt-Steuervorrichtung so auszuge stalten, daß mittels einer separaten Rauscherfassung für jeden Zylinder konstant eine genaue Erfassung des Klopfens möglich ist, so daß durch einen effektiven Betrieb aller Zylinder des Motors eine hohe Motorausgangsleistung erhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst.

Es wird somit erfindungsgemäß der Betrag des in jedem Zylinder auftretenden Klopfens durch eine Sensoreinrichtung mit relativ einfachem Aufbau erfaßt, wobei eine auf jeden einzelnen Zylinder bezogene Hintergrundkorrektur ausgeführt wird. Damit läßt sich auch der mit dem Alterwerden des Motors zunehmenden Schwierig keit begegnen, die Klopfsignale zuverlässig aus dem Hintergrund rauschen herauszufiltern.

Insgesamt kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die durch Fertigungstoleranzen, Ablagerungen usw. für jeden Zylinder ver schiedene Klopfneigung berücksichtigt werden, und es läßt sich entsprechend jeder Zylinder separat genau steuern, um eine opti male Verbrennung zu erzielen. Damit sind eine Erhöhung der Mo torausgangsleistung, eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und eine genaue Steuerung der Abgastemperatur möglich.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Zündzeitpunkt-Steuervorrichtung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für das Ausführungsbeispiel der Zündzeitpunkt-Steuervorrichtung;

Fig. 2 ein Diagramm das Subtraktionswerte für die einzelnen Zylinder darstellt; und

Fig. 3 ein Diagramm für die Beziehung zwischen dem Drehzahl bereich und dem Subtraktionswert bei dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel.

Die Fig. 1 zeigt den Aufbau der Zündzeitpunkt-Steuervorrichtung bei dem Ausführungsbeispiel.

Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Beschleunigungssensor bezeichnet, der in dem Motor als Klopfsensor für die Wahrnehmung vibrations bedingter Beschleunigungen installiert ist; mit 2 ein Frequenz filter, das nur solche Hochfrequenzkomponenten des vom Beschleu nigungssensors 1 ausgegebenen Signals durchläßt, die ein Klopfen anzeigen; mit 3 ein Analog-Gatter, das als Rausch-Ausschluß- Gatter solche Teile des Ausgangssignals des Frequenzfilters 2 ausschaltet, die beim Erfassen des Klopfens stören; mit 4 eine Gatter-Taktsteuerung für das Öffnen und Schließen des Gatters 3, mit 5 ein Rauschpegelsensor, der den Pegel des mechanischen Vibrationsrauschens des Motors erfaßt, das neben dem Klopfen auftritt; mit 6 ein Komparator, der die Ausgangsspannung des Gatters 3 mit der des Rauschpegelsensors 5 vergleicht und einen Klopf-Erfassungsimpuls erzeugt; und mit 11 eine Schalteinheit zum Unterbrechen des Stromflusses zu einer Zündspule 12. Die Zündung des Motors erfolgt durch die Zündspannung der Zündspule 12, die bei der Unterbrechung des Stromflusses aufgebaut wird.

Wenn das Ausgangssignal aus dem Beschleunigungssensor 1 das Frequenzfilter 2 durchläuft, werden die meisten mechanischen Rauschkomponenten entfernt. Die von der Zündung stammenden Rauschkomponeten haben jedoch selbst nach dem Durchlaufen des Frequenzfilters 2 noch einen hohen Pegel. Um zu verhindern, daß das Zündungsrauschen als Klopfsignal mißverstanden wird, wird das Rausch-Ausschluß-Gatter 3 für eine bestimmte Periode nach dem Zündzeitpunkt mittels eines Signales geschlossen, das von der Gatter-Taktsteuerung 4 ausgegeben wird, die durch das Signal für die Schalteinheit 11 angesteuert wird. Das Zündungsrauschen wird somit ausgeschlossen.

Der Rauschpegelsensor 5 erzeugt eine Gleichspannung, die gering fügig größer ist als der Spitzenwert des mechanischen Rauschens. Solange kein Klopfen auftritt, ist somit das Ausgangssignal des Rauschpegelsensors 5 größer als der mittlere Spitzenwert des Ausgangssignals des Gatters 3, und der diese beiden Ausgangssi gnale vergleichende Komparator 6 gibt kein Signal ab.

Wenn ein Klopfen auftritt, ist in dem Ausgangssignal des Be schleunigungssensors 1 ein Klopfsignal enthalten, das nach Durchlaufen des Frequenzfilters 2 und des Gatters 3 dem mecha nischen Rauschen überlagert ist. Das Klopfsignal hebt sich von dem Signal, das das Gatter 3 durchlaufen hat, erheblich ab, so daß der Komparator 6 einen Impulszug ausgibt.

In der Fig. 1 ist des weiteren mit 21 ein Zündimpulsgenerator bezeichnet, der entsprechend dem Zündvorgang in jedem Zylinder des Motors einen Zündimpuls erzeugt. Die Bezugsziffer 23 be zeichnet einen Phasenschieber, der den Zündimpuls entsprechend einem Zündwinkel verzögert an die Schalteinheit 11 abgibt.

