DE3816246C2

DE3816246C2 -

Info

Publication number: DE3816246C2
Application number: DE3816246A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kanno; Jiro Himeji Hyogo Jp Sumitani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-05-12
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1992-10-01
Also published as: KR880014253A; US4864995A; DE3816246A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Zündzeitpunkts einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 (DE-Z "Bosch, Technische Berichte", 7 (1983) 3, S. 139-151).

Bisher war es üblich, zur Überwachung des Zündzeit punkts einer Brennkraftmaschine den Luftmassen-Sensor (nachstehend zu "AFS" abgekürzt) stromaufwärts der Drosselklappe anzuordnen, wobei der Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine auf der Grundlage einer aus dem Ausgangssignal des AFS und der Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine ermittelten angesaugten Luftmasse A/N (im folgenden auch "AN" genannt) je Ansaugvorgang der Brennkraftmaschine überwacht wird.

Bei dem beschriebenen herkömmlichen Überwachungs system besteht jedoch eine Schwierigkeit darin, daß bei Belastung der Brennkraftmaschine der Zündzeit punkt in Richtung des Voreilwinkels wandert, wodurch in der Brennkraftmaschine ein Klopfen auftritt, weil sich die Verarbeitung der Ansaugluftmasse A/N bei Änderung der Drehzahl, beispielsweise während der Beschleunigung verzögert, oder weil der AFS eine geringere Luftmenge anzeigt, als tatsächlich angesaugt wird.

Aus der DE 34 36 907 A1 ist eine Korrektureinrichtung zur drehzahlabhängigen Temperaturkorrektur jedes einzelnen Auslöseimpulses für die Zündung eines Verbrennungsmotors bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungsvorrichtung anzugeben, welche die exakte Einhaltung des Zündzeitpunkts für die Brennkraftmaschine sicherstellt.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Schema des Aufbaus einer erfindungs gemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Darstellung einer ausgeführten Vor richtung nach der Erfindung;

Fig. 3, 5 und 6 Flußdiagramme, welche die Funktionsabläufe einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellen;

Fig. 4 ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen einer Ausgangsfrequenz des AFS und einem Wandlungskoeffizienten für die grundlegende Ansteuerungszeit dargestellt ist;

Fig. 7 die chronologische Abfolge verschiedener Zeitpunkte und Zeitspannen gemäß den Flußdiagrammen nach Fig. 5 und 6;

Fig. 8 die chronologische Abfolge verschiedener Ein- und Aus-Betriebszustände einer Zünd spule;

Fig. 9 eine Tabelle der Zündzeitpunkte, wie sie in einem Lesespeicher ROM abgelegt ist;

Fig. 10 verschiedene Betriebswellenformen der Parameter bei Änderung der Maschinen drehzahl;

Fig. 11 ein Schema des Aufbaus einer zweiten Ausführung der Erfindung;

Fig. 12 ein Flußdiagramm, welche die Funktionsabläufe der zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellen;

Fig. 13 eine Tabelle der Zündzeitpunkte, wie sie in dem ROM abgelegt ist;

Fig. 14 ein Schema des Aufbaus einer dritten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 15 eine Darstellung der konstruktiven Merkmale der dritten Ausführung;

Fig. 16 und 17 Flußdiagramme, welche die Funktionsabläufe der dritten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellen;

Fig. 18 verschiedene Betriebswellenformen der Parameter bei Änderung der Maschinendreh zahl;

Fig. 19 ein Schema des Aufbaus einer vierten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 20 ein Flußdiagramm, welche die Funktionsabläufe der vierten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellen;

Fig. 21 eine Modelldarstellung eines Luftansaug systems für eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung; und

Fig. 22 die Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und der angesaugten Luftmenge.

In Fig. 21 bezeichnet Bezugszahl 1 eine Brennkraft maschine mit einem Hubraum V_c. Dieses Luftansaug system saugt Luft über einen AFS 13 (ein Karman-Wirbel- Sensor) eine Drosselklappe 12, einen Zwischenbehälter 11 und einen Luftansaugstutzen 15 an, während Kraft stoff durch einen Einspritzer 14 eingespritzt wird. Der Raum zwischen der Drosselklappe 12 und der Brennkraftmaschine 1 hat ein Volumen V_s. Bezugszahl 16 bezeichnet ein Auspuffrohr.

Fig. 22 zeigt die Beziehung zwischen der angesaugten Luftmenge oder -masse und einem vorbestimmten Kurbel winkel der Brennkraftmaschine 1, wobei (a) einen vorbestimmten Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine 1 (nachstehend mit "SGT" bezeichnet); (b) eine den AFS 13 passierende Luftmasse Q_a; (c) eine von der Brennkraftmaschine 1 angesaugte Luftmasse Q_e und (d) einen Ausgangspuls f des AFS 13 zeigt. Ein ansteigender Bereich des SGT zwischen den Zeit punkten n-2 und n-1 ist mit t_n-1 und ein ansteigender Bereich zwischen den Zeitpunkten n-1 und n ist mit t_n bezeichnet; Q_{a (n-1)} und Q_{a (n)} stehen für angesaugte Luftmassen, die während der Zeitabschnitte t_n-1 und t_n den AFS 13 passieren, während die Luft massen, die während der Zeitabschnitte t_n-1 und t_n von der Brennkraftmaschine 1 angesaugt wird, mit Q_{e (n-1)} und Q_{e (n)} bezeichnet sind. Ein durchschnittlicher Druck und eine durchschnittliche Temperatur in dem Zwischenbehälter 11 während der Zeiträume t_n-1 und t_n sind mit P_{S (n-1)}, P_{S (n)} und T_{S (n-1)}, T_{S (n)} bezeichnet. Hierbei entspricht beispielsweise die Luftmasse Q_{a (n-1)} der Ausgangspuls zahl des AFS 13 während des Zeitraumes t_n-1. Da sich die Eingangstemperatur wenig ändert, gilt die folgende Gleichung, wenn angenommen wird, daß T_{S (n-1)} = T_{S (n)} und daß die Ansaugwirksamkeit der Brennkraftmaschine konstant gehalten wird:

