DE4032848A1 - System zum detektieren des verbrennungszustandes einer brennkraftmaschine - Google Patents
System zum detektieren des verbrennungszustandes einer brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein System zum Detektieren des Verbrennungszustands,
der für die Einstellung des Zündzeitpunkts
einer Brennkraftmaschine verfügbar ist.
Es ist erwünscht, die Leerlaufdrehzahl der Maschine entsprechend
den Forderungen nach wirtschaftlicher Fahrweise
und Verminderung von Maschinengeräuschen auf eine Niedrigdrehzahl
zu regeln. Die niedrige Leerlaufdrehzahl führt
jedoch zu Drehzahlschwankungen und damit zu einer Verschlechterung
der Anlaßcharakteristiken eines von der
Maschine angetriebenen Fahrzeugs. Allgemein wird davon
ausgegangen, daß Unterschiede der Verbrennungszustände der
einzelnen Maschinenzylinder zu einer solchen Schwankung der
Leerlaufdrehzahl führen. Die Schwankungen der Verbrennungszustände
sind durch folgende Unterschiede bedingt:
- 1) die unterschiedliche Verteilungsrate der Ansaugluft aufgrund von komplexer Konfiguration des Ansaugkrümmers und aufgrund von Überlagerungen der zu den einzelnen Zylindern verteilten Ansaugluftmengen;
- 2) unterschiedliche Verbrennungstemperaturen in den einzelnen Zylindern, die durch die Anordnung einer Kühlmittelleitung bedingt sind;
- 3) unterschiedliche Kapazitäten der Brennräume, Unterschiede in der Kolbenform usw., die durch Fertigungstoleranzen bedingt sind;
- 4) unterschiedliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den einzelnen Zylindern aufgrund von Unterschieden der eingespritzten Kraftstoffmenge.
Es ist ersichtlich, daß die Leerlaufdrehzahl konstant wird,
wenn die vorgenannten Verbrennungsbedingungen vergleichmäßigt
werden.
Die JP-OS 62 55 461 zeigt ein System zum Detektieren von
Verbrennungszuständen in den einzelnen Zylindern. Das
System hat Drucksensoren an jedem Zylinder zur Aufnahme des
Drucks im Zylinder. Der Verbrennungszustand jedes Zylinders
wird aus einem Spitzendruck der von jedem Drucksensor aufgenommenen
Drücke geschätzt.
Das System ist jedoch sehr teuer, weil Drucksensoren vergleichsweise
teuer sind. Ferner muß der Zylinderkopf der
Maschine zum Befestigen des Drucksensors angebohrt werden.
Es ist somit schwierig, das System bei konventionellen
Brennkraftmaschinen anzuwenden.
Ferner beschreiben die JP-OS 59 82 534 sowie die offengelegten
JP-GM-Anmeldungen 63-196 448, 63-198 473 und
63-202 771 Systeme für Leerlaufregeleinrichtungen. Das
System detektiert momentane Maschinendrehzahlen vor und
nach der Verbrennung in jedem Zylinder, und die Differenz
ΔNi zwischen den beiden Maschinendrehzahlen wird für jeden
Zylinder gebildet. Das System steuert Maschinenparameter
derart, daß die Drehzahldifferenz ΔNi Null wird, wodurch
die Maschinendrehzahl konstant gemacht wird.
Das System berechnet eine Abweichung der Drehzahldifferenz
ΔNi von einem Referenzwert, der ein Mittelwert der Drehzahldifferenzen
sämtlicher Zylinder ist. Der Mittelwert
unterliegt jedoch von Verbrennungsbedingungen in der Maschine
abhängigen Schwankungen. Infolgedessen gehen in die
Verbrennungsbedingungen für den Zylinder weitere Faktoren
zusätzlich zu den erfaßten ein, so daß die Verbrennungsbedingungen
nicht exakt erfaßbar sind. Die Leerlaufdrehzahl
wird somit nicht auf einen vorbestimmten Wert geregelt,
weil der Zündzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge
jedes Zylinders auf der Grundlage der geschätzten Verbrennungsbedingungen
bestimmt werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Systems
zum exakten Detektieren von Verbrennungsbedingungen jedes
Zylinders, wodurch der Zündzeitpunkt jedes Zylinders richtig
einstellbar und damit die Leerlaufdrehzahl auf einen
vorbestimmten Wert regelbar ist.
Ein Vorteil der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines
solchens Systems, das kostengünstig herstellbar und in einfacher
Weise bei konventionellen Brennkraftmaschinen anwendbar
ist.
Ein weiterer Vorteil des Systems nach der Erfindung ist,
daß es zur Regelung der Leerlaufdrehzahl auf einen niedrigen
Konstantwert einsetzbar ist, wodurch Leerlaufgeräusche
der Maschine verringert und optimale Anlaßcharakteristiken
eines Fahrzeugs gewährleistet werden.
