DE3833084A1 - Vorrichtung zur ueberwachung des zuendzeitpunkts in einer brennkraftmaschine mit innerer verbrennung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Zündzeitpunkts in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, die in der Lage ist, den Zündzeitpunkt so zu regeln, daß immer das maximale Drehmoment erzeugt wird, unabhängig von der Art des verwendeten Kraftstoffs und der Erzeugung von Klopfen und unabhängig von zeitlichen Veränderungen des Betriebszustands der Maschine und des verwendeten Kraftstoffs.

Herkömmliche Vorrichtungen zur Überwachung des Zündzeitpunkts in Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung sind beispielsweise in der JP-OS 3175/1984 und der JP-PS 61 897/1982 offenbart.

Zur Überwachung des Klopfens in der Brennkraftmaschine sind verschiedene Verfahren bekannt, welche einen Klopfsensor verwenden. Es gibt zwei verschiedene Arten von Verfahren zum Überwachen einer Brennkraft­ maschine mit mehreren Zylindern. Einmal werden alle Zylinder gleichzeitig überwacht und einmal einzeln und voneinander unabhängig.

Im allgemeinen sind das Verdichtungsverhältnis, das Luft-/Kraftstoffverhältnis und die Temperatur der Brennkammerwand der einzelnen Zylinder unterschiedlich, so daß Klopfen in jedem einzelnen Zylinder bei einem anderen Zündzeitpunkt auftritt. Daher ist ein sehr gutes Resultat zu erzielen, indem der Klopfpegel für jeden einzelnen Zylinder erfaßt und die Zylinder so überwacht werden, daß der Zündzeit­ punkt nur für diejenigen Zylinder verzögert wird, in denen Klopfen auftritt.

Bei der herkömmlichen Vorrichtung zur Überwachung des Zündzeitpunkts in den Zylindern wird ein grundlegender Zündzeitpunkt, der für alle Zylinder gleich ist, entsprechend dem Arbeitspunkt der Brennkraft­ maschine ermittelt, während die Überwachung in dem Bereich einer Voreilung von derjenigen in dem Bereich einer Nacheilung unterschiedlich ist. Dabei wird die Überwachung derart vorgenommen, daß der Zündzeit­ punkt im Bereich der Voreilung nicht vor dem grund­ legenden Zündzeitpunkt liegt. Für den Bereich der Nacheilung gilt das folgende: Um zu verhindern, daß das Drehmoment infolge unnötigen Nacheilens des Zündzeitpunkts reduziert wird, was darauf zurück­ geht, daß ein Klopfsensor infolge von Empfindlichkeits­ schwankungen, Rauschen oder mechanischen Vibrationen in dem Sensor meldet, daß Klopfen auftritt, ist die Überwachung des Klopfpegels in dem Bereich der Nacheilung so gestaltet, daß vorher ein Grenzwert im Bereich der Nacheilung festgelegt wird, der sich zu [Zündzeitpunkt, der leichtes Klopfen verursacht (sogenanntes schwaches Klopfen)] -σ⁰, oder zu MBT-Punkt (Punkt der minimalen Voreilung für das beste Drehmoment) -σ⁰, wenn der MBT-Punkt im Bereich der Nacheilung bezüglich des Punktens schwachen Klopfens liegt, ergibt. In diesem Fall ist ein Wert von 5° bis 6° für σ⁰ bevorzugt. Genauer gesagt wird die Zündung zunächst entsprechend dem grundlegenden Zündzeitpunkt ausgeführt. Tritt Klopfen auf, wird der Zündzeitpunkt entsprechend dem Klopfpegel verzögert, so daß leichtes Klopfen auftritt. Ist das Klopfen durch die Verzögerung verschwunden, wird der Zündzeitpunkt wieder verschoben, weil er zu sehr verzögert worden war. Dadurch wird immer leichtes Klopfen erzeugt.

Läge der Zündzeitpunkt durch die Vorschiebung vor dem grundlegenden Zündzeitpunkt, wird er auf den grundlegenden Zündzeitpunkt eingestellt. Als grund­ legender Zündzeitpunkt wird ein solcher Zündzeitpunkt festgelegt, der das maximale Drehmoment bei einem Klopfpegel erzeugt, der unterhalb des Pegels für leichtes Klopfen liegt.

Die Beziehung zwischen dem Zündzeitpunkt und dem bei leichtem Klopfen von der Maschine erzeugten Drehmoment ist durch die gestrichelte Linie in Fig. 5 gezeigt. Der Zündzeitpunkt zum Erzeugen des maximalen Drehmoments (MBT) liegt im Bereich der Voreilung bezüglich desjenigen Zündzeitpunkts, bei dem leichtes Klopfen auftritt (Punkt D). Die Beziehung zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Drehmoment unter Schwerlast ist durch die durchgezogene Linie in Fig. 5 dargestellt. Wird Benzin mit einer geringen Oktanzahl verwendet, verschiebt sich der Zündzeitpunkt zum Erzeugen leichten Klopfens (Punkt B) in Richtung Nacheilung bezüglich des MBT-Punktes.