P_{S (n-1)} · V_c = Q_{e (n-1)} · R · T_{S (n)} (1)

P_{S (n)} · V_c = Q_{e (n)} · R · T_{S (n)} (2)

wobei R eine Konstante ist. Nennt man die in dem Zwischenbehälter 11 und dem Ansaugstutzen 15 während der Periode t_n verbleibende Luftmasse ΔQ_{a (n)}, ergibt sich die folgende Gleichung:

Aus den Gleichungen (1) bis (3) ergibt sich:

Das bedeutet, daß die Luftmasse Q_{e (n)}, welche von der Brennkraftmaschine 1 während der Periode t_n angesaugt wird, mittels der obigen Gleichung (4) aus der den AFS 13 passierenden Luftmenge Q_{a (n)} berechnet werden kann. Für V_c=0,5 l und V_s= 2,5 l ergibt sich:

V_c = 0,5 l und V_s = 2,5 l, Q_{e (n)} = 0,83 × Q_{e (n-1)} + 0,17 × Q_{a (n)} (5)

Im folgenden sei eine erste Ausführung der Erfindung anhand von Fig. 1 erläutert. Folgende Elemente sind dargestellt: Die Brennkraftmaschine 1, ein stromaufwärts eines Karman-Wirbel-AFS 13 angeordnetes Luftfilter 10, ein Zwischenbehälter 11, eine Drossel klappe 12, Einspritzer 14, ein Luftansaugstutzen 15 und ein Auspuffrohr 16. Der AFS 13 erzeugt einen Ausgangspuls gemäß Fig. 22(d) entsprechend der Luftmasse, die von der Brennkraftmaschine 1 eingesaugt werden soll, während ein Kurbelwinkelsensor 17 einen Ausgangspuls entsprechend der Umdrehung der Brennkraftmaschine 1 erzeugt, wobei sich beispielsweise der Kurbelwinkel von der Anstiegsflanke eines Pulses zu derjenigen des nächsten Pulses erstreckt und 180° beträgt. Bezugszahl 20 bezeichnet AN-Erfassungs mittel, welche die Ausgangspulszahl des AFS 13 zählen, um ausgehend von den Ausgangssignalen des AFS 13 und des Kurbelwinkelsensors 17 zwischen vorbestimmte Kurbelwinkel der Brennkraft maschine 1 zu gelangen, und die auf den Kurbelwinkel bezogene Ansaugluftmasse A/N berechnen. Korrekturmittel 24 korrigieren den Ausgang der AN-Erfassungsmittel 20 entsprechend einem A/N-Änderungsgrad. Überwachungs mittel 21 überwachen ausgehend von den Ausgangssignalen der Korrekturmittel 24, eines Wassertemperatur-Sensors 18 (z. B. ein Thermistor) zum Erfassen der Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine 1 und des Kurbelwinkel-Sensors 17 zum Erfassen der Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine 1 eine Ansteuer zeit für die Einspritzer 14 und die Stromleitung eine Zündspule 19 entsprechend der von der Brennkraft maschine 1 angesaugten Luftmasse, wodurch die der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Kraftstoffmenge geregelt wird. Die Zündspule 19 zündet durch Anlegen einer Ausgangsspannung an eine Zündkerze 23 über einen Verteiler 22.