Das System nach der Erfindung zum Detektieren des Verbrennungszustands
einer Brennkraftmaschine mit einem Kurbelwinkelsensor,
der ein eine Winkellage der Kurbelwelle der
Maschine bezeichnendes Kurbelwinkelsignal erzeugt, und mit
einem Nockenwinkelsensor, der ein eine Winkellage der
Nockenwelle der Maschine bezeichnendes Nockenwinkelsignal
erzeugt, umfaßt: einen Hubdetektor, der aufgrund des
Nockenwinkelsignals eine Zylindernummer im Arbeitshub detektiert
und ein Zylindersignal erzeugt; einen Periodendetektor,
der aufgrund des Kurbelwinkelsignals und des
Zylindersignals eine Periode vor und nach dem oberen Totpunkt
(OT) eines Zylinders im Arbeitshub detektiert und ein
dieser Periode entsprechendes Periodensignal erzeugt; einen
Drehzahldetektor, der aufgrund des Periodensignals eine
Drehzahl der Maschine während dieser Periode detektiert und
ein Drehzahlzustandssignal erzeugt; einen Differenzrechner,
der eine Differenz zwischen den Drehzahlen in dieser Periode
vor und nach dem OT berechnet; einen Gemittelte-Differenz-
Rechner, der eine gemittelte Differenz dieser Differenzen
berechnet; und eine Vergleichseinheit, die die gemittelte
Differenz mit einem vorbestimmten Grenzwert vergleicht,
wodurch ein Verbrennungszustand des Zylinders
geschätzt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Drehzahl
durch eine Winkelbeschleunigung der Maschine, eine Rotationsperiode
der Kurbelwelle der Maschine bzw. eine Winkelgeschwindigkeit
der Maschine ersetzt werden.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Systems nach
der Erfindung;
Fig. 2a bis 2c ein Blockschaltbild einer elektronischen
Steuereinheit;
Fig. 3 eine Kurbelwellenscheibe mit einem Kurbelwinkelsensor,
die im System vorgesehen sind;
Fig. 4 eine Nockenwellenscheibe mit einem Nockenwinkelsensor,
die im System vorgesehen sind;
Fig. 5 eine Tabelle eines Grundzündzeitpunkts;
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm, das die Änderung des
Innendrucks jedes Zylinders, eines Kurbelwinkelimpulses,
eines Nockenwinkelimpulses und
der Maschinendrehzahl zeigt;
Fig. 7 ein Flußdiagramm, das den Betrieb zum Schätzen
des Verbrennungszustands des Zylinders zeigt;
Fig. 8 ein Flußdiagramm, das die Steuerung des Zündzeitpunkts
in dem System zeigt;
Fig. 9a bis 9c ein Blockschaltbild des Systems gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 10a und 10b ein Flußdiagramm, das den Ablauf zum Detektieren
des Verbrennungszustands des zweiten
Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 11 ein Ablaufdiagramm, das die Beziehung zwischen
einem Kurbelimpuls, einem Nockenimpuls, der
Maschinendrehzahl und der Winkelbeschleunigung
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 12a bis 12c ein Blockschaltbild des Systems gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 13 ein Flußdiagramm, das den Ablauf zum Detektieren
des Verbrennungszustands bei dem dritten
Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 14a bis 14c ein Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels
der Erfindung;
Fig. 15 ein Flußdiagramm, das den Ablauf zum Detektieren
des Verbrennungszustands bei dem vierten
Ausführungsbeispiel zeigt; und
Fig. 16 ein Flußdiagramm, das den Ablauf zur Steuerung
des Zündzeitpunkts bei dem vierten Ausführungsbeispiel
zeigt.
Gemäß Fig. 1, die einen Vierzylinder-Boxermotor 1 zeigt,
hat ein Zylinderkopf 2 der Maschine 1 Einlaßöffnungen 2a
und Auslaßöffnungen 2b, die mit einem Ansaugkrümmer 3 bzw.
einem Auspuffkrümmer 21 verbunden sind. Eine Zündkerze 11
mit einer Zündspule 11a ist in jedem im Zylinderkopf 2
gebildeten Brennraum angeordnet. Ein Drosselklappengehäuse
5 mit einer Drosselklappe 5a steht über eine Luftkammer 4
mit dem Ansaugkrümmer 3 in Verbindung. Das Drosselklappengehäuse
5 ist mit einem Luftfilter 7 über ein Ansaugrohr 6
verbunden.
Ein Ansaugluftmengensensor 8 (ein Hitzdraht-Luftdurchflußmengenmesser)
ist im Ansaugrohr 6 abstrom vom Luftfilter 7
angeordnet. Ein Drosselklappenstellungssensor 9a erfaßt
einen Öffnungsgrad der Drosselklappe 5a. Ein Leerlaufschalter
9a ist nahe dem Drosselklappenstellungssensor 9a angeordnet
und erfaßt eine Leerlaufstellung der Drosselklappe
5a. Einspritzer 10 sind im Ansaugkrümmer 3 nahe jeder Einlaßöffnung
2a vorgesehen. Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter
13 wird dem Einspritzer 10 durch eine Kraftstoffleitung
12 mit einer Kraftstoffpumpe 14 zugeführt. Eine
Kurbelwellenscheibe 15 ist auf einer Kurbelwelle 1b der
Maschine 1 befestigt. Ein Kurbelwinkelsensor 16 (magnetischer
Geber) ist nahe der Kurbelwellenscheibe 15 angeordnet
und nimmt Kurbelwinkel auf.
Eine Nockenwellenscheibe 17 ist auf einer Nockenwelle 1c
befestigt und nimmt Nockenwellenwinkel auf. Die Nockenwelle
1c läuft einmal um, während die Kurbelwelle 1b zweimal
umläuft. Ein Nockenwinkelsensor 18 ist nahe der Nockenwellenscheibe
17 angeordnet.
Nach Fig. 3 sind die Zylinder der Maschine 1 in zwei Gruppen
aufgeteilt. Eine erste Gruppe umfaßt die Zylinder #1
und #2, und eine zweite Gruppe umfaßt die Zylinder #3 und
#4. Die oberen Totpunkte (OT) von zwei Zylindern jeder
Gruppe treten zum gleichen Zeitpunkt auf. Die Kurbelwellenscheibe
15 hat ein Paar von Vorsprüngen 15a, die bei einem
Kurbelwinkel R1 vor OT liegen, ein Paar von Vorsprüngen
15b, die bei einem Kurbelwinkel R2 (vor OT) liegen, und
ein Paar von Vorsprüngen 15c, die bei einem Kurbelwinkel
R3 (vor OT) liegen. Die Vorsprünge 15a, 15b und 15c dienen
der Erfassung der richtigen Zeitpunkte zum Berechnen der
momentanen Drehzahlen. Aus der abgelaufenen Zeitdauer zwischen
den Vorsprüngen 15a und 15b wird eine Periode f 1.2
berechnet (im vorliegenden Fall f=1/ω mit ω: Winkelgeschwindigkeit).
Eine Periode f 2.3 wird aus der abgelaufenen
Zeitdauer zwischen den Vorsprüngen 15b und 15c berechnet.
Der Kurbelwinkel R2 des Vorsprungs 15b bezeichnet einen
Bezugskurbelwinkel zur Bestimmung eines Zündzeitpunkts.
Nach Fig. 6 werden die Kurbelwinkel R2 und R3 der Vorsprünge
15b und 15c an Stellen vor und nach einem Zündzeitpunkt
ADV bei Leerlaufbetrieb der Maschine 1 bestimmt.
Der Zündzeitpunkt im Leerlauf der Maschine 1 wird normalerweise
bei 20° KW vor OT festgelegt. Auch wenn zu diesem
Zeitpunkt die Zündkerze 11 gezündet wird, wird der Verbrennungsdruck
vor 10° KW vor OT nicht schnell erhöht.
Ferner ist die Öffnungszeit des Auslaßventils jedes Zylinders
gegenüber dem Bezugskurbelwinkel R2 für die Zündung
etwas verzögert eingestellt. Da der Verbrennungsdruck unmittelbar
nach dem Öffnen des Auslaßventils sehr schnell
abnimmt, erfolgt keine Beeinflussung des Verbrennungsdrucks
bei dem Kurbelwinkel R3.
