DE3828733C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen des Zündzeitpunkts einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. (DE-OS 31 38 101).

Bei der bekannten Vorrichtung werden ausschließlich Kurbelwinkelpulse gemessen und verarbeitet. Diese und andere herkömmliche Vorrichtungen zum Überwachen des Zündzeitpunkts verwenden Kurbelwinkelsignale gleicher Teilung, wobei die Genauigkeit der Erfassung einer Bezugsposition durch Zählen der Winkelsignale mit Standardwinkelsignalen als Bezugsgröße verbessert wird, wodurch die Anzahl der Pulse steigt, wie beispielsweise in der JP-OS 36 961/1979 ausgeführt ist. Gemäß den JP-OSen 1 83 304/1984 und 61 617/1985 werden zu diesem Zweck spezielle Pulspositionen besonders nah beeinander vorgeschlagen. Die JP-OS 47 877/1985 beschreibt das Weglassen einer bestimmten Pulsposition.

Gemäß der zuerst genannten JP-OS 36 961/1979 ist es jedoch bei erhöhter Pulsanzahl nötig, Maßnahmen zur Verhinderung von Fehlzündungen zu ergreifen, wodurch die Genauigkeitsverbesserung gegenüber der durch die Erhöhung der Pulsanzahl erwarteten Verbesserung zurückbleibt. Darüber hinaus erhöht die Hardware zum Verarbeiten dieser Pulse die Kosten. Werden die Pulse mittels Software verarbeitet, um den Kostenanstieg zu vermeiden, wird der organisatorische Aufwand groß, wodurch die Flexiblität der Hauptsteuerung sinkt.

Die anderen genannten Schriften (JP-OS 1 83 304/1984, 61 617/1985 und 47 877/1985) lehren lediglich die Verwendung von Mitteln zur Zylinderbestimmung und leisten keinen Beitrag zur Verbesserung der Genauig­ keit der Zündüberwachung.

Beim Einsatz einer Vorrichtung für ein Verfahren zum Überwachen des Zündzeitpunkts in Brennkraft­ maschinen tritt das Problem auf, daß erhebliche Unregelmäßigkeiten im Zündzeitpunkt auftreten, wenn die Maschine anläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und eine Vorrichtung zur Überwachung des Zündzeitpunkts anzugeben, die den Zündzeitpunkt exakter einstellt, wobei gleich­ zeitig Unregelmäßigkeiten in den Zündzeitpunkten während des Anlaufens der Maschine vermieden werden, ohne daß die Software oder Hardware des Gesamtsystems stärker belastet würde.

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Nockenpulssignale von dem Nockenwinkelsensor beispiels­ weise 10° v.o.T. bezüglich des Kurbelwinkels einge­ geben. Die Vorgänge 1) Berechnen der Kreisperiode in dem Intervall zwischen Kurbelpulsen, in dem kein Nockenpuls erfaßt worden ist, als Information über die Kurbelwinkelgeschwindigkeit, 2) Berechnen des Zündzeitpunkts aus der Drehzahl der Maschine, die aus der Kreisperiode ermittelt wird, und dem Druck im Ansaugstutzen und 3) Umsetzen des Ergebnisses in eine Zeitspanne von dem Kurbelpuls (Bezugssignal) am Ende der Kreisperiode werden ausgeführt, wodurch eine zeitlich sehr präzis gesteuerte Zündung möglich ist. Während des Anlaufens der Maschine ist die Drehzahl instabil. Es werden Zündsignale abgegeben, wobei Nockenpulse mit geringfügigen Schwankungen bezüglich des Nockenwinkels als Bezugsgröße verwendet werden, wodurch die Schwankungen bezüglich der Zündzeitpunkte während des Anlaufens der Maschine reduziert werden. Ein ruhiges Anlaufen der Maschine wird ermöglicht.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine Kombination einer schematischen perspektivischen Ansicht, eines Blockschalt­ bilds und eines Schaltplans der gesamten Organisation eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der wesentlichen elektrischen Elemente und ihrer Einbindung in die erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 3 eine Darstellung der Erfassungspositionen für den Kurbelwinkel und den Nockenwinkel;

Fig. 4 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs von Kurbelpulsen, Nockenpulsen und Zündzeitpunkten;

Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen von Kurbelpulsen; und

Fig. 6 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln eines Zündzeitpunkts.