Fig. 2 zeigt den Aufbau der ersten Ausführung im Detail, wobei Bezugszeichen 30 eine Überwachungsein richtung bezeichnet, welche vier Einspritzer für die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine 1 und die Zündspule 19 überwacht, und die Ausgangssignale des Wassertemperatursensors 18 und des Kurbelwinkel sensors 17 in die Überwachungseinrichtung 30 eingegeben werden. Die Überwachungseinrichtung 30 entspricht den AN-Erfassungsmitteln 20, den Korrekturmitteln 24 und den Überwachungsmitteln 21 in Fig. 1 und wird von einem Mikrorechner (nachstehend als "CPU" bezeichnet) 40 gebildet, der einen Lesespeicher ROM 41 und einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff RAM 42 umfaßt. Bezugszahl 31 bezeichnet einen Frequenz teiler (1 : 2), der am Ausgang des AFS 13 liegt; Bezugszahl 32 bezeichnet ein logisches Gatter, dessen einer Eingang an dem Frequenzteiler 31 und dessen anderer Eingang an einem Ausgangsanschluß P1der CPU 40 liegt, während der Ausgang mit einem Zähler 33 und einem Eingangsanschluß P3 der CPU 40 verbunden ist; Bezugszahl 34 bezeichnet ein Interface zwischen dem Wassertemperatursensor 18 und einem A/D-Wandler 35; mit 36 ist ein Wellenform kreis bezeichnet, in den Ausgangssignale des Kurbel winkelsensors 17 als Eingangssignale gegeben werden, während seine Ausgangssignale als Eingangssignale in einen Unterbrechungseingangsanschluß P4 der CPU 40, einen Zeitgeber 47 und einen Zähler 37 gegeben werden; Bezugszahl 38 bezeichnet einen Zeitgeber an einem Unterbrechungseingangsanschluß P5 der CPU 40; Bezugszahl 39 bezeichnet einen A/D- Wandler zum Wandeln einer Spannung einer Batterie (nicht gezeigt) und Abgeben der gewandelten Spannung an die CPU 40; ein Zeitgeber zwischen der CPU 40 und einem Treiber 44 ist mit 43 bezeichnet, wobei Ausgangssignale des Treibers 44 an die Einspritzer 14 gehen; ein Interface, das die Ausgangssignale des Kurbelwinkelsensors 17 aufnimmt, ist mit 45 bezeichnet, wobei ein 1° des Kurbelwinkels ent sprechendes Signal an die Zeitgeber 46 und 47 gegeben wird. Die Ausgangssignale des Zeitgebers 47 werden in einen Rücksetzeingang des Zeitgebers 46 und ein D-Flip-Flop 48 gegeben. Die Ausgangssignale des Zeitgebers 46 werden in den S-Eingang des D-Flip- Flops 48 gegeben. Die Ausgangssignale des D-Flip-Flops 48 gehen über einen Treiber 49 an die Zündspule 19. Beide Zeitgeber 46 und 47 empfangen als Eingangs signale Ausgangssignale der CPU 40.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung erläutert. Die Ausgangssignale des AFS 13 werden von dem Frequenzteiler 31 geteilt (1 : 2) und über das von der CPU 40 gesteuerte Gatter 32 an den Zähler 33 gegeben. Der Zähler 33 mißt eine Zeitspanne zwischen Rückflanken der Ausgangs signale des Gatters 32. Die CPU 40 empfängt an ihrem Unterbrechungseingangsanschluß P3 die Rückflanke der Signale von dem Gatter 32 und führt die Unter brechung bei jeder Ausgangspulsperiode des AFS 13 oder bei jeder Halbierung der Ausgangspulsperiode aus, wodurch die Periode des Zählers 33 gemessen wird. Die Ausgangssignale des Wassertemperatursensors 18 werden mittels des Interface 34 in eine Spannung und dann zu vorbestimmten Zeitpunkten mittels des A/D-Wandlers 35 in digitale Werte gewandelt, welche in die CPU 40 einzugeben sind. Die Ausgangssignale des Kurbelwinkelsensors 17 werden über den Wellenform kreis 36 an den Unterbrechungseingangsanschluß P4 der CPU 40, den Zeitgeber 47 und den Zähler 37 gegeben. Die CPU 40 führt die Unterbrechung bei jedem Anstieg des Ausgangssignals von dem Kurbel winkelsensor 17 aus und erfaßt eine Zeitspanne zwischen den Anstiegen des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 auf der Grundlage des Ausgangs des Zählers 37. Der Zeitgeber 38 erzeugt ein Unter brechungssignal und gibt es zu vorbestimmten Zeit punkten an den Unterbrechungseingangsanschluß P5 der CPU 40. Der A/D-Wandler 39 führt die A/D-Wandlung der Batteriespannung (die Batterie ist nicht gezeigt) aus. Die Batteriespannungsdaten werden jeweils zu vorbestimmten Zeitpunkten an die CPU 40 gegeben. Der Zeitgeber 43 wird von der CPU 40 vorbesetzt und von dem Ausgangsanschluß P2 der CPU 40 getriggert, so daß er Ausgangssignale mit vorbestimmter Pulsbreite liefert. Diese Ausgangssignale betreiben die Einspritz einrichtungen 14 über den Treiber 44. Ferner erzeugt die CPU 40 einen elektrischen Leitungswinkel T_DW in dem Zeitgeber 46 und setzt gleichzeitig den Zündzeitpunkt in dem Zeitgeber 47. Gemäß Fig. 8 zählen die Zeitgeber 46, 47 das Signal entsprechend 1° des Kurbelwinkels, das von dem Kurbelwinkelsensor 17 ausgegeben werden soll. Wenn das Signal Null wird, geben sie ein Ausgangssignal an das D-Flip-Flop 48. Der Zeitgeber 47 beginnt mit dem Anstieg des Kurbelwinkels zu zählen und setzt das D-Flip-Flop 48 zurück, wenn der Kurbelwinkel Null wird, um den Strom in die Zündspule 19 zu unterbrechen. Der Zeitgeber 46 beginnt abwärts zu zählen, wenn der Kurbelwinkel des Zeitgebers 47 Null wird, um das D-Flip-Flop 48 zurückzusetzen und den Leitungszu stand der Zündspule 19 herzustellen.

Nachfolgend wird der Betrieb der CPU 40 unter Bezug nahme auf die Flußdiagramme der Fig. 3, 5 und 6 erläutert. Fig. 3 zeigt das Hauptprogramm der CPU 40. Wenn ein Rücksetzsignal an die CPU 40 gegeben wird, wird der RAM 42, die Eingangs- und Ausgangs anschlüsse usw. in Schritt 100 initialisiert. In Schritt 101 wird dann ein Ausgangssignal des Wasser temperatursensors 18 A/D-gewandelt und als Wasser temperatur WT in dem RAM 42 abgelegt. In Schritt 102 wird die Batteriespannung A/D-gewandelt und als Batteriespannung VB in dem RAM 42 abgelegt. In Schritt 103 wird 30/T_R auf der Basis der Periode T_R des Kurbelwinkelsensors 17 berechnet, um die Drehzahl N_e zu erhalten. In Schritt 104 wird AN×N_e/30 auf der Basis von später noch zu erläuternden Lastdaten AN und der Drehzahl N_e berechnet, woraus eine Ausgangs frequenz F_a des AFS 13 ermittelt wird. In Schritt 105 wird ein grundlegender Wandlungskoeffizient K_p für die Ansteuerzeit auf der Grundlage von f₁ nach Fig. 4 berechnet, der in bezug auf die Ausgangs frequenz F_a ermittelt worden ist.