Wenn daher der Kurbelwinkel R3 des Vorsprungs 15c auf
einen gegenüber 10° KW vor OT früheren Zeitpunkt eingestellt
wird, wird die Periode zwischen den Kurbelwinkeln
R2 vor OT und R3 vor OT der Vorsprünge 15c und 15 nicht
vom Verbrennungsdruck jedes Zylinders beeinflußt. Mit anderen
Worten erfolgt in der Periode zwischen R2 und R3
keine Beeinflussung durch die durch die Verbrennung bewirkte
Arbeit.
Wenn die Kurbelwellenscheibe 15 umläuft, erfaßt der Kurbelwinkelsensor
16 die Lagen der Vorsprünge 15a, 15b und 15c
und erzeugt impulsförmige Signale.
Nach Fig. 4 weit die Nockenwellenscheibe 17 einen Vorsprung
17a, ein Paar von Vorsprüngen 17c und 17c′, einen
Vorsprung 17a′ und drei Vorsprünge 17b, 17b′ und 17b′′ an
ihrem Außenumfang auf. Die Vorsprünge 17a, 17b, 17c und
17a′ sind entsprechend einer Zündfolge der Zylinder angeordnet.
Dabei entsprechen die Vorsprünge 17a und 17a′ den
Zylindern #3 und #4, die beim Verdichtungshub unter einem
Nockenwellenwinkel R4 nach dem OT liegen, die Vorsprünge
17b-17b′′ entsprechen dem Zylinder #1, und der Vorsprung 17b
liegt unter einem Nockenwinkel R5 nach dem OT, und die
Vorsprünge 17c und 17c′ entsprechen dem Zylinder #2, wobei
der Vorsprung 17c unter einem Nockenwinkel R6 nach dem OT
liegt. Der Nockenwinkelsensor 18 erfaßt die Vorsprünge zur
Bildung eines Nockenwinkelsignals, das eine Nummer des
Zylinders in Form von Impulsen bezeichnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Winkel folgende
Werte: R1=97° KW, R2=65° KW, R3=10° KW R4=
20° KW, R5=5° KW, R6=20° KW, und R(2-3)=55° KW.
Wenn gemäß Fig. 6 der Nockenwinkelsensor 18 die Lage des
Vorsprungs 17b bei dem Winkel R5 erfaßt, wird bestimmt,
daß ein vom Kurbelwinkelsensor 16 erzeugtes Kurbelwinkelimpulssignal
nach dem Nockenwinkelimpulssignal des Winkels
R5 den OT des Zylinders #3 bezeichnet. Wenn der Nockenwinkelsensor
18 den Vorsprung 17a bei dem Winkel R4 erfaßt,
wird bestimmt, daß ein nach dem Nockenwinkelsignal R4
erzeugtes Kurbelwinkelsignal den OT des Zylinders #2 bezeichnet.
Ebenso bezeichnet das Kurbelwinkelsignal, das nach dem
Nockenwinkelsignal des Vorsprungs 17c bei dem Winkel R6
erzeugt wird, den Zylinder #4, und das Kurbelwinkelsignal,
das nach dem Nockenwinkelsignal des Vorsprungs 17a bei dem
Winkel R4 erzeugt wird, bezeichnet den Zylinder #1.
Ferner bezeichnet das nach dem Nockenimpulssignal erzeugte
Kurbelwinkelsignal einen Grundkurbelwinkel R1 des entsprechenden
Zylinders.
Zum Erfassen von Klopfen ist an der Maschine 1 ein Klopfsensor
19 angeordnet, der Schwingungen der Maschine 1 aufnimmt.
Ein Kühlmitteltemperatursensor 20 ist in einem Kühlmittelmantel
(nicht gezeigt) der Maschine 1 angeordnet.
Ein O₂-Sensor 22 und ein Katalysator 23 sind in einer Abgasleitung,
die mit dem Auspuffkrümer 21 verbunden ist,
angeordnet. Ferner ist ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
24 vorgesehen.
Eine elektronische Steuereinheit 31 mit einem Mikrocomputer
umfaßt eine CPU 32, einen ROM 33, einen RAM 34 und eine
Ein-Ausgabeschnittstelle 35, die miteinander über einen Bus
36 verbunden sind. Die Sensoren 8, 9a, 16, 18, 19, 20, 22,
24 und der Leerlaufschalter 9b sind mit einem Eingabebaustein
der Ein-Ausgabeschnittstelle 35 verbunden. Ein Ausgabebaustein
der Schnittstelle 35 ist mit der Zündkerze 11
des jeweiligen Zylinders über eine Zündvorrichtung 25 und
einen Treiber 38, der mit den Einspritzern 10 verbunden
ist, verbunden.
Steuerprogramme und Festdaten wie z. B. eine Zündzeitpunkttabelle
sind im ROM 33 gespeichert. Ausgangssignale der
Sensoren werden im RAM 34 gespeichert. Im RAM 34 werden
Ausgangssignale der Sensoren nach Datenverarbeitung in der
CPU 32 gespeichert. Die CPU 32 berechnet eine Einspritzimpulsdauer
und einen Zündzeitpunkt nach Maßgabe der Steuerprogramme
im ROM 33 und auf der Basis der verschiedenen
Informationen im RAM 34.
Nach Fig. 2 umfaßt die Steuereinheit 31 einen Eingabedatenrechenabschnitt
41, einen Verbrennungszustands-Detektierabschnitt
42 und einen Zündzeitpunktrechtenabschnitt 43.
Der Eingabedatenrechenabschnitt 41 hat einen Zylinderdiskriminator
41a, dem der Kurbelimpuls des Kurbelwinkelsensors
16 und der Nockenimpuls des Nockenwinkelsensors 18
zugeführt werden. Der Zylinderdiskriminator 41a diskriminiert
die Nummer i der Zylinder (i=1, 3, 2, 4) nach Maßgabe
des nach dem Nockenimpuls erzeugten Kurbelimpulses auf der
Basis der Anzahl Nockenimpulse der Vorsprünge.