Nach Fig. 1 ist eine Kurbelwellenscheibe 2 zum Erfassen von Kurbelwinkelpositionen koaxial an der Kurbelwelle 1 einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) befestigt. Um die Kurbelwellenscheibe 2 herum sind vier Ansätze 2 a, 2 b, 2 c, 2 d angeordnet, welche in bestimmten Kurbelwinkelpositionen Pulse erzeugen. Beispielsweise sind die Ansätze 2 a und 2 c bei 112° v.o.T. und die Ansätze 2 b und 2 d bei 80° v.o.T. angeordnet. Ein Kurbelwinkelsensor 3 liegt gegenüber dem Rand der Kurbelwellenscheibe 2, so daß er die Ansätze 2 a bis 2 d erfaßt und ent­ sprechende Kurbelpulssignale erzeugt, wenn die Ansätze infolge der Drehung der Kurbelwellenscheibe 2 an ihm vorbeikommen.

Unabhängig davon ist eine Nockenwellenscheibe 5 zum Erfassen der Nockenwinkelposition koaxial an einer Nockenwelle 4 der Brennkraftmaschine befestigt, die sich mit der halben Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 1 dreht. Um die Nockenwellenscheibe 5 herum sind vier Ansätze 5 a, 5 b, 5 c und 5 d mit gleicher Teilung von 90° angeordnet, welche an bestimmten Nockenwinkelpositionen Pulse erzeugen. Ein Nockenwinkelsensor 6 ist gegenüber dem Rand der Nockenwellenplatte 5 angeordnet und teilt die genannten Kurbelwinkelpulse in zwei Arten, nämlich Pulse A (verursacht von den Ansätzen 2 a und 2 c) und Pulse B (verursacht von den Ansätzen 2 b und 2 d). Der Nockenwinkelsensor 6 erzeugt einen Nockenpuls, welcher ein Bezugssignal während des Anlaufens der Brennkraftmaschine darstellt, beispielsweise bei 10° v.o.T.

Die Pulssignale von dem Kurbelwinkelsensor 3 und dem Nockenwinkelsensor 6 werden zusammen mit dem Signal von einem Drucksensor 7 für den Druck in dem Ansaugstutzen der Maschine in der in Fig. 4 gezeigten zeitlichen Abfolge erzeugt und einer Überwachungseinheit 10 zugeführt, welche Mikrocomputer enthält und den Zündzeitpunkt überwacht.