Wird Benzin mit einer hohen Oktanzahl verwendet, verschiebt sich der Zündzeitpunkt, bei dem leichtes Klopfen erzeugt wird, zu Punkt C. Es gibt die Möglich­ keit, daß der MBT-Punkt in Richtung Nacheilung verschoben wird (in Richtung hoher Drehzahl). Deshalb sollte der grundlegende Zündzeitpunkt unter Zugrunde­ legung eines MBT-Punktes bei geringer Last festgelegt werden, während der grundlegende Zündzeitpunkt an einem Punkt, der leichtem Klopfen entspricht, oder auf dem MBT-Punkt unter Schwerlast festgelegt werden sollte.

Bei der herkömmlichen Vorrichtung zur Überwachung des Zündzeitpunkts mit dem beschriebenen Aufbau kann der Zündzeitpunkt nicht immer derart überwacht werden, daß das maximale Drehmoment erzeugt wird, wenn die Festlegung des grundlegenden Zündzeitpunkts, des MBT-Punktes im Betrieb und des Zündzeitpunktes zum Erzeugen leichten Klopfens zu nicht aufeinander abgestimmten Zeitpunkten erfolgen, weil der Betriebszu­ stand der Brennkraftmaschine sich zeitlich verändert. Eine weitere Ursache kann in der Art des verwendeten Kraftstoffs (wie etwa Benzin mit hoher Oktanzahl, Normalbenzin, Alkohol enthaltendes Benzin) liegen.

Fig. 6 zeigt die Überwachung mittels der beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung. In Fig. 6 kennzeichnen die gestrichelten Linien die Beziehung zwischen dem Klopfpegel und dem erzeugten Drehmoment während der Festlegung des grundlegenden Zündzeitpunkts, während die durchgezogenen Linien Beziehungen zwischen dem Klopfpegel und dem Drehmoment darstellen, das in der Praxis erzeugt wird, wobei sich der Betriebs­ zustand der Maschine zeitlich bezüglich des Zündzeit­ punkts ändert.

Da bei der herkömmlichen Vorrichtung zur Überwachung des Zündzeitpunkts dann kein Klopfen auftritt, wenn der grundlegende Zündzeitpunkt gerade festgelegt wird, erfolgt die Überwachung derart, daß der MBT-Punkt für jede Zündung erhalten wird. Bei dem beschriebenen Betrieb entsprechend den durchgezogenen Kurven verschiebt sich jedoch der Zündzeitpunkt, bei dem das maximale Drehmoment erzeugt wird, in einen Punkt MBT′. Daraus ergibt sich, daß der Zündzeit­ punkt, der ja überwacht werden soll, sich nicht so einstellt, daß das maximale Drehmoment erzeugt wird.

Demnach besteht bei der herkömmlichen Vorrichtung zur Überwachung des Zündzeitpunkts das Problem, daß es schwierig ist, ausreichend auf Veränderungen der Charakteristika der Brennkraftmaschine zu reagieren, d. h. es ist schwierig, den Zündzeitpunkt so zu überwachen, daß immer das maximale Drehmoment erzeugt wird.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung des Zündzeitpunkts in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung anzugeben, mit Hilfe derer der Zündzeitpunkt derart überwacht werden kann, daß unabhängig vom Auftreten eines Klopfens stets das maximale Drehmoment erzeugt wird.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

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

Nachstehend ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines Ausführungsbei­ spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 ein Flußdiagramm der Überwachung des Zündzeit­ punkts nach dem beschriebenen Ausführungsbei­ spiel;

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Berechnung eines effektiven Heizwertes Q nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1;

Fig. 4 ein charakteristisches Diagramm der Beziehung des Zündzeitpunkts zu effektiven Heizwerten, um das Ergebnis von Bearbeitungen nach den Fig. 2 und 3 zu erläutern; und

Fig. 5 und 6 charakteristische Diagramme der Beziehungen zwischen Klopfpegeln und einem Drehmoment und Zündzeitpunkten.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels im Detail beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen ist.

Fig. 1 zeigt den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung einer Verarbeitung, um einen effektiven Heizwert Q und einen effektiven Verbrennungswert K mittels einer Überwachungseinrichtung 15 in Fig. 1 zu errechnen. Es sind folgende Elemente dargestellt: ein Luftfilter 1, ein in einem Luftansaugstutzen angeordneter Luftströmungsmesser 2 zum Erfassen der anzusaugenden Luftmenge, eine in den Luftansaugstutzen angeordnete Drosselklappe 3, ein Zylinderblock 4, ein Wasser­ temperatursensor 6 zum Erfassen der Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine, ein Kurbelwinkel­ sensor 7, ein Abgaskrümmer 8, ein in dem Abgaskrümmer angeordneter Abgassensor zum Erfassen der Konzentration von Abgaskomponenten (wie etwa der Sauerstoff-Konzen­ tration), ein Kraftstoffeinspritzventil 10, eine Zündkerze 11, ein Drucksensor 13 zum Erfassen des Zylinderinnendrucks und die Überwachungseinrichtung 15.

