DE3917580A1

DE3917580A1 - Zuendverstellung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3917580A1
Application number: DE3917580A
Authority: DE
Inventors: Kunihiro Abe
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1989-05-30
Publication date: 1989-12-07
Also published as: JPH01305163A; GB2219452A; GB2219452B; GB8912200D0; DE3917580C2; US4928649A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündverstellung für Brennkraftmaschinen, mit einem zum synchronen Umlauf mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vorgesehenen Drehteil, wobei mindestens zwei Anzeigeeinrichtungen auf dem Drehteil ausgebildet sind und zum Abtasten der Anzeigeeinrichtungen sowie zur Abgabe von Signalen ein Fühler vorgesehen ist.

Insbesondere bezieht sie sich auf eine Zündverstellung mit zeitlicher Steuerung und Regelung.

In der japanischen Offenlegungsschrift 60-85 256 wird eine Zündverstellung mit zeitlich geregelter Steuerung beschrieben.

Bei dieser Zündverstellung ist eine umlaufende Scheibe vorgesehen, die zum synchronen Umlauf mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, während an jeder Position, die einem vorgegebenen Kurbelwinkel entspricht, eine Einrichtung zur Stellungsanzeige, beispielsweise in Form eines Vorsprungs auf dem Umfang der Scheibe, vorgesehen ist. Neben der umlaufenden Scheibe ist ein entsprechender Fühler bzw. Winkelmesser angeordnet, welcher an der Position der Anzeigeeinrichtung ein Kurbelwinkelsignal in Form eines Impulses erzeugt. Das Impulssignal wird einer mit Mikroprozessoren ausgerüsteten elektronischen Steuerung zugeführt. Diese Steuerung stellt den Impulsabstand T und den Impulsabstand-Kurbelwinkel R fest. Andererseits wird aus einer Zuordnungstabelle entsprechend der Drehzahl und des Belastungszustandes der Brennkraftmaschine ein Zündwinkel R _SPK abgeleitet. Anschließend wird eine Zündeinstellung T _SPK folgendermaßen rechnerisch ermittelt:

T _SPK = T/ R × R _SPK.

Der Mikrocomputer benötigt jedoch einige Zeit zur Ausführung der Division in der vorstehenden Gleichung.

Dementsprechend verkürzt sich die Zeit zur Berechnung der Zündeinstellung um den Zeitbedarf für die Division. Aus diesem Grunde läßt sich die Zündeinstellung nicht in entsprechender Weise steuern. Um diesem Mangel abzuhelfen, muß ein Mikrocomputer mit hoher Kapazität eingesetzt werden, was die Herstellungskosten jedoch erhöht.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Zündverstellung zu schaffen, bei welcher sich der Zündzeitpunkt exakt berechnen und auch im hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine korrekt steuern läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Zündverstellung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Speichereinrichtung vorgesehen ist, in welcher ein Winkel zwischen den beiden Anzeigeeinrichtungen in der Form K · 2ⁿ abgespeichert ist, wobei K dem Auflösungsvermögen der Verstellung des Systems entspricht und n eine natürliche Zahl ist; daß ferner eines erste Recheneinrichtung zur rechnerischen Ermittlung einer Zeitdauer vorgesehen ist, welche zwischen der Erfassung der beiden Anzeigeeinrichtungen verstreicht, wobei die Recheneinrichtung anschließend in binärer Form ein Zeitdauersignal erzeugt; daß eine Verschiebeeinrichtung zur n-maligen Verschiebung des Zeitdauersignals und zur Erzeugung eines Quotientensignals vorgesehen ist, welches dem Quotienten aus der Division des Zeitdauersignals durch den Winkel entspricht; daß des weiteren ein zweites Rechenwerk zur rechnerischen Ermittlung eines Zündverstellsignals aus dem Quotientensignal und zur Erzeugung eines Zündsignals vorgesehen ist, und daß eine Zündeinrichtung vorgesehen ist, welche im Ansprechen auf das Zündsignal die Zündkerze der Brennkraftmaschine zündet.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung ermittelt ein zweites Rechenwerk rechnerisch den Zündzeitpunkt durch Multiplikation des Quotienten mit einem Zündwinkel. Vorzugsweise ist das Umlaufteil als Scheibe ausgebildet, die fest an einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angebracht ist, während die Anzeigeeinrichtungen in Form von Vorsprüngen auf dem Umfang der umlaufenden Scheibe ausgebildet sind.

Nachstehend werden weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Kurbelwellenscheibe in einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 eine schematische Gesamtübersicht über die erfindungsgemäße Einrichtung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer elektronischen Steuerung in der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm, aus dem die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ersichtlich ist, und

Fig. 5 das binäre Zahlenmuster.