Die Drehzahl der Maschine wird auf der Grundlage der Pulse von dem Kurbelwinkelsensor 3 ermittelt, während die Erkennung der Zylinder mittels der Nockenpulse von dem Nockenwinkelsensor 6 erfolgt. Die Überwachungseinheit 10 umfaßt im wesentlichen eine EIN/AUS-Schnittstelle 10 a, eine CPU 10 b, einen Lesespeicher 10 c, in dem Überwachungsprogramme und dgl. gespeichert sind, einen Speicher mit wahl­ freiem Zugriff 10 d zum zeitweiligen Ablegen von Daten und dgl. Die Überwachungseinheit 10 ermittelt den Zündzeitpunkt nach einem bestimmten Programm. Die resultierenden Zündsignale werden einer Steuer­ schaltung 11 zugeführt, welche Leistungstransistoren und dgl. zum Umschalten von EIN auf AUS umfaßt, wobei durch das Umschalten eine Zündspannung über eine Zündspule 12 und einen Verteiler 13 nacheinander Zündspulen 14 in den jeweiligen Zylindern zugeführt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Überwachungseinheit 10 ist in Fig. 2 dargestellt. Sie umfaßt Kurbelpuls­ erkennungsmittel 20, welche Kurbelpulssignale und Nockenpulssignale von dem Kurbelwinkelsensor 3 bzw. dem Nockenwinkelsensor 6 empfängt. Die Kurbelpuls­ erkennungsmittel 20 erfassen auf der Grundlage eines Nockenpulssignals, ob der Nockenpuls zwischen dem vorhergehenden und dem momentanen (soeben erzeugten) Kurbelpuls von dem Kurbelwinkelsensor 3 eingegeben worden ist. Wenn ein Nockenpulssignal zwischen dem vorhergehenden und dem momentanen Kurbelpuls eingegeben worden ist, wird das auf das Nockenpulssignal folgende Kurbelpulssignal als A (verursacht von dem Ansatz 2 a oder 2 c) erkannt, wohingegen dann, wenn ein Nockenpulssignal eingegeben worden ist, das nächste Kurbelpulssignal als B (von dem Ansatz 2 b oder 2 d verursacht) erkannt wird.

Das resultierende Ausgangssignal A wird an Kreis­ periodenberechnungsmittel 21 übertragen, wo eine Kreisperiode T ₃₂ d. h. Daten über die Winkelge­ schwindigkeit der Kurbelwelle 1 aus der Differenz (in diesem Beispiel 32°) zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Kurbelpuls A erfaßt wird, und dem Zeitpunkt, zu dem der unmittelbar nachfolgende Kurbelpuls B erfaßt wird, berechnet werden. Diese Daten T ₃₂ über die Winkelgeschwindigkeit werden Drehzahlbe­ rechnungsmitteln 22 für die Maschine zugeführt, welche daraus die Drehzahl Ne ermitteln.

Unabhängig davon wird das Signal von dem Drucksensor 7 für den Ansaugstutzen von Berechnungsmitteln 23 für den Druck im Ansaugstutzen empfangen, welche dem der Maschinenlast entsprechenden Druck P im Ansaugstutzen berechnen. Auf der Grundlage dieses Drucks P und der Maschinendrehzahl Ne bestimmen Zündwinkelrückgewinnungsmittel 24 den Zündwinkel ANG _SPK beispielsweise aus einer Matrix und übertragen den Zündwinkel als Ausgangssignal an Zündwinkel­ berechnungsmittel 25.

Die Zündwinkelberechnungsmittel 25 bestimmen den Zündzeitpunkt T _SPK aus der folgenden Gleichung (1), wobei der eingegebene Zündwinkel ANG _SPK als Zeitspanne von dem Zeitpunkt an, zu dem der Kurbelpuls B als Bezugsposition entsprechend der Kreisperiode T ₃₂ erfaßt wird, d.h. entsprechend den Daten über die Winkelgeschwindigkeit.

T _SPK = (ANG _SPK /32°) × T₃₂ (1)

Der so bestimmte Zündzeitpunkt T _SPK wird in einen Zeitgeber 26 gesetzt, der auch das Ausgangssignal der Kurbelpulserkennungsmittel 20 empfängt und entsprechend dem Pulssignal B des von den Kurbel­ pulserkennungsmitteln 20 erkannten Ansatzes B zu zählen beginnt. Wenn der Zündzeitpunkt erreicht ist, gibt der Zeitgeber 26 ein Zündzeitpunktssignal an die Steuerschaltung 11, wodurch deren Leistungs­ transistor ausgeschaltet und die Zündspannung an die Zündkerze 14 des entsprechenden Zylinders gegeben wird.

Durch diese Art der Überwachung nähert sich das Signal des Ansatzes B (2 b, 2 d), welcher die Bezugs­ position darstellt, dem tatsächlichen Zündwinkel an, wodurch die Genauigkeit der Einstellung des Zündzeitpunkts auch unter extremen Bedingungen verbessert wird, wie beispielsweise während der Beschleunigung, wo die Drehzahl erheblich schwankt.