Das Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Integrator, der einen vom Komparator 6 abgegebenen Klopfimpuls aufnimmt und proportional zu dessen zeitlicher Breite eine Integrationsspannung abgibt. Dieser Integrator 24 hat außerdem die Funktion, zum Zeitpunkt der Zündung auf der Grundlage des vom Phasenschieber 23 abge gebenen Zündimpulses die Integrationsspannung bei jeder Zündung zurückzusetzen. Ein A/D-Wandler 25 formt die Integrationsspan nung vom Integrator 24 in ein Digitalsignal um.

Eine Verteilerschaltung 26 führt entsprechend der Zylinder des Motors eine Verteilung des Digitalsignales durch. In dem gezeig ten Ausführungsbeispiel ist die Verteilerschaltung für einen Vierzylinder-Motor dargestellt, das heißt die Verteilerschaltung 26 gibt entsprechend der Anzahl der Zylinder die Digitalsignale an vier Speicher 27 bis 30 ab, die die Digitalsignale von der Verteilerschaltung 26 für jeden Zylinder speichern. Der Speicher 27 speichert zum Beispiel den Betrag des Klopfens, das in einem bestimmten Zylinder auftritt. Ein Taktgenerator 31 steuert die Abgabe der gespeicherten Werte von jedem der Speicher 27 bis 30. Mit 32 ist eine Auswahlschaltung bezeichnet, die die Daten von den Ausgängen der Speicher 27 bis 30 entsprechend dem zu zün denden Zylinder auswählt. Mit der Bezugsziffer 33 ist ein Refe renzimpulsgenerator bezeichnet, der entsprechend dem Bezugszy linder der vier Zylinder des Motors einen Referenzimpuls er zeugt; und mit 34 ein Zylinderauswahlimpulsgenerator, der auf einanderfolgende Zylinder-Auswahlimpulse aus dem Referenzimpuls und dem Zündimpuls erzeugt, so daß die Verteilerschaltung 26 und die Auswahlschaltung 32 entsprechend bestimmter Zylinder arbei ten.

Da die Klopferfassung für jeden Zylinder durchgeführt wird, wird wie erwähnt das Ausgangssignal des Integrators 24 bei jeder Zün dung durch das Ausgangssignal des Phasenschiebers 23 zurückge setzt. Das Ausgangssignal des Integrators 24 wird daher während der Zeit von der Klopferfassung bis zum Rücksetzen auf einem festen Wert gehalten. Dieser Vorgang wird bei jeder Zündung im Zündzyklus durchgeführt. Das Ausgangssignal (die Integrations spannung) des Integrators 24 wird durch den A/D-Wandler 25 in ein Digitalsignal umgeformt. Die Verteilerschaltung 26 stellt auf der Grundlage des Zylinder-Auswahlimpulses vom Zylinder auswahlimpulsgenerator 34 den Zylinder fest, in dem das Klopfen auftritt, beispielsweise den dritten Zylinder, und gibt die digitalisierte Integrationsspannung in den Speicher 29 ein, der dem dritten Zylinder mit dem Klopfen entspricht. Im Speicher 29 wird die Integrationsspannung gespeichert. Auf der Grundlage des Zylinder-Auswahlimpulses vom Zylinderauswahlimpulsgenerator 34 wählt andererseits die Auswahlschaltung 32 den Speicher 29 an und gibt ihr Ausgangssignal an den Phasenschieber 23 ab, um die Zündung so zu verstellen, daß kein Klopfen mehr auftritt. Da bei diesem Beispiel das Klopfen im dritten Zylinder aufgetreten ist, wird zum Zeitpunkt des Zündvorganges für den dritten Zylinder das Ausgangssignal des Speichers 29 in den Phasenschieber 23 eingegeben.

Bei 40 ist eine Fehler-Erfassungsschaltung dargestellt, die Fehler oder Defekte wie eine Unterbrechung der Signalleitung zwischen dem Beschleunigungssensor 1 und dem Frequenzfilter 2 oder einen Kurzschluß mit Masse, eine abnormale Spannung am Ausgang des Rauschpegelsensors 5 usw. erfaßt und dann ein Feh lersignal zum Integrator 24 gibt und gleichzeitig das Fehler signal SF parallel zu anderen Steuergeräten, einer Fahrzeug- Diagnosevorrichtung etc. sendet. Wenn das Fehlersignal SF von der Fehler-Erfassungsschaltung 40 in den Integrator 24 eingege ben wird, gibt dieser unabhängig vom Ausgangssignal des Kompa rators 6 eine Fehler-Integrationsspannung aus, die die maximale Integrationsspannung ist, die der Integrator 24 konstant abgeben kann. Außerdem wird der Integrator 6 bei Vorliegen des Fehlersi gnals SF nicht mehr durch den vom Phasenschieber 23 abgegebenen Zündimpuls zurückgesetzt. Die maximale Integrationsspannung wird daher in alle Speichern 27 bis 30 aufgenommen, wodurch der Zünd zeitpunkt für den Fehlerfall auf einen Wert gesetzt wird, bei dem kein Klopfen auftreten kann. Statt des maximalen Integra tionswertes kann jedoch auch ein Zwischenwert für die Integra tionsspannung im Fehlerfall festgesetzt werden, wodurch es mög lich ist, den Zündzeitpunkt unter Berücksichtigung des Klopfver haltens des Motors und anderer Charakteristiken zu bestimmen.