Aus Fig. 1 ist eine Kurbelwelle eines Vierzylindermotors für ein Kraftfahrzeug ersichtlich, an welcher eine Kurbelwellenscheibe 2 befestigt ist. Die Zylinder der Brennkraftmaschine sind in zwei Gruppen unterteilt. wovon die erste die Zylinder Nr. 1 und 3 und die zweite die Zylinder Nr. 2 und 4 umfaßt; der obere Totpunkt wird bei beiden Zylindern zeitlich gleich angesteuert. Neben der Kurbelwellenscheibe 2 befindet sich ein Kurbelwinkelmesser 3 (Magnettaster). Die Kurbelwellenscheibe 2 weist ein Paar erster Vorsprünge 2 a und ein Paar zweiter Vorsprünge 2 b auf. Die ersten Vorsprünge 2 a liegen sich diametral gegenüber, während die beiden zweiten Vorsprünge 2 b ebenfalls diametral einander gegenüberliegen.

Beispielsweise entspricht ein Winkel R₁ bei jedem der Vorsprünge 2 b einer Position von 83° vor dem oberen Totpunkt (BTDC). Ein Winkel R₂ zwischen den Vorsprüngen 2 a und 2 b, der einen Impulsbreitenwinkel darstellt, wird in der Form K · 2ⁿ gesetzt, wobei K das Auflösungsvermögen eines Mikrocomputers in einer elektronischen Steuerung der Einrichtung darstellt. Die Auflösung beträgt normalerweise 1 Bit, so daß K ebenfalls 1 ist. Die Potenz n ist eine natürliche Zahl (n=1, 2, 3, 4, 5, . . .). Damit wird der Winkel R₂ auf den Wert

R₂ = K · 2ⁿ = 2°, 4°, 8°, 16°, 32°, 64°, . . .

gesetzt. Bei dem Beispiel aus Fig. 1 ist der Winkel R₂ auf 32° (n=5) eingestellt.

Während der Umlaufbewegung der Kurbelwellenscheibe 2 erfaßt der Kurbelwinkelmesser 3 die jeweiligen Stellungen der Vorsprünge 2 a und 2 b und gibt dementsprechend impulsförmige Signale ab.

Fig. 2 veranschaulicht eine elektronische Steuerung 4 mit einem Mikrocomputer; diese weist eine Zentraleinheit 5, einen ROM-Speicher 6, einen RAM-Speicher 7 und eine Ein-/Ausgabeschnittstelle 8 auf, wobei alle diese Systembausteine über eine Busleitung miteinander verschaltet sind.

Der Kurbelwellenmesser 3 und ein Ladedruckfühler 10 in der Einlaßleitung sind mit einem Eingang der Ein-/Ausgabeschnittstelle 8 verbunden. Ein Ausgang der Schnittstelle 8 ist mit einer Basis eines Leistungstransistors 11 als Treiber verbunden. Ein Kollektor des Transistors 11 ist mit einer Primärwicklung einer Zündspule 12 verbunden, während die Sekundärwicklung der Spule mit einer Zündkerze 14 eines entsprechenden Zylinders über einen Zündverteiler 13 in Verbindung steht.

Im ROM-Speicher 6 sind Steuerprogramme und Festdaten einer Zuordnungstabelle für den Zündzeitpunkt abgespeichert. Die Ausgangssignale der Fühler 3 und 10 werden im RAM-Speicher 7 erfaßt, während die Zentraleinheit 5 den Zündzeitpunkt gemäß einem Steuerprogramm im ROM-Speicher 6 und aufgrund verschiedener Daten ermittelt, die im RAM-Speicher 7 abgespeichert sind.

Aus Fig. 3 wird deutlich, daß die Steuerung 4 eine Diskriminatorschaltung 15 aufweist, welcher das Kurbelwinkelsignal vom Kurbelwinkelmesser 3 zugeleitet wird und die dieses Signal diskriminiert. Der Diskriminator 15 unterscheidet zwischen einem Kurbelwinkel-Bezugssignal A, das vom Vorsprung 2 a abhängig ist, und einem Kurbelwinkel-Bezugssignal B, das vom Vorsprung 2 b abhängt. Auf der Grundlage des ersten Kurbelwinkel- Signals, das vom Kurbelwinkelmesser 3 kommt, wird nun eine Zeitdauer T₁ zwischen dem ersten Kurbelwinkelsignal und einem zweiten Kurbelwinkelsignal gemessen. Anschließend wird nach Messung des zweiten Kurbelwinkelsignals auf dessen Grundlage eine Zeitdauer T₂ zwischen dem zweiten Kurbelwinkelsignal und einem dritten Kurbelwinkelsignal ermittelt. Die Zeitdauer T₁ wird mit der Zeitdauer T₂ dann verglichen. Ist T₂<T₂, so wird ermittelt, daß das dritte Kurbelwellensignal, das nach dem zweiten Kurbelwellensignal erzeugt wurde, das Signal B ist. Ist dagegen T₂<T₁, so wird festgestellt, daß das dritte Kurbelwellensignal das Signal A ist. Wird bei der Diskriminierung das Kurbelwellensignal A ermittelt, so erzeugt die Diskriminatorschaltung 15 zur Unterscheidung der Kurbelwellensignale ein Auslösesignal, das an einen Zeitgeber 21 weitergeleitet wird. Diese Signale A und B werden einem Rechner 16 zugeführt, der den zeitlichen Impulsabstand ermittelt und in dem ein Impulsabstandssignal T entsprechend dem zeitlichen Unterschied zwischen den Signalen A und B gebildet wird.