Während des Anlaufens der Maschine ist die Drehzahl gering, wodurch die von den Kreisperiodenberechnungs­ mitteln 21 berechnete Kreisperiode T ₃₂ relativ lang wird. Demzufolge wird auch der Zündwinkel ANG _SPK groß und Schwankungen der Drehzahl treten auch innerhalb eines Zyklus auf. Das bedeutet, daß Unregelmäßigkeiten beim Zündzeitpunkt auftreten und kein ruhiges Anlaufen möglich ist.

Liegt die Maschinendrehzahl unter einem vorbe­ stimmten Wert (beispielsweise 300 bis 400 U/min.), was mittels der Kurbelpulse von dem Kurbelwinkel­ sensor 3 erfaßt wird, stellen Maschinenanlaufer­ fassungsmittel 27 fest, daß die Maschine gerade anläuft, und erzeugen ein entsprechendes Feststellungs­ signal, mit Hilfe dessen die Kurbelpulserkennungsmittel 20 und die nachfolgenden Elemente ausgeschaltet werden. Gleichzeitig setzen Zündzeitpunktsetzmittel 28 für die Anlaufphase ebenfalls entsprechend dem Feststellungssignal den Zündzeitpunkt, wobei das Nockenpulssignal von dem Nockenwinkelsensor 6 mit relativ geringen Schwankungen im Bereich niedriger Drehzahlen als Bezugsgröße dient, und geben Zündsignale direkt an die Steuerschaltung 11.

Steigt die Maschinendrehzahl über den genannten vorbestimmten Wert, stellen die Maschinenanlauf- Erfassungsmittel 27 fest, daß der Anlaufvorgang der Maschine abgeschlossen ist, und geben ein Anlauf­ abschlußsignal ab, welches die Zündzeitpunktsetz­ mittel 28 für die Anlaufphase stoppt und gleichzeitig die Kurbelpulserkennungsmittel 20 und die nachfolgenden Elemente aktiviert. Daraufhin erfolgt die Überwachung des Zündzeitpunkts entsprechend dem ermittelten Zündzeitpunkt T _SPK.

Mittels der beschriebenen Art der Überwachung des Zündzeitpunkts können Verzögerungen oder Nacheilungen während der Anlaufphase der Maschine auf ein Minimum reduziert werden. Ferner können durch geeignetes Setzen der beschriebenen vorbestimmten Maschinen­ drehzahl als Kriterium für die Feststellung, ob die Maschine anläuft, Schwankungen des Zündzeitpunkts im unteren Drehzahlbereich reduziert werden, wenn der Zündzeitpunkt in gleicher Weise auf der Grundlage der Nockenpulse auch im Leerlauf gesetzt wird. Der Zündzeitpunkt kann ausschließlich auf der Grundlage des Nockenpulssignals überwacht werden, so daß die Überwachung auch dann fehlerfrei arbeitet, wenn Unregelmäßigkeiten im Kurbelwinkelsensor 3 auftreten.

Nachstehend sei die Funktionsweise der Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme in den Fig. 5 und 6 näher erläutert. Fig. 5 zeigt das Verfahren zum Identifizieren des Kurbelpulses. Ein Kurbelpuls von dem Kurbelwinkelsensor 3 und ein Nockenpuls von dem Nockenwinkelsensor 6 werden in Schritt S 100 eingegeben. In dem nachfolgenden Schritt S 101 wird festgestellt, ob ein Nockenpuls zwischen dem vorhergehenden und dem aktuellen Kurbelpuls einge­ geben worden ist. Wenn ein Nockenpuls eingegeben worden ist, wird in Schritt S 102 die Feststellung getroffen, daß der aktuelle Kurbelpuls auf einen Ansatz A zurückzuführen ist, wohingegen dann, wenn kein Nockenpuls eingegeben worden ist, in Schritt S 103 festgestellt wird, daß der aktuelle Kurbelpuls auf einen Ansatz B zurückgeht, d.h. daß er ein Bezugssignal darstellt.