In Schritt 106 wird der Wandlungskoeffizient K_p durch die Wassertemperaturdaten WT korrigiert und dann als Wandlungskoeffizient K_I der Ansteuerzeit in dem RAM 42 abgelegt. In Schritt 107 wird eine Tabelle f₃ betreffend die Batteriespannungsdaten VB angelegt, die vorher in dem ROM 41 gespeichert worden ist und auf deren Grundlage die Ruhezeit T_D berechnet und in dem RAM 42 abgelegt wird. In Schritt 108 wird der Leitungswinkel T_DW der Zündspule 19 aus der Drehzahl N_e und in Schritt 109 T′_DW =180-T_DW berechnet. Der so ermittelte Wert von T′_DW wird dann in Schritt 110 in den Zeitgeber 46 gesetzt. Nach Schritt 110 wird zu Schritt 101 zurückgekehrt, und dieselbe Folge wiederholt.

Fig. 5 zeigt den Unterbrechungseingang P3, d. h. den Unterbrechungsvorgang bezüglich des Ausgangssignals des AFS 13. In Schritt 201 werden Ausgangssignale T_F des Zählers 33 erfaßt und der Zähler 33 wird neu eingestellt. T_F bezeichnet eine Zeitspanne zwischen Anstiegsflanken von Ausgangssignalen des Gatters 32. In Schritt 202 wird die Zeitspanne T_F als eine Ausgangspulszeitspanne T_A des AFS 13 in dem RAM 42 abgelegt. In Schritt 203 werden die verbleibenden Pulsdaten P_D zu Gesamtpulsdaten P_R aufaddiert, um neue Gesamtpulsdaten P_R zu erhalten. Die Gesamtpulsdaten P_R stellen die Gesamtausgangspuls zahl des AFS 13 dar, die während einer Zeitspanne zwischen Anstiegsflanken des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 zu erzeugen sind, das pro 1 Puls des AFS 13 mit 156 multipliziert wird, um besser verarbeitet werden zu können. In Schritt 204 wird ein Wert 156 als verbleibende Pulsdaten P_D gesetzt. In Schritt 205 wird der Ausgang P1 zurückgesetzt, wodurch der Unterbrechungsvorgang abgeschlossen ist.

Fig. 6 zeigt den Unterbrechungsvorgang für den Fall, daß das Unterbrechungssignal entsprechend dem Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 in dem Unterbrechungseingangsanschluß P4 der CPU 40 erzeugt worden ist. In Schritt 301 wird eine Zeitspanne zwischen den Anstiegsflanken des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 aus dem Zähler 37 gelesen und in dem RAM 42 als Zeitspanne T_R abgelegt, wobei der Zähler 37 zurückgesetzt wird. Wenn in Schritt 302 ein Ausgangspuls des AFS 13 in der Zeitspanne T_R liegt, wird eine Zeitdifferenz Δt=t₀₂-t₀₁ zwischen einer Zeit t₀₁ des Ausgangssignals von dem AFS 13 unmittelbar vor dem Ausgangspuls und einer Unterbrechungszeit t₀₂ des Kurbelwinkelsensors 17 zu dieser Zeit in Schritt 303 berechnet. Der berechnete Wert heißt Zeitspanne T_S. Wenn kein Ausgangspuls des AFS 13 in der Zeitspanne T_R liegt, wird die Zeitspanne T_R in Schritt 304 zur Zeitspanne T_S gemacht. In Schritt 305 wird eine Zeitdifferenz ΔT durch Berechnen von 156×T_s/T_A in Ausganspuls daten ΔP gewandelt. Mit anderen Worten werden die Pulsdaten ΔP aufgrund der Annahme berechnet, daß die vorangegangene Ausgangspulszeitspanne des AFS 13 mit der Ausgangspulszeitspanne des AFS 13 zu dieser Zeit identisch ist. In Schritt 306 wird zu Schritt 308 gesprungen, wenn die Pulsdaten ΔP kleiner sind als 156, und die Pulsdaten ΔP werden in Schritt 307 zu 156 gesetzt, wenn die Pulsdaten größer als 156 sind. In Schritt 308 werden die Pulsdaten ΔP von den verbleibenden Pulsdaten P_D subtrahiert, um neue verbleibende Pulsdaten P_D zu erhalten. In Schritt 309 wird zu Schritt 312 gesprungen, wenn die verbleibenden Pulsdaten P_D positiv sind. Anderenfalls werden die Pulsdaten ΔP mit den verbleibenden Pulsdaten P_D in Schritt 310 gleichgesetzt, weil der berechnete Wert der Pulsdaten ΔP erheblich größer als der Ausgangspuls des AFS 13 ist, wonach die verbleibenden Pulsdaten in Schritt 311 zu Null gesetzt werden. In Schritt 312 werden die Pulsdaten P zu den Gesamtpulsdaten P_R und zu der Pulsanzahl A/N (oder AN) addiert, von der angenommen wird, daß sie während des Ansteigens des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 zu dieser Zeit von dem AFS 13 ausgegeben worden sind.