Einem Kurbelwinkelsignaldiskriminator 41b wird das Kurbelwinkelsignal
und das Nockenwinkelsignal von den Sensoren 16
und 18 zugeführt, der Kurbelwinkelsignaldiskriminator 41b
diskriminiert das nach dem Nockenwinkelsignal erzeugte
Kurbelwinkelsignal in Abhängigkeit von den Vorsprüngen 15a,
15b und 15c. Das Signal wird einem Frequenzrechner 41c zugeführt,
in dem eine abgelaufene Zeitdauer t 1.2 zwischen
dem Kurbelwinkel R1 des Vorsprungs 15a und dem Kurbelwinkel
R2 des Vorsprungs 15b gemessen wird. Die Periode
(Wiederholfrequenz) f 1.2 wird nach Maßgabe der abgelaufenen
Zeitdauer t 1.2 und des eingeschlossenen Winkels (R1-R2)
berechnet:
Dann wird eine abgelaufene Zeitdauer t 2.3 zwischen dem
Kurbelwinkel R2 des Vorsprungs 15b und dem Kurbelwinkel
R3 des Vorsprungs 15c gemessen. Die Periode f 2.3 wird
nach Maßgabe der abgelaufenen Zeitdauer t 2.3 und des eingeschlossenen
Winkels (R2-R3) berechnet:
Wie oben erwähnt, ist die Detektierperiode zwischen den
Winkeln R2 und R3 eine Zone zwischen der Verbrennung
des vorhergehenden Zylinders und derjenigen des folgenden
Zylinders, in der die auf die Verbrennung zurückgehende
Arbeit nicht geleistet wird. Daher ändert sich in dieser
Periode die Maschinendrehzahl nicht schnell, und somit wird
die nach Maßgabe der Winkel R2 und R3 berechnete Periode
f 2.3 von der Verbrennung nicht beeinflußt.
Ein Periodensignal wird einem Maschinendrehzahlrechner 41d
zugeführt, der die Maschinendrehzahlen N 1.2 und N NEW auf
der Basis der Perioden f 1.2 und f 2.3 berechnet:
Eine Leerlaufzustandsbestimmungseinheit 41e bestimmt den
Leerlaufzustand der Maschine nach Maßgabe von Signalen vom
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 24 und vom Leerlaufschalter
9b. Die Leerlaufzustandsbestimmungseinheit 41e bestimmt den
Leerlaufzustand der Maschine 1 bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit
Null und Anliegen eines Ein-Signals vom Leerlaufschalter
9b.
Ein Ansaugluftmengenrechner 41f berechnet eine Ansaugluftmenge
nach Maßgabe eines Ausgangssignals vom Saugluftmengensensor
8.
Der Verbrennungszustands-Detektierabschnitt 42 umfaßt einen
Drehzahldifferenzrechner 42a, der eine Drehzahldifferenz
ΔNi (i=1, 3, 2, 4) des entsprechenden Zylinders im Leerlauf der
Maschine berechnet. Wenn die Leerlaufzustandsbestimmungseinheit
41e den Leerlauf der Maschine 1 bestimmt, liest der
Drehzahldifferenzrechner 42a die in einer vorbestimmten
Adresse des RAM 34 gespeicherte Maschinendrehzahl N NEW
aus, die auf der Basis der Periode f 2.3 im Drehzahlrechner
41d berechnet wurde, und liest eine im Speicher gespeicherte
Maschinendrehzahl N OLD aus, die während der letzten
Routine auf der Basis der Periode f 2.3 berechnet wurde. Der
Rechner 42a berechnet die Drehzahldifferenz ΔNi des entsprechenden
Zylinders #i, die im Zylinderdiskriminierer 41a
diskriminiert wird, nach Maßgabe der Differenz zwischen den
Maschinendrehzahlen N NEW und N OLD (ΔNi=N NEW-N OLD).
Die Maschinendrehzahl N NEW wird im Speicher 34 gespeichert
zur Aktualisierung der Maschinendrehzahl N OLD
(N OLD←N NEW).
Das Programm zum Betrieb des Steuersystems beginnt jeweils
bei 180° der Kurbelwelle. Infolgedessen ist die auf der
Basis der Periode f 2.3 für einen Zylinder einer der Gruppen
berechnete Maschinendrehzahl N NEW mit einem Zylinder der
anderen Gruppe gemeinsam. Beispielsweise entspricht die
Maschinendrehzahl N NEW des Zylinders #1 der letzten Maschinendrehzahl
N OLD des Zylinders #3.
Wenn jede beiden Zylindern gemeinsame Maschinendrehzahl mit
N 4.1, N 1.3, N 3.2 und N 2.4 bezeichnet ist, wird die Drehzahldifferenz
jedes Zylinders wie folgt geschrieben:
ΔN 1 = N 1.3 - N 4.1
ΔN 3 = N 3.2 - N 1.3
ΔN 2 = N 2.4 - N 3.2
ΔN 4 = N 4.1 - N 2.4
ΔN 3 = N 3.2 - N 1.3
ΔN 2 = N 2.4 - N 3.2
ΔN 4 = N 4.1 - N 2.4
Ein durchgeführtes Experiment ergab, daß die Maschinendrehzahldifferenz
ΔNi in Korrelation mit einem angezeigten
mittleren effektiven Druck, d. h., mit den Verbrennungszuständen
der Zylinder steht. Somit können die Verbrennungszustände
jedes Zylinders mittels der Drehzahldifferenz ΔNi
geschätzt werden.
Die Beziehung zwischen der Drehzahldifferenz ΔNi und dem
angezeigten mittleren effektiven Druck wird wie folgt beschrieben.
Der Betrieb der Maschine 1 ist durch die folgende Gleichung
gegeben:
mit
I: Trägheitsmoment
N: Maschinendrehzahl
Ti: angezeigtes Drehmoment
Tf: Reibungsmoment.
N: Maschinendrehzahl
Ti: angezeigtes Drehmoment
Tf: Reibungsmoment.
Eine Vereinfachung der Gleichung (1) ergibt:
Bei Substituenten des Drehmoments durch den Druck erhält
man:
mit
Pi: angezeigter mittlerer effektiver Druck,
Pf: effektiver Druck aufgrund von Reibungsverlusten.
Pf: effektiver Druck aufgrund von Reibungsverlusten.
Wenn entsprechend dem Experiment der Kurbelwinkel zur Erfassung
der Maschinendrehzahl und die Dauer des Kurbelwinkels
zum Berechnen der Drehzahl bei den Winkeln R 2.3
gegeben sind, d. h. vor und nach der Verbrennung im Zylinder,
wird dN/dt in Gleichung (3) auf der Bases der Drehzahldifferenz
ΔNi und einer zeitlichen Änderung ΔT
(180° KW) dazwischen bei einem Viertaktmotor erhalten.
Infolgedessen kann eine enge Korrelation zwischen der Drehzahldifferenz
ΔNi und dem effektiven Druck erhalten werden.
In diesem Fall kann die zeitliche Änderung ΔT vernachlässigt
werden, und wenn der durch Reibungsverluste bedingte
effektive Druck Pf konstant ist, wird die folgende Gleichung
aus der Gleichung (3) erhalten:
ΔN = K × Pi + Pf (4)
wobei K und Pf Konstanten sind.