Der Kurbelwinkelsensor 7 gibt bei jeder Bezugsposition des Kurbelwinkels (beispielsweise 180° bei einer Vierzylindermaschine und 120° bei einer Sechszylinder­ maschine) einen Bezugspositionsimpuls und bei jedem Einheitswinkel (beispielsweise 1°) einen Einheitswinkel­ impuls ab. Die Überwachungsvorrichtung 15 zählt bei Empfang eines Bezugspositionsimpulses die Anzahl der Einheitswinkelimpulse, um so den Kurbelwinkel seit dem Empfangen des Bezugspositionsimpuls zu erhalten. Ferner kann mittels der Überwachungseinrichtung 15 die Maschinendrehzahl durch Messen der Frequenz oder der Periode der Einheitswinkelimpulse ermittelt werden.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 ist der Kurbelwinkel­ sensor 7 in einem Verteiler angeordnet.

Die Überwachungseinrichtung 15 empfängt ein Kurbel­ winkelsignal S 3 von dem Kurbelwinkelsensor 7, ein Abgassignal S 4 von dem Abgassensor 9, ein Wasser­ temperatursignal S 2 von dem Wassertemperatursensor 6, ein Ansaugluftmengensignal S 1 von dem Luftströmungsmesser 2 und ein Drucksignal S 6 von dem Drucksensor 13. Ferner empfängt die Überwachungseinrichtung 15 ein Signal betreffend die Batteriespannung und ein Signal, das anzeigt, daß die Drosselklappe ganz geschlossen ist. Diese Signale sind in Fig. 1 nicht dargestellt.

Die Überwachungseinrichtung 15 wird von einem Mikro­ computer gebildet, der eine CPU, einen RAM, einen ROM, Ein-/Ausgabeschnittstellen usw. umfaßt.

Nachstehend ist der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.

Die Überwachungseinrichtung 15 verarbeitet gemäß Fig. 3 Daten, um einen effektiven Heizwert Q zu ermitteln, und überwacht den Zündzeitpunkt gemäß Fig. 2, um zusätzlich die normale Kraftstoffüber­ wachung vorzunehmen.

Zunächst sei die Kraftstoffüberwachung beschrieben. Die Überwachungseinrichtung 15 überwacht die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffeinspritz­ menge dadurch, daß sie die genannten Signale S 1, S 2, S 3, S 4 und andere Signale, wie das Batterie­ spannungssignal und das Signal betreffend das vollständige Schließen der Drosselklappe verarbeitet und ein Einspritzsignal S 5 an das Kraftstoffeinspritzventil 10 gibt, wodurch das Kraftstoffeinspritzventil 10 angesteuert wird, so daß es einen gegebene Kraft­ stoffmenge an die Brennkraftmaschine gibt.

Die Kraftstoffeinspritzmenge Ti wird von der Über­ wachungseinrichtung 15 unter Verwendung der folgenden Gleichung (1) ermittelt:

Ti = Tp × (1 + Ft + KMR/100) × β + Ts (1)

Dabei steht Tp für eine grundlegende Einspritzmenge, die sich zu

Tp = K₀ × A/F × Ga/N

berechnet, wobei Ga die Ansaugluftmenge, N die Maschinendrehzahl, A/F das Luft-/Kraftstoffverhältnis und K₀ eine Konstante sind. Ft steht für einen Korrekturkoeffizient, der der Temperatur des Kühlwassers der Brenn­ kraftmaschine entspricht und einen großen Wert annimmt, wenn die Kühlwassertemperatur gering ist, KMR steht für einen Komplementärkoeffizienten bei hoher Last, der einer vorbereiteten Wertetabelle entnommen werden kann, welche Werte enthält, die der grundlegenden Kraftstoffeinspritzmenge Tp und der Maschinendrehzahl N entsprechen, Ts ist ein von der Batteriespannung abhängiger Korrekturkoeffizient, der dazu dient, Schwankungen in derjenigen Spannung zu kompensieren, welche das Kraftstoffein­ spritzventil ansteuert, und β steht für einen Korrektur­ koeffizienten, der dem Abgassignal S 4 des Abgassensors 9 entspricht. Durch Verwendung des Koeffizienten β kann das Luft-/Kraftstoffverhältnis eines Gas­ gemisches auf einen vorbestimmten Wert, wie etwa ein theoretisches Luft-/Kraftstoffverhältnis von 14.6 eingeregelt werden.

Wird die Regelung unter Verwendung des Abgassignals S 4 vorgenommen, werden die Korrekturen mittels der Korrekturkoeffizienten Ft und KMR bedeutungslos, weil das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Gasgemisches auf einen konstanten Wert eingeregelt ist. Demzufolge wird die Regelung mittels des Abgassignals S 4 nur ausgeführt, wenn die Korrekturkoeffizienten Ft und KMR Null sind.