Der Impulsabstand T wird durch ein Zählwerk in Form einer Binärdateninformation ermittelt und im RAM-Speicher 7 erfaßt. Bei einer herkömmlichen Einrichtung wird in der vorbeschriebenen Wiese die Zeit T durch einen Winkel R dividiert. Erfindungsgemäß wird diese Division jedoch nicht mehr ausgeführt, wie nachstehend erläutert wird.

Beträgt der zeitliche Abstand T 1000 µsec, so wird dieses Intervall in binärer Form mit 1111100100 erfaßt. Diese Binärzahl 1111100100 wird im RAM-Speicher unter einer vorgegebenen Adresse abgelegt. Beträgt der Impulsabstandswinkel R₂ 32°, so ist entsprechend der vorstehenden Ausführungen n gleich 5. Ein entsprechender Zündpunktrechner 20 erhält nun ein Anforderungssignal zur Verschiebung der Binärzahl fünfmal nach rechts, was einem Steuerprogramm entspricht, das im ROM-Speicher 6 fest abgespeichert ist. Wird die Binärzahl 1111100100 um fünf Stellen nach rechts verschoben, wird, wie Fig. 5 veranschaulicht, diese Zahl zu 11111. Also ist das Äquivalent zu 11111 in Dezimalschreibweise 31. Dies bedeutet, daß die Division 1000/322=31 ausgeführt wurde.

Das Rechenwerk 20 erzeugt anschließend ein dem Quotienten 31 entsprechendes Quotientensignal Q.

Andererseits wird das Impulsabstandssignal T auch einem Drehzahlrechner 17 zur Ermittlung einer Motordrehzahl N der Brennkraftmaschine zugeleitet.

Das vom Ladedruckfühler 10 in der Einlaßleitung kommende Ladedrucksignal wird einem Einlaßdruck-Rechner 18 zugeleitet, in dem eine Motorlast L rechnerisch ermittelt wird. Die Motordrehzahl N und die Motorlast L werden entsprechend einer Zündzeitpunkt-Tabelle 19 gemeldet. In dieser Tabelle 19 wird entsprechend diesen Signalen N und L eine entsprechende Adresse in der Zuordnungstabelle der Zündzeitpunkte MP _IG angesteuert, worauf von dieser Adresse der zugehörige Zündwinkel R _SPK abgelesen wird. der Zündwinkel R _SPK wird in Signalform dem Zündpunkt-Rechner 20 zugeleitet, wo ein Zündzeitpunkt T _SPK nach folgender Beziehung berechnet wird:

T _SPK = R _SPK × Q .

Der Zündzeitpunkt T _SPK wird im Zeitgeber 21 gesetzt bzw. eingestellt, der nun mit der Messung der Zeit gemäß dem Winkelsignal B beginnt, das bei diesem Beispiel dem Winkel von 83° vor dem oberen Totpunkt (BTDC) entspricht. Erreicht der Zeitgeber einen vorgegebenen Zündzeitpunkt T _SPK, wird ein Zündungssignal an den Leistungstransistor 11 abgegeben.

Nachstehend wird nun der Funktionsablauf der Einrichtung unter Bezugnahme auf das Ablaufschema aus Fig. 4 erläutert. In einem Arbeitsschritt S 101 wird ermittelt, ob ein vom Kurbelwinkelmesser 3 kommendes Impulssignal das vom Vorsprung 2a abhängige Kurbelwinkelsignal A oder das vom Vorsprung 2 b abhängige Kurbelwinkelsignal B ist.

In einem weiteren Arbeitsschritt S 102 wird der Impulsabstand T zwischen den Signalen A und B durch Zählung ermittelt. Im folgenden Arbeitsschritt S 103 wird die so ermittelte Zeit, in Binärform erfaßt, um Stellen bzw. n-fach nach rechts verschoben, damit das Quotientensignal Q ermittelt werden kann. Auf diese Weise läßt sich erfindungsgemäß die Impulsverarbeitungszeit deutlich verkürzen.