Durch Bilden der Drehzahldifferenzen ΔN jedes Zylinders kann
also der angezeigte mittlere effektive Druck Pi, d. h., der
Verbrennungszustand jedes Zylinders, geschätzt werden.
Wenn sich die Drehzahldifferenz ΔNi in jeder Periode relativ
zum Zylinder Null nähert, kann der Verbrennungszustand
jedes Zylinders vergleichmäßigt werden.
Wenn in Gleichung (3) Pi konstant ist und als eine Konstante
C betrachtet wird und K eine proportionale Konstante
ist, so ist dN/dt:
Der angezeigte mittlere effektive Druck Pi wird also erhalten,
wenn die Konstanten K und C gebildet sind.
Gemäß der Gleichung (5) kann der angezeigte mittlere effektive
Druck Pi genauer aus der Drehzahldifferenz ΔNi geschätzt
werden.
Die Maschinendrehzahldifferenz ΔNi wird einem Mittlere-
Drehzahldifferenzrechner 42b zugeführt, in dem eine mittlere
Drehzahldifferenz ΔNAi in der Detektierperiode für
den entsprechenden Zylinder #i nach Maßgabe der Drehzahldifferenz
ΔNi und der letzten mittleren Drehzahldifferenz
ΔNAi(-1), die in einer vorbestimmten Adresse des Speichers
34 gespeichert ist, durch Gewichtsmittelung nach der folgenden
Gleichung berechnet wird:
ΔNAi = ((2r - 1) × ΔNAi (-1) + ΔNi)/2r
wobei r der Gewichtsfaktor ist.
Die mittlere Drehzahldifferenz beim erstenmal ist Null.
Die mittlere Drehzahldifferenz ΔNAi wird in jeder Detektierperiode
für die jeweiligen Zylinder berechnet.
Die mittlere Drehzahldifferenz ΔNAi wird durch Gewichtsmittelung
errechnet, so daß Meßfehler des entsprechenden
Zylinders und der durch vorübergehende Schwankung der Drehzahl
bewirkten Änderungen korrigiert werden können. Der
nachstehend beschriebene Rechenvorgang wird auf der Basis
von Daten für jeden Zylinder durchgeführt.
Die mittlere Drehzahldifferenz ΔNAi wird einer Verbrennungszustandschätzeinheit
42c mit einem Bestimmungsteil
42d für eine feste Obergrenze und einem Bestimmungsteil 42e
für eine feste Untergrenze zugeführt. Die mittlere Drehzahldifferenz
ΔNAi wird zuerst dem Bestimmungsteil 42d für
eine feste Obergrenze zugeführt. Die mittlere Differenz ΔNAi
wird mit einer vorbestimmten festen Drehzahldifferenz-Obergrenze
ΔNu verglichen, die vorher in den Bestimmungsteil
42d eingegeben wurde. Bei ΔNAi≦Nu wird die mittlere Drehzahldifferenz
ΔNAi dem Bestimmungsteil 42e für eine feste
Untergrenze zugeführt und mit einer festen Drehzahldifferenz-
Untergrenze ΔNL verglichen, die vorher in den Bestimmungsteil
42e eingegeben wurde.
Dieser obere und untere feste Grenzwert ΔNu und ΔNL sind
auf der Basis von oberen und unteren Bestimmungswerten des
experimentell ermittelten angezeigten mittleren effektiven
Drucks festgelegt.
Bei ΔNAi≧NL in dem Bestimmungsteil 42e für eine feste
Untergrenze, wenn also die mittlere Drehzahldifferenz ΔNAi
im Bereich der festen Grenzdrehzahldifferenz ist
(ΔNu≧ΔNAi≧ΔNL), wird einer Mittlere-Drehzahldifferenz-
Aktualisierungseinheit 42f ein Signal zugeführt. Die Aktualisierungseinheit
42f aktualisiert die letzte im Speicher
34 gespeicherte mittlere Drehzahldifferenz ΔNAi(-1)
mit der mittleren Drehzahldifferenz ΔNAi (ΔNAi(-1)←ΔNAi).
Der Zündzeitpunktrechner 43 umfaßt eine Maschinenlastbestimmungseinheit
43a, in der eine Maschinenlast Tp auf der
Basis der Maschinendrehzahl N 1,2 vom Maschinendrehzalrechner
41d und einer Ansaugluftmenge Q vom Ansaugluftmengenrechner
41f entweder berechnet oder aus einer Nachschlagetabelle
abgeleitet wird. Bei dem Ausführungsbeispiel wird
die Maschinenlast Tp mittels der Gleichung (Tp=K×Q/N
mit K=eine Konstante) berechnet.
Die Maschinenlast Tp wird einem Grundzündzeitpunktgeber 43b
zugeführt, dem die Maschinendrehzahl N 1.2 zugeführt wird.
In dem Grundzündzeitpunktgeber 43b wird eine Zündzeitpunkt-
Nachschlagetabelle MPRB nach Maßgabe der Maschinendrehzahl
N 1.2 und der Maschinenlast Tp abgerufen zur Ableitung
eines Grundzündzeitpunkts (eines Winkels) RB.
Fig. 5 zeigt die Nachschlagetabelle MPRB für den Grundzündzeitpunkt,
die im ROM 33, in dem Festdaten gespeichert
sind, enthalten ist. Die Tabelle ist eine dreidimensionale
Tabelle mit der Maschinenlast Tp und der Maschinendrehzahl
N 1.2 als Parameter. Die vorher experimentell ermittelten
Grundzündzeitpunkte sind an jedem Kreuzungspunkt gespeichert.
Der Grundzündzeitpunkt RB wird dem Zündzeitpunktgeber 43h
zugeführt, in dem der Grundzündzeitpunkt RB korrigiert
wird unter Bildung eines Zündzeitpunkts RIG. Der Zündzeitpunktgeber
43h erhält Signale von der Leerlaufzustandsbestimmungseinheit
41e und der Klopfsteuerwerteinstelleinheit
43c.
Die Klopfsteuerwerteinstelleinheit 43c dient der Einstellung
eines Klopfsteuerwerts RNK, um ein Klopfen der Maschine
1 zu verhindern. Dieser Einheit wird eine Ausgangsspannung
vom Klopfsensor 19 zugeführt. Die Ausgangsspannung
wird mit einer der Einheit 43c vorher zugeführten Bezugsspannung
verglichen. Wenn die Ausgangsspannung die Bezugsspannung
unterschreitet, wird kein Klopfzustand festgestellt.
Der Klopfsteuerwert RNK wird um einen vorbestimmten
Kurbelwinkel R vorverstellt (RNK←R).