Nachstehend ist unter Bezugnahme auf Fig. 3 die Datenverarbeitung beschrieben, durch die der effektive Heizwert Q ermittelt wird, der für die Erfindung wichtig ist. Zunächst sei eine grundlegende Gleichung zur Ermittlung des effektiven Heizwertes Q und ihre physikalische Bedeutung erläutert. Aus dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik ergibt sich die folgenden Gleichung:

dQ = du + Pdv

Durch Ersetzen von du durch cvdT (spezifische innere Energie), Pv durch RT (Zustandsgleichung) und dT durch (Pdv+vdP)/R auf der rechten Seite der Gleichung ergibt sich die folgende Gleichung (1):

Dabei ist K die normierte spezifische Wärme (ratio of specific heat). Integrieren der Gleichung (1) ergibt Gleichung (2):

Demnach ergibt sich aus Gleichung (2) eine nutzbare oder effektive Wärme (effektiver Heizwert) Q des Arbeitsgases in einem Zündzyklus. Sie wird durch Integrieren von Gleichung (1) erhalten, wenn der Zylinderinnendruck P(R) bei einem Kurbelwinkel und die Zylinderkapazität V(R) bei dem Kurbelwinkel bekannt sind.

Da aber die effektive Wärme (effektiver Heizwert) Q, die dem Arbeitsgas für einen Zündzyklus innewohnt, durch die Differenz zwischen einer bei der Verbrennung erzeugten Wärme Qr und einer von der Zylinderwand aufgenommenen Wärme Qd gegeben ist, gilt die folgende Gleichung (3):

Q = Qr - Qd (3)

Bezeichnet man die Menge der in einem Zündzyklus angesaugten Luft (Luftdurchsatz/Drehzahl) mit Ga, das Kraftstoff-/Luftverhältnis mit F/A und den unteren Heizwert des Kraftstoffs Hu, berechnet sich

Qr zu Hu × (F/A) × Ga.

Wird die Nettowärme über den Wärmeverlust definiert zu (Kd×Hu×(F/A)×Ga, gilt die folgende Gleichung (4):

Q = (1-Kd)Hu × (F/A) × Ga = K′ × Hu × (F/A) × Ga (4)

In Gleichung (4) ist K′ ein Indikator, der anzeigt, mit welcher Effizienz die durch die Verbrennung erzeugte Wärme genutzt wird, d. h. K′ ist ein Parameter betreffend den effektiven Verbrennungswert. Kd stellt den Anteil des Verlustes der bei der Verbrennung erzeugten Wärme dar. Kd nimmt einen sehr großen Wert an, wenn Klopfen auftritt, beispielsweise dann, wenn der Zündzeitpunkt im Bereich der Voreilung ist. Das ist darauf zurückzuführen, daß eine sich in dem Arbeitsgas an der Zylinderwand ausbildende Temperaturgrenzschicht infolge von durch das Klopfen hervorgerufenen Druckschwankungen abgespalten wird, wodurch der Wärmeübergang von dem Arbeitsgas auf die Zylinderwand sehr groß wird. Das führt dazu, daß der effektive Heizwert Q gering wird. Erfolgt jedoch die Zündung zu spät (in dem Bereich der Nacheilung), wird der berechnete effektive Heizwert Q deshalb gering (vgl. Gleichung (2)), weil der Zylinderinnendruck nicht hoch ist.

Der effektive Heizwert ist eine physikalische Größe, welche die Wärme darstellt, die von dem tatsächlichen Heizwert des Kraftstoffs Rotationsenergie gewandelt wird. Q zeigt einen Extrempunkt in Abhängigkeit von Zündzeitpunkt (vgl. Fig. 4). Wird die verwendete Kraftstoffmenge nicht geändert (so daß der untere Heizwert des Kraftstoffs konstant bleibt), hat auch der effektive Verbrennungswert K einen einzigen Extrempunkt über dem Zündzeitpunkt wie der effektive Heizwert Q. Demzufolge kann durch Berechnen des effektiven Verbrennungswertes K′ oder des effektiven Heizwertes Q auf der Grundlage des Zylinderinnen­ drucks P(R) und der Zylinderkapazität V(R) und durch Überwachen des Zündzeitpunkts derart, daß einer der beiden Werte maximal wird, immer das maximale Drehmoment erhalten werden, unabhängig davon, ob Klopfen auftritt.

Dieses Prinzip ist nachstehend anhand des Fluß­ diagramms nach Fig. 3 erläutert. Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm zum Berechnen eines effektiven Heizwertes Q für den Fall, daß der Kurbelwinkel beispielsweise einmal pro 1° abgetastet wird. Aus der Hauptroutine (beispielsweise dem Flußdiagramm nach Fig. 2) kommend wird gemäß der Routine nach Fig. 3 zunächst in Schritt 100 der Kurbelwinkel R gelesen. Daraufhin wird abgefragt, ob der Kurbelwinkel R im Kompressions- oder Expansions-(Verbrennung) Hub liegt (Schritt 101). Ist die Antwort in Schritt 101 "JA", wird in Schritt 102 der Zylinderinnendruck P(R) gelesen. Ist die Antwort in Schritt 101 "NEIN", wird zu Schritt 100 zurückgekehrt, wo der nächste Kurbelwinkel gelesen wird.