Mit dem Bezugszeichen 42 ist eine Zündsignalsteuerung bezeich net, die für die vom Zündimpulsgenerator 21 für jeden Zylinder abgegebenen Impulse den Schließwinkel steuert und die Zeitdauer festlegt, für die der Zündspule 12 Strom zugeführt wird.

Mit der Bezugsziffer 35 ist ein Subtrahierer bezeichnet, der das Ausgangssignal des Integrators 24, das heißt die Klopf-Erfas sungsspannung aufnimmt, die durch den A/D-Umformer 25 in ein digitales Signal umgeformt wurde, und nach der Subtraktion einer Spannung zur Elimination des Rauschens in die Verteilerschaltung 26 eingibt.

Wenn zwischen den einzelnen Zylindern ein Unterschied in den Rauschsignalen besteht, wird für jeden Zylinder die erforder liche Spannung subtrahiert. Zu diesem Zweck wird vom Zylinder auswahlimpulsgenerator 34 ein Zylinderauswahlimpuls in den Subtrahierer 35 eingegeben, der wiederum entsprechend dem je weiligen Zylinder den Subtraktionswert ändert. Ein Beispiel der Subtraktionswerte für die einzelnen Zylinder ist in der Fig. 2 gezeigt. Der Subtraktionswert für den ersten und vierten Zylin der beträgt dabei VK1, der Subtraktionswert für den zweiten und dritten Zylinder VK2.

Bei der Klopfsteuerung gibt es eine Tendenz, die dahin geht, im niedrigen Drehzahlbereich des Motors ziemlich starkes Klopfen zuzulassen, da hier das Drehmoment für wichtiger als das Fahrge fühl gehalten wird, und im hohen Drehzahlbereich nur schwaches Klopfen zuzulassen, um hier den Motor zu schützen. In einem solchen Fall kann der Subtraktionswert am Subtrahierer 35 ent sprechend der Drehzahl des Motors verändert werden. Ein Beispiel dafür ist in der Fig. 3 gezeigt. Der Subtraktionswert wird im niedrigen Drehzahlbereicht auf einen Wert VR2 gesetzt, im hohen Drehzahlbereich auf einen Wert VR1. Die Veränderung des Subtrak tionswertes für jeden einzelnen Zylinder, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, und die Veränderung des Substraktionswertes für die verschiedenen Drehzahlbereiche, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, können zusammen Anwendung finden.

Die Zündsignalsteuerung 42, der Phasenschieber 13, der A/D-Wand ler 25, die Verteilerschaltung 26, die Speicher 27 bis 30, der Taktgenerator 31, die Auswahlschaltung 32, der Zylinderauswahl impulsgenerator 34 sowie der Subtrahierer 35 können auch unter Verwendung von Computern aufgebaut werden. Damit ist zum Bei spiel eine besonders exakte Steuerung der Kraftstoffzufuhr und anderer Systeme möglich.

Claims

Zündzeitpunkt-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit
- - einem Klopfsensor (1), der ein Klopfsignal wahrnimmt, das ein abnormales Geräusch oder eine abnormale Vibration ist, das bzw. die sich aus einer abnormalen Verbrennung in einem Zylin der des Verbrennungsmotores ergibt,
- - einer Diskriminationseinrichtung (2-6), die das Klopfsignal hervorhebt, und mit
- - einer Steuereinrichtung (23-32, 34, 35), die auf der Basis des Ausgangssignales der Diskriminationseinrichtung die Stärke des Klopfens berechnet und die Phase eines Zündsignals auf der Grundlage des Ergebnisses der Berechnung steuert,
- - wobei das Ausgangssignal des Diskriminationseinrichtung in einem Integrator (24) zur Erzeugung einer Integrationsspan nung integriert wird, gekennzeichnet durch
- - einen Zylinderauswahlimpulsgenerator (34), der Zylinderaus wahlimpulse erzeugt, so daß die Klopferfassung für jeden Zylinder durchgeführt wird, wozu die Integrationsspannung bei jeder Zündung zurückgesetzt wird, durch
- - eine Verteilerschaltung (26), die das Signal aus einem dem Integrator (24) nachgeschalteten A/D-Wandler (25) auf der Basis der Zylinderauswahlimpulse auf Speicher (27-30) ver teilt, wobei jeweils ein Speicher für einen bestimmten Zylin der vorgesehen ist, durch
- - einen dem A/D-Wandler (25) nachgeschalteten Subtrahierer (35), der in Abhängigkeit von den Zylinderauswahlimpulsen von der Integrationsspannung für jeden Zylinder jeweils einen bestimm ten Spannungswert subtrahiert, der dem Rauschen des jeweiligen Zylinders entspricht, und durch
- - eine Auswahlschaltung (32), die auf der Basis der Zylinder auswahlimpulse das Ausgangssignal eines bestimmten Speichers an einen Phasenschieber (23) ausgibt.