Wenn die Ausgangsspannung die Bezugsspannung überschreitet,
wird das Auftreten von Klopfen festgestellt. Der Steuerwert
RNK wird um den Winkel R verzögert, um in ausreichender
Weise Klopfen der Maschine 1 zu verhindern (RNK← - R).
Der Grundzündzeitpunkt (bzw. -winkel) RB wird nach Maßgabe
des Klopfsteuerwerts RNK korrigiert unter Bildung
des Zündzeitpunkts (-winkels) RIG für den entsprechenden
Zylinder #i (RIG←RB+RNK).
Wenn das Leerlaufsignal von der Leerlaufzustandsbestimmungseinheit
41e dem Zündzeitpunktgeber 43h zugeführt wird,
wird der Grundzündzeitpunkt RB nach Maßgabe eines Lernkorrekturkoeffizienten
LADVi, der im Speicher 34 gespeichert
ist, und des Klopfsteuerwerts RNK korrigiert unter
Bildung des Zündzeitpunkts (RIG←RB+RNK+LADVi).
Der Zündzeitpunktrechner 43 hat einen Lernkoeffizienten-
Grenzbestimmungsteil 43 mit einer Lernkoeffizientenverzögerungswinkel-
Grenzbestimmungseinheit 43e und einer Lernkoeffizientenvorverstellwinkel-
Grenzbestimmungseinheit 43f.
Die Verzögerungswinkel-Grenzbestimmungseinheit 43e und die
Vorverstellwinkel-Grenzbestimmungseinheit 43f enthalten
einen Verzögerungswinkel-Grenzkorrekturwert LmtRTD bzw.
einen Vorverstellwinkel-Grenzkorrekturwert LmtADV für jeden
Zylinder. Jede Grenzbestimmungseinheit 43e und 43f vergleicht
den Lernkorrekturkoeffizienten LADVi für jeden
Zylinder, der im Speicher 34 gespeichert ist, mit dem Korrekturwert
LmtRTD (LmtADV). Wenn bestimmt wird, daß der
Lernkorrekturkoeffizient LADVi den Verzögerungswinkel-
Grenzkorrekturwert LmtRTD übersteigt (LATDVi≦LmtRTD), wird
jeder Zylinderlernkorrekturkoeffizient-Aktualisierungseinheit
43g ein Signal zugeführt. Die Aktualisierungseinheit
43g aktualisiert den im Speicher 34 gespeicherten Lernkorrekturkoeffizienten
LADVi mit dem Korrekturwert LmtRTD
(LADVi←LmtRTD).
Wenn bestimmt wird, daß der Lernkorrekturkoeffizient LADVi
den Vorverstellwinkel-Grenzkorrekturwert LmtADV übersteigt
(LADVi≧LmtADV), wird der Lernkorrekturkoeffizient LADVi
mit dem Wert LmtADV aktualisiert (LADVi←LmtADV). So wird
der Lernkorrekturkoeffizient LADVi innerhalb des Bereichs
zwischen den Grenzkorrekturwerten LmtRTD und LmtADV gebildet.
Die Lernkorrekturkoeffizient-Aktualisierungseinheit 43g
erhält ferner die Signale von der Bestimmungseinheit 42d
für die feste Obergrenze und der Bestimmungseinheit 42e für
die feste Untergrenze der Verbrennungszustandsschätzeinheit
42c. Bei ΔNAi<ΔNu in der Einheit 42d, was einen sehr guten
Verbrennungszustand bedeutet, wird der Lernkorrekturkoeffizient
LADVi so korrigiert, daß er mit einem vorbestimmten
Kurbelwinkel C (z. B. C=1° KW) verzögert wird. Die Aktualisierungseinheit
43g aktualisiert den Lernkoeffizienten
LADVi mit dem verzögerten Koeffizienten (LADVi←LADVi - C).
Bei ΔNAi<ΔNL in der Bestimmungseinheit 42e für die feste
Untergrenze, also bei schlechtem Verbrennungszustand, wird
der Lernkorrekturkoeffizient LADVi so korrigiert, daß er
mit dem Kurbelwinkel C vorverstellt wird. Der Koeffizient
LADVi wird mit dem vorverstellten Koeffizienten aktualisiert
(LADVi←LADVi+C).
Der Zündzeitpunkt RIG wird einer Zündzeitpunktvorgabeeinheit
43i zugeführt, der ferner die im Frequenzrechner
41c berechnete Periode f 1.2 zugeführt wird. Die Vorgabeeinheit
43i gibt einen Zündzeitpunkt ADV nach Maßgabe des
Zündzeitpunkts RIG und der Periode f 1.2 vor
(ADV=RIG×f 1.2).
Der Zündzeitpunkt ADV wird in einen Zeitgeber 43j gesetzt,
der mit der Zeitzählung nach Maßgabe des als Triggersignal
dienenden Kurbelwinkelsignals beginnt, das den von Grundzündzeitpunktgeber
43b detektierten Bezugswinkel R2 darstellt.
Wenn der Zeitgeber einen vorgegebenen Zündzeitpunkt
erreicht, wird einer Zündungswähleinheit 43k ein Zündfunkensignal
zugeführt. Die Einheit 43k erzeugt ein Signal,
das der Zündvorrichtung 25 des entsprechenden Zylinders #i
zugeführt wird, so daß der Strom zur Primärwicklung der
Zündspule 11a unterbrochen wird.
Wenn in der Einheit 43e oder 43f der Lernkoeffizienten-Grenzbestimmungseinheit
43d entweder LADVi≦LmtRTD oder
LADVi≧LmtADV bestimmt wird, wird an die Mittlere-Drehzahldifferenz-
Aktualisierungseinheit 42f ein Signal angelegt
zur Neuvorgabe der mittleren Drehzahldifferenz ΔNAi
(ΔNAi←0). Somit aktualisiert die Aktualisierungseinheit
42f die letzte mittlere Drehzahldifferenz ΔNAi(-1) im Speicher
34 mit der neu vorgegebenen mittleren Drehzahldifferenz
ΔNAi ΔNAi(0)(ΔNAi(-1)-0).
Wenn der Lernkoeffizient LADVi den Bereich zwischen den
Grenzkorrekturwerten LmtRTD und LmtADV überschreitet, bestimmt
die Aktualisierungseinheit 43g beide Korrekturwerte
als die Grenzwerte des Lernkoeffizienten. Infolgedessen
wird die mittlere Drehzahldifferenz ΔNAi neu vorgegeben, um
einen Fehler zu vermeiden, der im Rechenergebnis im Rechner
42b erzeugt wird.
Der Betrieb des Systems zum Schätzen des Verbrennungszustands
des Zylinders im Leerlauf der Maschine wird nachstehend
unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 7
erläutert. Das Steuerprogramm wird für jeden einzelnen
Zylinder ausgeführt.