In Schritt 102 wird abgefragt, ob der in Schritt 100 gelesene Kurbelwinkel in der Kompression vT liegt. Liegt der Kurbelwinkel R in der Kompression vT, wird das System initialisiert. Das heißt, daß in Schritt 104 Q=0, P1=P(R) und V1=V(R) gesetzt werden und daraufhin zu Schritt 100 zurückgekehrt wird.

Ist der Kurbelwinkel R nicht in der Kompression vT, wird in Schritt 105 abgefragt, ob der Kurbelwinkel R in der Verbrennung (Expansion) vT liegt. Ist die Antwort "NEIN", wird in den Schritten 106, 107 dQ berechnet. Ist die Berechnung nach Schritt 107 abgeschlossen, wird zu Schritt 100 zurückgekehrt.

Fig. 3 zeigt das Flußdiagramm eines Berechnungsprozesses, mit Hilfe dessen der effektive Heizwert Q und der effektive Verbrennungswert K mittels der Über­ wachungseinrichtung 15 wie beschrieben gewonnen werden. In der Routine nach Fig. 2 wird der Zündzeitpunkt unter Anwendung des sogenannten "Bergaufstiegs" (hill climbing)-Prinzips überwacht. Das heißt, daß der Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine in Schritt 200 erfaßt und ein grundlegender Zündzeitpunkt SAO einer vorbereiteten Tabelle entnommen wird. In Schritt 210 wird abgefragt, ob die Brennkraftmaschine in warmem Zustand ist, indem beispielsweise die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine erfaßt wird. Ist die Antwort "NEIN" (d. h. kalter Zustand), wird der Zündzeitpunkt gleich dem grundlegenden Zündzeitpunkt SAO gesetzt (Schritt 221) und im Schritt 230 wird eine Zündeinrichtung angesteuert. Daraufhin wird die Routine zur Berechnung des effektiven Heizwertes Q nach Fig. 3 abgearbeitet.

Ist die Antwort in Schritt 210 jedoch "JA" (d. h. im warmen Zustand), wird der Zündzeitpunkt um einen vorbestimmten Winkel Δ SA bezüglich des grundlegenden Zündzeitpunkts SAO vorgeschoben (Schritt 220), und in Schritt 230 wird die Zündeinrichtung angesteuert. Daraufhin wird in der beschriebenen Weise die Routine zur Berechnung des effektiven Heizwertes Q nach Fig. 3 abgearbeitet.

Was jedoch die Routine nach Fig. 2 anbetrifft, beginnt der Prozeß bei R 1. Dort wird erneut beispielsweise durch Erfassen der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine (Schritt 250) abgefragt, ob die Brennkraftmaschine in warmem Zustand ist. Ist die Antwort "NEIN" (d. h. in kaltem Zustand), wird der Zündzeitpunkt auf dem grundlegenden Zündzeit­ punkt SAO gehalten (Schritt 292) und die Routine zur Berechnung des effektiven Heizwertes Q nach Fig. 3 wird nach den Schritten 300 und 310 ausgeführt. Ist die Antwort im Schritt 250 "JA" (d. h. die Brenn­ kraftmaschine befindet sich in warmem Zustand), wird zu Schritt 260 übergegangen. In Schritt 260 wird festgestellt, ob der in der Routine nach Fig. 3 ermittelte momentane Wert Q größer als ein vorbe­ stimmter Wert Q 0 ist. Ist die Antwort "NEIN" (d. h. der momentane Wert Q ist kleiner als der vorbestimmte Wert Q 0), wird der Zündzeitpunkt SA durch den grund­ legenden Zündzeitpunkt SAO ersetzt (Schritt 292), und die Zündeinrichtung angesteuert (Schritt 300).

Ist die Antwort "JA" (d. h. der momentane Wert Q ist größer als der vorbestimmte Wert Q 0), wird zu Schritt 280 übergangen. In Schritt 280 wird der im Schritt 310 gespeicherte Wert Q (dieser Wert entspricht dem vorherigen Wert Q) gelesen und es wird der Differenzwert Δ Q zwischen dem momentanen Wert Q und dem vorliegenden Wert Q (=der momentane Wert Q minus dem vorherigen Wert Q) ermittelt und festgestellt, ob der Betrag |Δ Q| der Differenz Δ Q zwischen dem momentanen Wert Q und dem vorhergehenden Wert Q größer als ein vorbestimmter Wert Δ Q 0 ist.

Ist die Antwort "JA", wird in Schritt 290 der vorherige Zündzeitpunkt um einen Voreilwinkel α×Δ Q vorgezogen. Das heißt, daß "momentaner Zündzeitpunkt SA (aktuell) =vorhergehender Zündzeitpunkt SA (vorher)+ α×Δ Q (mit α <0; voT)" gesetzt und in Schritt 300 die Zündeinrichtung angesteuert wird.