In Schritt 313 wird die Steuerzeit T_I=AN×K_I+T_D aus den Lastdaten AN, dem Steuerzeitwandlungs koeffizienten K_I und der Ruhezeit T_D berechnet. In Schritt 314 wird die Steuerzeit T_I in den Zeitgeber 43 gesetzt. In Schritt 315 werden durch Triggern des Zeitgebers 43 die vier Einspritzer 14 gleichzeitig entsprechend der Zeit T_I angesteuert. In Schritt 316 wird die Anzahl der Umdrehungen N_e aus der Kurbelwinkelzeitspanne T_R berechnet. In Schritt 317 wird eine Abweichung ΔAN ermittelt. In Schritt 318 wird das Produkt aus der Multiplikation einer Konstanten K mit AN zur Berechnung von AN_s zu AN addiert. In Schritt 319 wird AN_s auf einem Bereich zwischen Werten β₁ und β₂ begrenzt. In Schritt 320 wird der Zündzeitpunkt A durch Eintragen von AN_s und N_e in die Datentabelle f₅ in Fig. 9 ermittelt, die in dem ROM 41 vorgespeichert ist. In Schritt 321 wird das Ergebnis des vorhergehenden Schrittes in den Zeitgeber 47 gesetzt, um damit den Unter brechungsvorgang abzuschließen.

Fig. 7 (a) bis (d) zeigen verschiedene Zeitverläufe um die Vorgänge nach den Flußdiagrammen der Fig. 3, 5 und 6 zu erläutern. Fig. 7 (a) zeigt das Ausgangssignal des Frequenzteilers 31; Fig. 7 (b) das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17; Fig. 7 (c) die verbleibenden Pulsdaten P_D, welche bei jeder steigenden und jeder abfallenden Flanke (die ansteigende Flanke des Ausgangspulses des AFS 13) des Frequenzteilers 31 zu 156 gesetzt und dann mit dem errechneten Ergebnis, beispielsweise von P_Di=P_D-156×T_s/T_A, bei jedem Anstieg des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 gleich gesetzt werden; und Fig. 7 (d) die Veränderung der Gesamtpulsdaten P_R, die eine Art zeigt, in der die verbleibenden Pulsdaten P_D bei jedem Anstieg oder bei jeder Rückflanke des Ausgangs des Frequenz teilers 31 aufaddiert werden.

Fig. 10(a) bis 10(e) zeigen die Betriebswellen formen für die Parameter bei Änderung des Betriebs zustands der Brennkraftmaschine. Beispielsweise öffnet die Drosselklappe bei der Beschleunigung weiter, wodurch der Ladedruck (Druck des Ansaug stutzens) ebenfalls steigt, weshalb auch A/N gesteigert wird. Jedoch werden wegen der Verzögerung der arith metischen Operationen als auch wegen verschiedener Erfassungsfehler des AFS 13 die ermittelten Werte kleiner als die tatsächlichen Werte (vgl. gestrichelte Linien). Während der Zündzeitpunkt sich in Richtung des Voreilwinkels verschiebt, wird er in dieser Ausführung zu dem korrekten Wert gemäß der ge strichelten Linie der Fig. 10(e) korrigiert, weil ΔAN zu AN addiert wird. Da eine Beziehung ΔAN =0 bei unverändertem Betrieb der Brennkraftmaschine eingesetzt ist, wird insofern keine Korrektur von AN vorgenommen.

Da bei Änderung des Betriebszustandes der Brennkraft maschine, wie Beschleunigung, Abbremsung od. dgl. die Ansaugluftmasse pro Hub AN abweichend von dem tatsächlichen Wert bestimmt wird, wird gemäß der ersten Ausführung der Erfindung eine solche Abweichung der angesaugten Luftmasse korrigiert, wodurch der Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine auch bei Veränderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine exakt überwacht werden kann.

Fig. 11 zeigt schematisch eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Sofern Bauteile mit solchen nach Fig. 1 übereinstimmen, sind gleiche Bezugszeichen verwendet, und derartige Bauteile nicht nochmals beschrieben.

Bezugszahl 50 bezeichnet AN-Verarbeitungsmittel mit Glättungsmitteln und Korrekturmitteln. Diese AN-Verarbeitungsmittel 50 nehmen die Berechnung der oben genannten Gleichung (5) für einen Ausgang der AN-Erfassungmittel 20 vor und ermitteln die Pulszahl gleich dem Ausgang des AFS 13, was der Luftmasse entspricht, von der angenommen wird, daß die Maschine 1 sie aufnimmt. Mit anderen Worten wird eine Glättung der Ansaugluftmasse A/N vorgenommen. Ferner erfolgt eine Korrektur nach der Glättung. Bezugszahl 51 bezeichnet Überwachungsmittel, die die Ansteuerzeit der Einspritzer 14 in Übereinstimmung mit der Luftmasse, welche die Maschine 1 ansaugt, und die elektrische Leitung der Zündspule 19 mittels eines Ausgangssignals der AN-Verarbeitungsmittel 50, eines Ausgangssignals des Wassertemperatursensors 18 (beispielsweise ein Thermistor) zum Erfassen der Temperatur des Kühlwassers der Maschine 1 und eines Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 zum Erfassen der Anzahl von Umdrehungen der Maschine 1 regeln, wodurch die der Maschine 1 zuzuführenden Kraftstoffmenge reguliert wird.

Die hierfür erforderliche Hardware entspricht den AN-Erfassungmitteln 20, wobei die AN-Verarbeitungs mittel 50 und die Überwachungsmittel 51 der mit Bezugszahl 30 in Fig. 2 bezeichneten Überwachungs einheit entsprechen. Bezüglich des Betriebs der CPU 40, die ein wesentliches Element der Überwachungs einheit 30 darstellt, wird auf die Erläuterungen des Hauptprogramms (Schritt 100 bis 110) anhand der Fig. 3, des Unterbrechungszyklus (Schritt 201 bis 205) anhand der Fig. 5 und auf die Wellenform darstellungen in Fig. 8 verwiesen.