Im Arbeitsschritt S 104 werden die Motordrehzahl N und die Motorlast L ausgelesen, worauf im Arbeitsschritt S 105 der Zündwinkel R _SPK entsprechend den Signalen N und L aus der Zuweisungstabelle MP _IG für die Zuordnung der Zündzeitpunkte abgeleitet wird. Im Arbeitsschritt S 106 wird der Zündzeitpunkt R _SPK berechnet und anschließend, in Arbeitsschritt S 107, im Zeitgeber 21 gesetzt, der nun die Messung der Zeit im Zusammenhang mit dem Signal B einleitet. Erreicht der Zeitgeber einen vorgegebenen Zündzeitpunkt T _SPK, wird an die Zündspule 12 ein Zündsignal abgesetzt, damit der Stromkreis der Primärwicklung der Spule 12 abgeschaltet wird. Damit wird die Zündkerze 14 des entsprechenden Zylinders über den Zündverteiler 13 gezündet.

Auch wenn bei diesem erfindungsgemäßen Beispiel die Vorsprünge 2 a und 2 b auf der Kurbelwellenscheibe 2 ausgebildet sind, können jedoch genausogut Kerben oder Schlitze als Erfassungseinrichtungen vorgesehen werden. Die Motorlast läßt sich auch durch andere Einrichtungen erfassen, beispielsweise durch einen Luftströmungsmesser oder einen Detektor, der die Stellung der Drosselklappe erfaßt, bzw. durch Erfassung der Impulsbreite eines Kraftstoffeinspritzimpulses. Auch kann anstelle der Kurbelwellenscheibe 2, die an der Kurbelwelle 1 fest angeordnet ist, eine Nockenwellenscheibe an einer (nicht abgebildeten) Nockenwelle zur Ermittlung des Kurbelwinkels eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß wird die Ausführungszeit bei der Berechnung des Zündzeitpunktes bzw. der Zündungseinstellung deutlich verkürzt. Ohne Einsatz eines Mikrocomputers hoher Kapazität wird die Zündeinstellung genau berechnet, während der Zündzeitpunkt im hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine exakt gesteuert wird.

Auch wenn vorstehend die Erfindung anhand derzeit bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben und dargestellt wurde, liegt es doch auf der Hand, daß diese Erläuterungen nur den Zweck einer allgemeinen Beschreibung erfüllen und daß im Rahmen der Erfindung, wie er in den Ansprüchen niedergelegt ist, verschiedene Änderungen und Modifizierungen möglich sind.

Claims

1. Zündverstellung für Brennkraftmaschinen, mit einem zum synchronen Umlauf mit einer Kurbelwelle (1) der Brennkraftmaschine vorgesehenen Drehteil (2), wobei mindestens zwei Anzeigeeinrichtungen (2 a, 2 b) auf dem Drehteil (2) ausgebildet sind und zum Abtasten der Anzeigeeinrichtungen (2 a, 2 b) sowie zur Abgabe von Signalen ein Fühler (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Speichereinrichtung (6) vorgesehen ist, in welcher ein Winkel (R) zwischen den beiden Anzeigeeinrichtungen (2 a, 2 b) in der Form K · 2ⁿ abgespeichert ist, wobei K dem Auflösungsvermögen der Verstellung des Systems entspricht und n eine natürliche Zahl ist;
daß ferner eine erste Recheneinrichtung (16) zur rechnerischen Ermittlung einer Zeitdauer vorgesehen ist, welche zwischen der Erfassung der beiden Anzeigeeinrichtungen (2 a, 2 b) verstreicht, wobei die Recheneinrichtung anschließend in binärer Form ein Zeitdauersignal (T) erzeugt;
daß eine Verschiebeeinrichtung (20) zur n-maligen Verschiebung des Zeitdauersignals (T) und zur Erzeugung eines Quotientensignals (Q) vorgesehen ist, welches dem Quotienten aus der Division des Zeitdauersignals (T) durch den Winkel (R) entspricht;
daß des weiteren ein zweites Rechenwerk zur rechnerischen Ermittlung eines Zündverstellsignals aus dem Quotientensignal (Q) und zur Erzeugung eines Zündsignals vorgesehen ist und
daß eine Zündeinrichtung (12, 13) vorgesehen ist, welche im Ansprechen auf das Zündsignal die Zündkerze (14) der Brennkraftmaschine zündet.

2. Zündverstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Rechenwerk durch Multiplikation des Quotienten (Q) mit einem Zündwinkel (R) die Zündeinstellung berechnet.

3. Zündverstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehteil (2) eine Scheibe ist, welche auf einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine fest angebracht ist.

4. Zündverstellung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (2 a, 2 a) aus Vorsprüngen besteht, die auf dem Umfang der Scheibe (2) ausgebildet sind.