Wenn sich in Schritt 280 ergeben hat, daß der Betrag |Δ Q| der Differenz Δ Q zwischen dem momentanen Wert Q und dem vorhergehenden Wert Q kleiner als der vorbestimmte Werte Δ Q 0 ist (d. h. "NEIN"), wird der Zündzeitpunkt in Schritt 291 auf dem vorherigen Zündzeitpunkt gehalten und die Zündeinrichtung in Schritt 300 angesteuert.

Beim Ansteuern der Zündeinrichtung wird der momentane Wert Q in Schritt 310 gespeichert, und die Routine zur Berechnung des effektiven Heizwertes Q nach Fig. 3 wird erneut abgearbeitet.

Das bedeutet, daß der Zündzeitpunkt so überwacht werden kann, daß der maximale effektive Heizwert Q, d. h. das maximale Drehmoment erreicht wird, indem eine Schleife: R 1 → Schritt 260 → Schritt 310 → J 2 → die Routine nach Fig. 3 → R 1 abgearbeitet wird.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Verarbeitungen entsprechend den Routinen nach Fig. 2 und 3. In Fig. 4 ist auf der Ordinate der effektive Heizwert Q und auf der Abszisse der Zündzeitpunkt voT (Voreilwinkel liegen rechts) angetragen. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist nachstehend ein Beispiel für die Überwachung des Zündzeitpunkts für den Fall erläutert, daß die Brennkraftmaschine in warmem Zustand ist.

Während des Betriebs vom Start bis zu Schritt 230 nach Fig. 2 wird der Zündzeitpunkt um einen Winkel Δ SA bezüglich des grundlegenden Zündzeitpunkts SAO vorgeschoben, welcher dem Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine entspricht. Es sei angenommen, daß dann, wenn der Zündzeitpunkt der grundlegende Zündzeitpunkt SAO ist, der effektive Heizwert Q an einem Punkt A in Fig. 4 und der mittels der Routine nach Fig. 3 berechnete effektive Heizwert Q am Punkt B liegen.

Der Differenzwert zwischen B und A wird in Schritt 280 nach Fig. 2 ermittelt. In Fig. 4 ist der Differenz­ wert Δ Q (B-A) größer als der vorbestimmte Wert Δ Q 0. Deshalb wird der Zündzeitpunkt in Schritt 290 um α×Δ Q weiter vorgeschoben. In Schritt 300 erfolgt die Zündung und in Schritt 310 wird der effektive Heizwert Q berechnet. Daraufhin wird unmittelbar zu Schritt 250 zurückgekehrt.

Da die Maschine in warmem Zustand ist, wird dann zu Schritt 260 übergegangen, wo der Wert Δ Q (C-B) nach Fig. 4 abermals ermittelt wird. Ist der Differenz­ wert Δ Q größer als der vorbestimmte Wert Δ Q 0, wird die vorhergehende Schleife erneut abgearbeitet, wodurch der Zündzeitpunkt abermals um α×Δ Q vorgeschoben wird. Durch Wiederholen dieser Operationen nähert sich der Zündzeitpunkt einem Punkt M in Fig. 4 an, an dem der maximale effektive Heizwert Q erreicht wird.

Wird der Zündzeitpunkt über den Punkt M hinausgeschoben, wird der Differenzwert Δ Q kleiner als der vorbestimmte Wert Δ Q 0. Dann wird von Schritt 280 unmittelbar zu Schritt 291 übergegangen, wo der Zündzeitpunkt nahe dem Punkt M fest eingestellt wird.

Der Grund dafür, daß festgestellt wird, ob der effektive Heizwert Q kleiner oder größer als der vorbestimmte Wert Q 0 ist (Schritt 260 in Fig. 2) liegt darin, daß der Zündzeitpunkt auf dem vorher festgelegten, von dem Arbeitspunkt der Brennkraft­ maschine abhängigen grundlegenden Zündzeitpunkt gehalten und die Überwachung des Zündzeitpunkts nicht erfolgen kann, wenn in der Brennkraftmaschine irgendwelche unnormalen Zustände festgestellt werden (z. B. ist der momentane Wert Q kleiner als der vorbestimmte Wert Q 0, wenn eine Fehlzündung auftritt oder die Effektivität der Verbrennung sehr gering ist).