In Schritt S101 werden während des Fahrens des Fahrzeugs
eine Fahrzeuggeschwindigkeit und ein Ausgangssignal des
Leerlaufschalters ausgelesen. In Schritt S102 wird der
Leerlaufzustand abgefragt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
Null und der Leerlaufschalter eingeschaltet ist, wird der
Leerlaufzustand festgestellt, und das Programm geht zu
Schritt S103 weiter. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht
Null und der Leerlaufschalter ausgeschaltet ist, wird der
Fahrzustand des Fahrzeugs festgestellt, und das Programm
beendet die Routine.
In Schritt S103 wird der Zylinder #i im Arbeitshub (Verbrennungshub)
nach Maßgabe der Nockenimpulse vom Nockenwinkelsensor
18 diskriminiert. In Schritt S104 werden die
Kurbelimpulse vom Kurbelwinkelsensor 16 bei Kurbelwinkeln
R2 und R3 vor OT unter Bezugnahme auf den Nockenimpuls
bei den Kurbelwinkeln R2 und R3 vor OT diskriminiert.
In Schritt S105 wird die Periode f 2.3 nach Maßgabe der
abgelaufenen Zeitdauer t 2.3 zwischen in Schritt S104 diskriminierten
Kurbelimpulsen und dem eingeschlossenen Winkel
(R2-R3) berechnet (f 2.3=dt 2.3/d(R2-R3)). In
Schritt S106 wird die Maschinendrehzahl N NEW nach Maßgabe
der Periode f 2.3 berechnet (N NEW←60/(2 π · f 2.3)).
In Schritt S107 wird nach Maßgabe der Differenz zwischen
der Maschinendrehzahl N NEW und der in der letzten Routine
berechneten Maschinendrehzahl N OLD die Drehzahldifferenz
ΔNi in der arbeitsfreien Periode (R2-R3) (Fig. 6)
berechnet (ΔNi←N NEW-N OLD). In Schritt S108 wird die
im Speicher gespeicherte Drehzahl N OLD mit der Drehzahl
N NEW aktualisiert (N OLD←N NEW).
In Schritt S109 wird die mittlere Drehzahldifferenz ΔNAi
durch das Gewichtsmittel berechnet, und zwar auf der Basis
der Drehzahldifferenz ΔNi und einer mittleren Drehzahldifferenz
ΔNAi(-1) in der letzten Routine
(ΔNAi ← ((2r - 1) × ΔNAi(-1) + ΔNi)/2r).
In Schritt S110 wird die mittlere Drehzahldifferenz ΔNAi
mit der festen oberen Grenzdrehzahldifferenz ΔNu verglichen.
Bei ΔNAi<ΔNu wird bestimmt, daß der Verbrennungszustand
außerordentlich gut ist. Das Programm geht zu
Schritt S111 weiter, in dem der im RAM 34 gespeicherte
Lernkorrekturkoeffizient LADVi mit dem durch Verzögerung um
den Kurbelwinkel C (C=1° KW) korrigierten Koeffizienten
LADVi aktualisiert wird (LADVi←LADVi-C).
In Schritt S112 wird der in Schritt S111 gebildete Lernkoeffizient
LADVi mit dem Verzögerungswinkelgrenzkorrekturwert
LmtRTD verglichen. Bei LADVi<LmtRTD wird bestimmt,
daß der Koeffizient LADVi die Verzögerungswinkelgrenze
nicht erreicht, und das Programm geht zu Schritt S119.
Wenn in Schritt S112 LADVi≦LmtRTD, erreicht der Koeffizient
LADVi die Verzögerungswinkelgrenze. Daher geht das
Programm zu Schritt S113, in dem der im Speicher enthaltene
Lernkoeffizient LADVi mit dem Korrekturwert LmtRTD aktualisiert
wird (LADVi←LmtRTD).
Bei ΔNAi≦ΔNu in Schritt S110 geht das Programm zu Schritt
S114, in dem die mittlere Drehzahldifferenz ΔAi mit der
festen unteren Drehzahldifferenzgrenze ΔNL verglichen wird.
Bei ΔNAi<ΔNL wird bestimmt, daß der Verbrennungszustand
schlecht ist. Das Programm geht zu Schritt S115, in dem der
Lernkorrekturkoeffizient LADVi im RAM 34 mit dem mit dem
vorverstellten Kurbelwinkel C korrigierten Koeffizienten
LADVi aktualisiert wird (LADVi←LADVi+C).
In Schritt S116 wird der in Schritt S115 gebildete Lernkoeffizient
LADVi mit dem Vorverstellwinkelgrenzkorrekturwert
LmtADV verglichen. Bei LADVi<LmtADV wird bestimmt,
daß der Koeffizient LADVi die Vorverstellwinkelgrenze nicht
erreicht, und das Programm geht zu Schritt S119.
Bei LADVi≧LmtADV in Schritt S116 erreicht der Koeffizient
LADVi die Vorverstellwinkelgrenze. Daher geht das Programm
zu Schritt S117, in dem der im Speicher enthaltene Lernkoeffizient
LADVi mit dem Korrekturwert LmtADV aktualisiert
wird (LADVi←LmtADV).
Bei ΔNAi≧ΔNL in Schritt S114 wird bestimmt, daß die mittlere
Drehzahldifferenz ΔNAi im Bereich von (ΔNu≧ΔNAi≧ΔNL)
liegt, und das Programm geht zu Schritt S119.
In Schritt S118 wird die mittlere Drehzahldifferenz ΔNAi
rückgestellt (ΔNAi←0).
In Schritt S119 wird die im RAM gespeicherte letzte mittlere
Drehzahldifferenz ΔNAi(-1) mit der in Schritt S109
berechneten mittleren Drehzahldifferenz ΔNAi aktualisiert
oder in Schritt S118 rückgestellt.
Der Betrieb zur Steuerung des Zündzeitpunkts wird unter
Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 8 erläutert. Die
Zündzeitpunktsteuerung wird an jedem Zylinder durchgeführt.
In Schritt S201 werden Impulssignale vom Kurbelwinkelsensor
16 und vom Nockenwinkelsensor 18 ausgelesen.
In Schritt S202 wird die Zylindernummer entsprechend dem
Kurbel- und dem Nockenimpuls diskriminiert. In Schritt S203
wird der Kurbelimpuls des Kurbelwinkelsensors 16 nach Maßgabe
des Nockenimpulses diskriminiert, um die Winkel R1
und R2 vor OT zu detektieren.