Was den Unterbrechungsvorgang betrifft, so werden in den Schritten 401 bis 411 in Fig. 12 die gleichen aufeinanderfolgenden Verarbeitungen wie in den Schritten 301 bis 311 in Fig. 6 vorgenommen, wenn das Unterbrechungssignal in dem Unterbrechungseingangs anschluß P4 der CPU 40 ausgehend von dem Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 erzeugt wird. Daher werden für diese zweite Ausführung der Erfindung nur die Schritte 412 ff erläutert.

In Schritt 412 werden die Pulsdaten ΔP zu den Gesamtpulsdaten P_R addiert, um dadurch neue Gesamtpuls daten P_R zu erhalten. Diese Daten P_R entsprechen der Pulszahl, von der angenommen wird, daß der AFS 13 sie während des Anstiegs des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 erzeugt hat. In Schritt 413 wird eine der Gleichung (5) entsprechende Be rechnung vorgenommen:
Die Berechnung von K_IAN+(1-K_I)P_R wird auf der Grundlage der Lastdaten AN und der aufsummierten Pulsdaten P_R vorgenommen, die unmittelbar vor dem vorangegangenen Anstieg des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 berechnet worden sind, wobei das Ergebnis die neuen Lastdaten AN zu dieser Zeit darstellt. Sind in Schritt 414 diese Lastdaten AN größer als ein vorbestimmter Wert α, werden die Daten in Schritt 415 auf α begrenzt, so daß die Lastdaten AN nicht viel größer als der momentane Wert werden, wenn die Maschine 1 ganz geöffnet wird. In Schritt 416 werden die aufsummierten Pulsdaten P_R zurückgesetzt. In Schritt 417 wird die Ansteuerzeit T₁=AN×K₁+T_D aus den Lastdaten AN, dem Steuerzeit wandlungskoeffizienten K₁ und der Ruhezeit T_D berechnet. In Schritt 418 wird die Steuerzeit T₁ in der Zeitgeber 43 gesetzt. In Schritt 419 werden die vier Einspritzer 14 gleichzeitig durch Triggern des Zeitgebers 43 entsprechend der Zeit T₁ angesteuert. In Schritt 420 wird die Anzahl der Umdrehungen N_e aus der obengenannten Zeit T_R berechnet. In Schritt 421 wird eine Abweichung (Veränderungsgrad) ΔAN zwischen den vorhergehenden Wert von AN und den aktuellen Wert von AN ermittelt. In Schritt 422 wird ΔAN zu dem aktuellen Wert von AN addiert, um AN_s zu ermitteln. In Schritt 423 wird der Wert von AN auf einen Bereich zwischen β₁ und β₂ beschränkt. In Schritt 424 wird der Zündzeitpunkt A aus AN_s und N_e durch Eintragen derselben in die Tabelle f₅ in Fig. 13 ermittelt, die in dem ROM 41 vorge speichert ist, und das Resultat wird in Schritt 425 in den Zeitgeber 47 gesetzt, wodurch der Unter brechungsvorgang abgeschlossen ist.

Die Betriebswellenformen für die einzelnen Parameter bei Änderung des Betriebszustandes der Maschine gemäß Fig. 10, welche bereits für die Erläuterung der ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet worden sind, können mit dieser zweiten Ausführung ebenfalls erreicht werden.

Wie beschrieben wird die Ansaugluftmasse A/N pro Hub der Maschine gemäß der zweiten Ausführung der Erfindung mittels der AN-Erfassungsmittel erfaßt, nachdem der A/N-Wert mit Hilfe von Glättungsmitteln geglättet worden ist, gefolgt von einer Korrektur desselben, um den genauen A/N-Wert herauszufinden und so den Zündzeitpunkt auf der Grundlage dieses A/N-Werts und der Maschinendrehzahl zu überwachen; dadurch wird es möglich, eine Abweichung des A/N-Werts von dem tatsächlichen Wert bei Laständerungen der Maschine auszumerzen, um die Überwachung des Zünd zeitpunkts exakt vornehmen zu können.

Nachstehend ist eine dritte Ausführung der erfindungs gemäßen Vorrichtung beschrieben. Fig. 14 zeigt schematisch die dritte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Konstruktion entspricht weitestgehend derjenigen der ersten Ausführung nach Fig. 1, mit der Ausnahme, daß ein Sensor 52 zum Erfassen des Öffnungsgrades einer Drosselklappe elektrisch zwischen der Drosselklappe 12 und den Korrekturmitteln 24 liegt. Bereits in Fig. 1 dargestellte Teile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen und nicht nochmals beschrieben.

Der Öffnungsgradsensor 52 erfaßt den Öffnungsgrad der Drosselklappe 12, während die Korrekturmittel 24 einen Ausgang der AN-Erfassungsmittel 20 entsprechend einem Ausgang des Öffnungsgradsensors 52 korrigieren.

Fig. 15 zeigt detaillierter den Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Aufbau entspricht demjenigen, der unter Bezugnahme auf Fig. 2 bereits erläutert worden ist, mit der Ausnahme, daß ein Ausgang des Öffnungsgradsensors 52 über ein Interface 53 und einen A/D-Wandler 54 an die CPU 40 gegeben wird.

Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung betreffend den Unter brechungsvorgang in bezug auf das Hauptprogramm und ein Ausgangssignal des AFS 13 entspricht derjenigen der vorherigen Ausführung, die bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 5 erläutert worden ist.