In dem Verfahren zum Ermitteln des Zündzeitpunkts nach Fig. 6 werden in Schritt S 200 ein Kurbelpuls und ein Nocken­ puls eingegeben. Daraufhin wird in Schritt S 201 festgestellt, ob die Maschinendrehzahl unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.

Liegt die Maschinendrehzahl unterhalb des vorbestimmten Wertes und wird festgestellt, daß die Maschine anläuft, wird das System in Schritt S 202 in den Anlaufmodus gebracht. Ein Kurbelpuls B bewirkt dann, daß elektrische Energie an die Zündspule 12 gegeben wird, um zu Starten, wobei die Zündung mit einem Nockenpuls bei 10° v.o.T. erfolgt. Auch in Bereichen niedriger Drehzahl, in denen die Drehzahl stark schwankt, wird die Zündverzögerung auf ein Minimum beschränkt.

Wenn nach Abschluß des Anlaufvorgangs in Schritt S 201 festgestellt wird, daß die Maschinendrehzahl den vorbestimmten Wert übersteigt, werden die Kurbel­ pulse A und B in Schritt S 203 nach Fig. 6 klassi­ fiziert. In Schritt S 204 wird die Zeitspanne T ₃₂ zwischen dem Kurbelpuls A und dem Kurbelpuls B, d.h. eine Information betreffend die Winkelgeschwindig­ keit der Kurbelwelle, ermittelt. In Schritt S 205 wird auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle die Maschinendrehzahl Ne berechnet. Gleichzeitig wird der Druck P im Ansaugstutzen als ein Maß für die Maschinenlast gelesen. Aus diesen Daten wird in Schritt S 206 der Zündwinkel ANG _SPK mit einem Verfahren, wie der Rückgewinnung, ermittelt.

In Schritt S 207 wird der Zündzeitpunkt T _SPK auf der Grundlage der Gleichung (1) berechnet und in Schritt S 208 in den Zeitgeber 26 gesetzt. Wie be­ schrieben gibt der Zeitgeber 26 ein Zündsignal ab, wenn der Zündzeitpunkt T _SPK erreicht ist. Dieses Verfahren wird bei jeder halben Umdrehung der Kurbel­ welle wiederholt, wodurch die Zündkerzen 14 der Zylinder nacheinander gezündet werden.

Wie unter Bezugnahme auf ein Beispiel erläutert, gibt die Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung des Zündzeitpunkts an, in der eine Kreisperiode als Maß für einen Kurbelwinkel in dem Intervall zwischen solchen Kurbelpulsen bestimmt wird, innerhalb dessen kein Nockenpuls erfaßt worden ist. Der Zünd­ zeitpunkt wird auf der Grundlage dieser Kreisperiode ermittelt. Wenn dann der Zündzeitpunkt erreicht ist, wird ein Zündsignal abgegeben. Durch diese Art der Überwachung des Zündzeitpunkts ist es möglich, die Bezugsposition näher an die tatsächliche Zünd­ position zu bringen, wodurch die Genauigkeit der Überwachung des Zündzeitpunkts im normalen Betrieb erheblich verbessert ist.

Unregelmäßigkeiten des Zündzeitpunkts, die in Bereichen niedriger Drehzahl, wie beim Anlaufen und im Leerlauf auftreten und ein Problem beim Überwachen des Zündzeit­ punkts mittels Zeitüberwachung waren, werden unter­ drückt, ohne daß die Beanspruchung der Hardware und der Software erhöht würde. Die Maschine kann ruhig anlaufen.