Ist der berechnete momentane Wert Q größer als der vorbestimmte Werte Q 0, während der Betrag |Δ Q| des Differenzwertes Δ Q zwischen dem momentanen Wert Q und dem vorhergehenden Wert Q geringer als der vorbestimmte Wert Δ Q 0 ist, kann es sein, daß zwischen dem momentanen Wert Q und dem vorhergehenden Wert Q keine Differenz besteht, die eine Bedeutung hätte, so daß der Zündzeitpunkt auf dem vorhergehenden Zündzeitpunkt gehalten wird und keine besondere Überwachung stattfinden sollte. Der Wert entspricht einem Unempfindlichkeitsbereich, der unerwünschte Vorgänge in der Überwachung des Zündzeitpunkts verhindert, die auf Schwankungen des Wertes Q für die einzelnen Zündzyklen zurückzuführen ist. Eine Feinüberwachung kann dadurch vorgenommen werden, daß die vorbestimmten Werte Q 0, Δ Q 0 und der Koeffizient α entsprechend dem Arbeitspunkt der Brennkraft­ maschine gewählt werden. Es ist deshalb empfehlenswert, solche Werte und Koeffizienten in einer Wertetabelle zu speichern.

Wird Schritt 260 zum ersten Mal in der Routine nach Fig. 2 ausgeführt, ist es für den momentanen Wert Q empfehlenswert, einen vorher auf der Grundlage des Arbeitspunkts der Maschine festgelegten Wert zu verwenden. Demzufolge sind sowohl der Wert Q als auch die vorbestimmten Werte Q 0, Δ Q 0 und der Koeffizient α vorzugsweise in einer Wertetabelle gespeichert. Als Parameter-Kombination zur Festlegung des Arbeitspunktes der Brennkraftmaschine kann eine Kombination von (Drehmoment und Maschinendreh­ zahl), (Luftansaugstutzendruck und Maschinendrehzahl) oder (Ansaugluftdrucksatz pro Umdrehung und Maschinen­ drehzahl) verwendet werden.

Die Routine nach Fig. 2 kann beispielsweise für jeden Zyklus ausgeführt werden. Die Berechnungen nach Fig. 3 müssen jedoch für beispielsweise jeweils 1° des Kurbelwinkels vorgenommen werden. Demzufolge müssen die Berechnungen mit extrem hoher Geschwindig­ keit ausgeführt werden. Derart hohe Berechnungsge­ schwindigkeiten sind durch Verwendung beispielsweise eines datengesteuerten Prozessors (wie eta µPD7281 von Nippon Denki Kabushiki Kaisha) als Koprozessor möglich. In diesem Fall wird ein Hauptprozessor (der ein normaler Neumann-Prozessor sein kann) für die Berechnungen in der Hauptroutine verwendet, wobei es genügt, einen Koprozessor (ein datengesteuerter Prozessor) zum Ausführen der Berechnungen nach Fig. 3 zu verwenden. In der von dem Hauptprozessor ausgeführten Hauptroutine werden die Überwachung des Kraftstoffs (wie etwa die Berechnung der Pulsbreite Ti eines Kraftstoffeinspritzsignals und die Feststellung des Arbeitspunkts der Brennkraftmaschine), die Überwachung der Flußoperationen der Routine nach Fig. 3 und die Operation nach Fig. 2 ausge­ führt.

Diese sind nachstehend näher erläutert. Da der datengesteuerte Prozessor Operationen entsprechend Daten ausführt, wird die Operationsabfolge zum Ausführen der Routine nach Fig. 3 unter Verwendung der folgenden Merkmales des Prozessors überwacht.

Beispielsweise dann, wenn ein Kurbelwinkelsignal an den Hauptprozessor geht, gibt der Hauptprozessor die den Kurbelwinkel und den Zylinderinnendruck P(R) betreffenden Daten an den Koprozessor, der das Bearbeitungsprogramm nach Fig. 3 gespeichert hat. Das geschieht aus dem Grunde, daß der datengesteuerte Prozessor automatisch so lange arbeitet, wie die notwendigen Daten zur Verfügung stehen. Es genügt, daß der datengesteuerte Prozessor die Daten betreffend Q als Ergebnis der Integration zurückgibt, wenn Schritt 104 in dem Betriebsprogramm nach Fig. 3 ausgeführt ist. Es genügt, daß daraufhin der Hauptprozessor, der die Daten empfängt, die Routine (R 1) nach Fig. 2 abarbeitet, indem er mit den Berech­ nungen in Schritt 250 und den folgenden Schritten fortfährt.

Wird ein selbständiger Prozessor als datengesteuerter Prozessor verwendet, ist es nicht nötig, einen separaten Hauptprozessor und einen separaten Koprozessor zu verwenden. Es genügt, den datengesteuerten Prozessor als Hauptprozessor einzusetzen, um alle Bearbeitungen vornehmen zu können.

Da die Zylinderkapazität V(R) und der differenzierte Wert dv(R) in der Routine nach Fig. 3 bekannte Werte sind, können sie vorher in einer eindimensionalen Wertetabelle betreffend R gespeichert und von dem datengesteuerten Prozessor verwendet werden. Dadurch kann die Bearbeitungszeit verkürzt werden.

Es ist erläutert worden, daß nach den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung der effektive Heizwert Q verwendet wird. Es kann jedoch auch der effektive Verbrennungswert K anstelle des effektiven Heizwertes Q verwendet werden, weil der effektive Verbrennungswert K′ (=Q/Hu) auch einen einzigen Extrempunkt bezüglich des Zündzeitpunkts für den Fall zeigt, daß der verwendete Kraftstoff nicht gewechselt wird.