Fig. 16 zeigt den Unterbrechungsvorgang alle 10 ms auf der Grundlage des Zeitgebers 38 in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Öffnungsgradsensors 52. In Schritt 501 wird ein Ausgang R von dem Öffnungsgradsensor 52 in ein digitales Signal ge wandelt. In Schritt 502 wird die Abweichung zwischen dem vorhergehenden Wert und dem aktuellen Wert berechnet und gespeichert. In Schritt 503 wird der aktuelle Wert anstelle des vorhergehenden Werts gespeichert, und der Unterbrechungsvorgang ist abgeschlossen.

Fig. 17 zeigt den Unterbrechungsvorgang für den Fall, daß ein Unterbrechungssignal in dem Unter brechungseingangsanschluß P4 der CPU 40 mittels eines Ausgangs des Kurbelwinkelsensors 17 erzeugt worden ist. In dieser Figur entsprechen die Schritte 601 bis 616 den Schritten 301 bis 316 in Fig. 6, so daß eine Erläuterung unnötig ist.

In Schritt 617 wird ein aus der Multiplikation einer Konstanten K_s mit dem vorgenannten ΔR erhaltener Wert zu AN addiert, um AN_s zu erhalten. In Schritt 618 wird der Wert von AN_s auf einen Bereich zwischen β₁ und β₂ beschränkt. In Schritt 619 wird der Zündzeitpunkt A aus den Werten AN_s und N_e mittels Eintragen derselben in die Tabelle f₅ in Fig. 9 ermittelt, die in den ROM 41 vorge speichert worden ist. In Schritt 620 wird das Ergebnis in den Zeitgeber 47 gesetzt, um den Unterbrechungs vorgang abzuschließen.

Mittels der beschriebenen dritten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Betriebs wellenform nach den Fig. 7 und 8 erreicht werden, welche denjenigen des Betriebs der ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ent sprechen.

Fig. 18(a) bis (d) zeigen die Betriebswellenformen der Parameter bei Änderung des Betriebszustands der Maschine. Beispielsweise vergrößert die Drossel klappe ihren Öffnungsgrad bei der Beschleunigung, wodurch der Ladedruck (Ansaugstutzendruck) ebenfalls steigt, wodurch die Ausgangsänderung (Änderungsgrad) des Öffnungsgradsensors 52 und der A/N-Wert ebenfalls steigen. Wegen Verzögerungen infolge der arithmetischen Berechnungen als auch wegen einiger Erfassungsfehler des AFS 13 werden jedoch die ermittelten Werte kleiner als die tatsächlichen Werte (gestrichelte Linien). Während demzufolge der Zündzeitpunkt in Richtung des Voreilwinkels verschoben wird, wird der AN-Wert dem richtigen angeglichen und der Zünd zeitpunkt kommt dem geeigneten Zündzeitpunkt näher, weil, in dieser Ausführung, das Produkt der Multi plikation der Konstanten K_s mit ΔR zu dem AN-Wert addiert wird. Bei sinkender Geschwindigkeit nimmt ΔR negative Werte an, während AN noch immer den durch gestrichelte Linien dargestellten korrekten Wert annimmt. Ändert sich der Betriebszustand der Maschine nicht, wird ΔR=0, und es erfolgt keine Korrektur.

Da die Masse der angesaugten Luft AN pro Hub bei Änderung des Betriebszustands der Maschine (Be schleunigung, Abbremsung usw.) mit einer Abweichung von dem tatsächlichen Wert bestimmt wird, wird, wie beschrieben, entsprechend dieser dritten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Differenz in der Masse der angesaugten Luft entsprechend einer Veränderung des Ausgangs des Öffnungsgradsensors für die Drosselklappe korrigiert, wodurch der Zünd zeitpunkt des Sensors auch dann exakt überwacht werden kann, wenn die Maschine ihren Betriebszustand ändert.

Fig. 19 zeigt eine vierte Ausführung der erfindungs gemäßen Vorrichtung. Es werden dieselben Bezugszahlen wie in den Fig. 1, 11 und 14 für entsprechende Teile verwendet. Eine Erläuterung dieser Teile erübrigt sich.

Das Wesentliche dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 19 besteht darin, daß ein Öffnungs gradsensor 52 zum Erfassen des Öffnungsgrades der Drosselklappe 12 vorgesehen ist und daß die AN-Ver arbeitungsmittel die Glättungsmittel und die Korrektur mittel umfassen. Die AN-Verarbeitungsmittel führen die Berechnungen gemäß der beschriebenen Gleichung (5) mit Ausgangssignalen der AN-Erfassungsmittel 20 aus und zählen die Pulszahlen entsprechend den Ausgangssignalen des AFS 13, welche derjenigen Luftmasse entsprechen, die der Maschine 1 zum Ansaugen zugeführt wird. Mit anderen Worten glättet sie die Ansaugluftmasse A/N, wonach sie die Korrektur entsprechend Ausgangssignalen des Öffnungsgradsensors 52 ausführt. Die Überwachungsmittel 51 überwachen die Ansteuerzeit der Einspritzer 14 in Übereinstimmung mit der Luftmasse, welche die Maschine 1 einsaugt, und die elektrische Leitung der Zündspule 19 mittels Ausgangssignalen der AN-Verarbeitungsmittel 50, Ausgangssignale des Wassertemperatursensors 18 (beispielsweise ein Thermistor) zum Erfassen der Temperatur des Kühlwassers in der Maschine 1 und Ausgangssignalen des Kurbelwinkelsensors 17 zum Erfassen der Anzahl von Umdrehungen der Maschine 1, wodurch die Kraftstoffmenge, welche der Maschine 1 zugeführt wird, reguliert wird.