Darüber hinaus eröffnet die Erfindung andere Vorteile, wie "Betriebssicherheit", weil die Zündung mittels der Nockenpulse gesteuert werden kann, wenn Abnormi­ täten oder Störungen in dem Kurbelwinkelsensor auftreten.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Überwachen des Zündzeitpunkts einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (1), einer Nockenwelle (4) zur Ventilbetätigung, einem Ansaugrohr zum Ansaugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in mindestens einen Zylinder, einer Zündkerze (14) zum Zünden des Gemisches, einem Kurbelwinkelsensor (3) zum Erfassen bestimmter Kurbelwellenwinkel, der entsprechende Kurbelwinkelpulssignale abgibt, einem weiteren Sensor (6) zum Erfassen bestimmter, dem Kurbelwinkel proportionaler Drehwinkel eines Bauteils der Maschine, einer Druckberechnungsvorrichtung (7, 23), welche den Druck im Ansaugstutzen ermittelt und ein Drucksignal (P) erzeugt, und einer Überwachungseinheit, welche die Signale der beiden Sensoren, sowie das Drucksignal als Eingangssignale aufnimmt und den Zündzeitpunkt in der Brennkraftmaschine regelt, dadurch gekennzeichnet, daß
der weitere Sensor ein Nockenwinkelsensor (6) ist, der bei bestimmten Nockenwellenwinkeln Nockenwinkelpulssignale abgibt,
eine Maschinenlauferfassungsvorrichtung (27) ein Maschinenlaufsignal erzeugt,
eine Zündzeitpunktvorgabevorrichtung (28) für die Anlaufphase auf das Maschinenanlaufsignal und das Nockenwinkelsignal reagiert;
eine Kurbelwellenscheibe (2) mindestens vier am Umfang versetzte Vorsprünge (2 a-2 d) zum Zusammenwirken mit dem Kurbelwinkelsensor (3) aufweist;
eine Nockenwellenscheibe (5) mindestens vier am Umfang versetzte Vorsprünge (5 a-5 d) zum Zusammenwirken mit dem Nockenwinkelsensor (6) aufweist;
eine Kurbelpulserkennungsvorrichtung (20), die Maschinenanlaufsignale, die Nockenwinkelpulssignale und die Kurbelwinkelpulssignale empfängt, die Kurbelwinkelpulssignale erkennt und Kurbelpulse (A, B) abgibt;
eine Kreisperiodenberechnungsvorrichtung (21), die der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle entsprechende Kreisperiode, ausgehend von den beiden Kurbelpulsen (A, B), ermittelt und ein Kreisperiodensignal (T₃₂) abgibt;
eine Zündwinkelberechnungsvorrichtung (22, 24) aus dem Kreisperiodensignal (T₃₂) und dem Drucksignal (P) einen Zündwinkel berechnet und ein Winkelsignal (ANG _SPK ) erzeugt; und
eine Zündzeitpunktberechnungsvorrichtung (25) aus dem Kreisperiodensignal (T₃₂) und dem Drucksignal (P) ein Zündzeitpunktsignal (T _SPK ) erzeugt, welches das Nockenwinkelsignal repräsentiert, wenn die Zündzeitpunktvorgabevorrichtung (28) das Maschinenlaufsignal empfängt, und welches das Kurbelwinkelsignal repräsentiert, wenn die Maschinenlauferfassungsvorrichtung den Abschluß der Anlaufphase festgestellt hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündzeitpunktvorgabevorrichtung (28) für die Anlaufphase in Abhängigkeit von einem Feststellungssignal den Zündzeitpunkt setzt und Zündsignale direkt an eine Steuerschaltung (11) abgibt, wobei das Nockenwinkelpulssignal des Nockenwinkelsensors (6), das im unteren Drehzahlbereich relativ geringfügig schwankt, als Bezugsgröße dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinheit (10) eine Zündwinkelrückgewinnungsvorrichtung (24) umfaßt, welche aus dem Drucksignal (P) und der Maschinendrehzahl (Ne) mittels einer Matrix den Referenzzündwinkel ANG _SPK bestimmt und als Ausgangssignal an die Zündzeitpunktsberechnungsvorrichtung (25) abgibt.