Ein in einem Zündzyklus erhaltenes Arbeitselement stellt ein graphisch dargestellter effektiver Durch­ schnittsdruck Pi dar. Es wird aber angestrebt, den Zündzeitpunkt derart einzustellen, daß der Maximaldruck Pi erreicht wird. Bekanntermaßen ist es jedoch nötig, eine Integration (0 bis 720°) für die vier Schritte (Ansaugen, Komprimieren, Expandieren, Ausstoßen) durchzuführen, um den graphisch dargestellten effektiven Durchschnittsdruck Pi zu berechnen. Demgegenüber genügt es, die Integration (Null bis 360°) für nur zwei Schritte (Komprimieren und Expandieren) durchzuführen, um den effektiven Heizwert Q zu erhalten. Das ist ein großer Unter­ schied.

Nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Zylinder nicht kritisch. Es ist möglich, den Zündzeitpunkt für jeden einzelnen Zylinder dadurch zu überwachen, daß für jeden einzelnen Zylinder ein eigener Sensor für den Innendruck verwendet wird. Es ist allerdings ebenfalls möglich, den Zündzeitpunkt mittels eines einzigen Sensors für den Innendruck für nur einen Zylinder vorzunehmen.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel bezog sich auf eine Brennkraftmaschine mit einer elektronisch geregelten Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Die Erfindung ist jedoch auf jedwede Art von Brennkraft­ maschine anwendbar, die Mittel zum elektronischen Regeln des Zündzeitpunkts aufweisen.

Gemäß der Erfindung werden der effektive Heizwert Q und der effektive Verbrennungswert K des Kraftstoffs in einem Zündzyklus auf der Grundlage von Daten betreffend den Zylinderinnendruck P(R) und die Zylinderkapazität V(R) ermittelt, wobei der Zündzeit­ punkt unter Verwendung mindestens einer Art von Daten so überwacht wird, daß der effektive Heizwert Q und der effektive Verbrennungswert K maximal werden. Demzufolge kann immer das maximale Drehmoment erreicht werden, unabhängig von der Kraftstoffart und von Klopfen und unabhängig von Änderungen betreffend den Betriebszustand der Brennkraftmaschine und des verwendeten Kraftstoffs.

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

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Überwachung des Zündzeitpunkts in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, gekennzeichnet durch
erste Erfassungsmittel (13) zum Erfassen des Zylinderinnendrucks,
zweite Erfassungsmittel (7) zum Erfassen des Kurbelwinkels und
eine Überwachungseinrichtung (15), welche die Erfassungssignale der ersten und zweiten Erfassungs­ mittel empfängt und einen effektiven Heizwert Q des Kraftstoffs in einem einzelnen Zündzyklus und einen effektiven Verbrennungswert K′ des Kraftstoffs oder einen unteren Heizwert Hu des Kraftstoffs auf der Grundlage des Zylinderinnen­ drucks P(R) bei einem Kurbelwinkel in einem Kompressions- bzw. einem Expansionshub in dem Zündzyklus, des Kurbelwinkels R und eine Zylinder­ kapazität V(R) berechnet, wodurch der Zündzeit­ punkt auf der Grundlage mindestens des effektiven Heizwertes Q oder des effektiven Verbrennungswertes K überwacht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (15) den effektiven Heizwert Q in einem einzelnen Zyklus unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: worin K eine normierte spezifische Wärme ist; daß die Überwachungseinrichtung (15) die Werte der Zylinderkapazität V(R) bei Kurbelwinkeln R und Differentialen dV(R) von V(R) bezüglich der Kurbelwinkel in einer Wertetabelle in einem Speicher ablegt und bei der Berechnung ausliest.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs­ einrichtung (15) als Prozessor zum Berechnen des Heizwertes Q in einem einzelnen Zündzyklus arbeitet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor ein datengesteuerter Prozessor ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt durch einen grundlegenden Zündzeit­ punkt ersetzt wird, wenn der effektive Heizwert Q des Kraftstoffs in einem Zyklus kleiner als ein vorbestimmter Q0 ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (15) den Zündzeitpunkt so überwacht, daß der Zündzeitpunkt in einem Bereich liegt, dessen Breite nur dann proportional zu α×Δ Q ist, wenn der Betrag |Δ Q| der Differenz des momentanen effektiven Heizwertes Q und des vorhergehenden effektiven Heizwertes Q größer als ein vorbestimmter Wert Δ Q0 und die Maschine in warmem Zustand sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte Q0, Δ Q0 und α in Verbindung mit mindestens zwei Parametern gespeichert sind, welche den Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine wiedergeben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als die beiden den Arbeits­ punkt der Brennkraftmaschine wiedergebenden Parameter Drehmoment und Maschinendrehzahl, Ansaugluftdruck und Maschinendrehzahl oder Ansaug­ luftmenge pro Umdrehung und Maschinendrehzahl verwendet werden.