Die Überwachungseinrichtung hat bezüglich der AN- Erfassungsmittel 20, der AN-Verarbeitungsmittel 50 und der Überwachungsmittel 51 nach Fig. 19 den gleichen Aufbau wie die Überwachungseinrichtung 30 in Fig. 15. Betreffend den Betrieb der CPU 40 der Überwachungseinrichtung 30 wird auf die Erläuterungen des Hauptprogramms (Schritt 100 bis 110) in Fig. 3, den Unterbrechungszyklus (Schritt 201 bis 205) in Fig. 5 und den Unterbrechungszyklus (Schritt 501 bis 503) in Fig. 16 verwiesen.

Fig. 20 zeigt den Unterbrechungszyklus für den Fall, daß ein Unterbrechungssignal in dem Unter brechungseingangsanschluß P4 der CPU (40) mittels Ausgangssignalen des Kurbelwinkelsensors 17 erzeugt worden ist. In Fig. 20 sind die Schritte 701 bis 720 die gleichen, wie die Schritte 401 bis 420 in Fig. 12, weshalb sie nicht näher erläutert sind.

Eine Veränderung ΔAN des Wertes AN wird ermittelt. Dann wird in Schritt 721 das durch die Multiplikation einer Konstanten K_s mit der genannten ΔR gewonnene Ergebnis zu AN addiert, um AN_s zu erhalten. In Schritt 722 wird der Wert AN_s auf den Bereich zwischen β₁ und β₂ beschränkt. In Schritt 723 wird der Zündzeit punkt A aus den Werten AN_s und N_e durch Eintragen derselben in die Tabelle f₅ gemäß Fig. 9 ermittelt, die in dem ROM 41 vorgespeichert ist. In Schritt 724 wird das Ergebnis in den Zeitgeber 47 gesetzt, um den Unterbrechungszyklus abzuschließen.

Die Betriebswellenformen der einzelnen Parameter bei der Änderung des Betriebszustands der Maschine sind bei der vierten Ausführung der erfindungs gemäßen Vorrichtung dieselben, wie in Fig. 18 (dritte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung).

Wie beschrieben, wird bei der vierten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Ansaugluftmasse A/N pro Hub der Maschine mittels der AN-Erfassungs mittel erfaßt, und, nachdem dieser A/N-Wert mittels Glättungsmitteln geglättet worden ist, ein exakter A/N-Wert durch Korrigieren des geglätteten Wertes entsprechend den Ausgangssignalen des Öffnungsgrad sensors ermittelt. Auf diesem A/N-Wert und der Maschinendrehzahl basierend kann der Zündzeitpunkt exakt überwacht werden.

Bei den beschriebenen vier Ausführungen der erfindungs gemäßen Vorrichtung wird der Ausgangspuls des AFS 13 während des Anstiegs der Ausgangssignale des Kurbelwinkelsensors 17 gezählt. Jedoch kann dieses Zählen ebenfalls bei der Rückflanke vorgenommen werden. Ferner kann die Ausgangspulszahl des AFS 13 während verschiedener Zeitspannen der Ausgangs signale des Kurbelwinkelsensors 17 gezählt werden. Während die Ausgangspulszahl des AFS 13 an sich gezählt worden ist, ist es ebenfalls möglich, ein Produkt aus einer Konstanten entsprechend der Ausgangs fequenz des AFS 13 und der Ausgangspulszahl zu zählen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombi nationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

1. Vorrichtung zum Überwachen des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einem Luftmassensensor (13) zum Erfassen der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge, einem Sensor (17) zum Erfassen der Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, einer Vorrichtung (20) zum Ermitteln des Verhältnisses aus der angesaugten Luftmenge (A) bezogen auf die Anzahl (N) der Umdrehungen (kurz: AN-Vorrichtung) durch Verarbeiten der Ausgangssignale der Sensoren (13, 17) zwischen vorbestimmten Kurbelwinkeln, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektureinrichtung (24) zum Korrigieren des Ausgangssignals der AN-Vorrichtung (20) bei Änderung der Drehzahl der Kurbelwelle und eine Überwachungseinrichtung (21) zum Überwachen des Zündzeitpunkts der Brennkraftmaschine auf der Grundlage der Ausgangssignale des Sensors zum Erfassen der Anzahl der Umdrehungen (17) und der Korrektureinrichtung (24) vorgesehen sind, wobei die Korrektureinrichtung (24) entsprechend der Gleichung ausgelegt ist, worin
Q_e(n), Q_e(n-1) - von der Maschine (1) während der Zeiträume t_n-1, t_n angesaugte Luftmassen,
Q_a(n) - den Luftmassensensor (13) während des Zeitraumes t_n passierende Luftmasse
V_c - Hubvolumen der Maschine (1)
V_s - Volumen zwischen Drosselklappe (12) und Maschine (1)
bedeuten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glättungseinrichtung (50) vorgesehen ist, welche das Ausgangssignal der AN-Vorrichtung (20) glättet und das geglättete Ausgangssignal der Korrektureinrichtung (24) zuführt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (52) zum Erfassen des Öffnungswinkels einer die angesaugte Luftmenge steuernden Drosselklappe (12) vorgesehen ist, wobei die Korrektureinrichtung (24) das Ausgangssignal der AN-Vorrichtung (20) entsprechend diesem Ausgangssignal und einem Ausgangssignal des Sensors (52) korrigiert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (24) ein Ausgangssignal der AN-Vorrichtung (20) auf der Grundlage der Änderungsrate des Ausgangssignals korrigiert.