In Schritt S204 wird die Periode f 1.2 nach Maßgabe der
Periode t 1.2 zwischen den in Schritt S203 diskriminierten
Kurbelimpulsen und des Kurbelwinkels (R1-R2) berechnet
(f 1.2=dt 1.2/d (R1-R2)). In Schritt S205 wird
die Maschinendrehzahl N 1.2 nach Maßgabe der Periode f 1.2
berechnet (N 1.2←60/(2π · f 1.2)).
In Schritt S206 wird die Ansaugluftmenge Q auf der Basis
des Ausgangssignals vom Ansaugluftmengensensor 8 berechnet.
In Schritt S207 wird die Maschinenlast Tp nach Maßgabe der
Maschinendrehzahl N 1.2 und der Ansaugluftmenge Q berechnet
(Tp←K×Q/N 1.2). In Schritt S208 wird der Grundzündzeitpunkt
RB aus der Nachschlagetabelle MPRB mit der Drehzahl
N 1.2 und der Ansaugluftmenge Q als Parameter abgeleitet.
In Schritt S209 wird der Kopfsteuerwert RNK entsprechend
dem Ausgangssignal des Klopfsensors 19 vorgegeben.
In Schritt S210 werden die Fahrzeuggeschwindigkeit und das
Ausgangssignal des Leerlaufschalters 9b ausgelesen. In
Schritt S211 wird der Leerlaufzustand abgefragt. Wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit nicht Null und der Leerlaufschalter
9b ausgeschaltet ist, wird der Fahrzustand des Fahrzeugs
bestimmt, und das Programm geht zu Schritt S212 weiter.
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Null und der Leerlaufschalter
9b eingeschaltet ist, wird der Leerlaufzustand
festgestellt, und das Programm geht zu Schritt S213 weiter.
In Schritt S212 wird der Grundzündzeitpunkt RB mit dem
Klopfsteuerwert RNK korrigiert zur Berechnung des Zündzeitpunkts
RIG.
In Schritt S213 wird der Lernkorrekturkoeffizient LADVi des
entsprechenden Zylinders #i entsprechend der Bestimmung im
Verbrennungszustands-Schätzprogramm ausgelesen. In Schritt
S214 wird der Grundzündzeitpunkt RB mit dem Klopfsteuerwert
RNK und dem Lernkoeffizienten LADVi korrigiert zum
Berechnen des Zündzeitpunkts RIG
(RIG←RB+RNK+LADVi).
In Schritt S215 wird der Zündzeitpunkt ADV nach Maßgabe des
in Schritt S212 oder S214 berechneten Zündzeitpunkts RIG
und der Schritt S204 berechneten Periode f 1.2 ausgegeben
(ADV←RIG×f 1.2).
In Schritt S216 wird der Zündzeitpunkt ADV in den Zeitgeber
gesetzt. In Schritt S217 beginnt der Zeitgeber mit der
Zeitzählung entsprechend dem Winkelsignal R2 als Triggersignal.
In Schritt S218 wird, wenn der Zeitgeber einen vorgegebenen
Zündzeitpunkt erreicht, ein Zündfunkensignal an
die Zündvorrichtung 25 angelegt.
Gemäß der Erfindung wird bei dem Zündzeitpunktsteuersystem
im Leerlaufzustand der Maschine der Grundzündzeitpunkt mit
dem Lernkorrekturkoeffizienten korrigiert, der zur Schätzung
des Verbrennungszustands genützt wird. Damit wird die
Maschinendrehzahl im Leerlauf konstant, wodurch Schwankungen
der Maschinendrehzahl signifikant verringert werden.
Zum Schätzen des Verbrennungszustands wird die mittlere
Drehzahldifferenz in der arbeitsfreien Periode jedes Zylinders
auf der Basis der Drehzahldifferenz vor und nach
der Verbrennung im Zylinder gebildet, und die mittlere
Drehzahldifferenz wird mit dem festen oberen und unteren
Grenzwert verglichen. Daher gehen Faktoren der übrigen
Zylinder nicht in die Schätzung ein, so daß der Verbrennungszustand
exakt detektiert wird.
Insbesondere ist der Kurbelwinkel zum Detektieren der
Maschinendrehzahl während der Detektierperiode im arbeitsfreien
Zustand für jeden Zylinder gleich, so daß die Belastung
der Steuereinheit vermindert wird.
Die Fig. 9-11 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel des
Systems; dabei sind gleiche Teile und Schritte wie beim
ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 2-7 gleich bezeichnet
und werden nicht erneut beschrieben.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Verbrennungszustand
nach Maßgabe einer Winkelbeschleunigung der Maschine
geschätzt.
Nach Fig. 9 umfaßt ein Verbrennungszustands-Schätzabschnitt
52 einen Winkelbeschleunigungsrechner 52, dem die Maschinendrehzahl
N NEW vom Drehzahlrechner 41d zum Berechnen
einer Winkelbeschleunigung (dN/dt)NEW zugeführt wird. Wenn
die Leerlaufzustandsbestimmungseinheit 41e den Leerlaufzustand
der Maschine feststellt, liest ein Winkelbeschleunigungsdifferenzrechner
52b eine im Rechner 52a berechnete
Winkelbeschleunigung (dH/dt)NEW sowie eine in einer vorbestimmten
Adresse des RAM 34 gespeicherte Winkelbeschleunigung
(dN/dt)OLD, die in der vorhergehenden Routine berechnet
wurde, aus. Der Rechner 52b berechnet eine Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)i des entsprechenden, im
Zylinderdiskriminator 41a diskriminierten Zylinders #i nach
Maßgabe der Differenz zwischen der Winkelbeschleunigung
(dN/dt)NEW und (dN/dt)OLD
(ΔdN/dt)i = (dN/dt)NEW - (dN/dt)OLD).
Die Winkelbeschleunigung (dN/dt)NEW wird im Speicher 34
gespeichert zur Aktualisierung der Winkelbeschleunigung
(dN/dt)OLD
((dN/dt)OLD ← (dN/dt)NEW).
Die Winkelbeschleunigungsdifferenz Δ(dN/dt)i wird einem
Mittlere-Winkelbeschleunigungsdifferenz-Rechner 52c zugeführt,
in dem eine mittlere Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)Ai bei der Detektierperiode des entsprechenden
Zylinders #i nach Maßgabe der Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)i und der in einer vorbestimmten Adresse des
Speichers 34 gespeicherten letzten mittleren Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)Ai(-1) durch Gewichtsmittelung
nach der folgenden Gleichung berechnet wird:
Δ(dN/dt)Ai = ((2r - 1) × Δ(dN/dt)Ai(-1) + Δ(dN/dt)i)/2r
mit r=Gewichtskoeffizient.
Beim erstenmal ist die mittlere Winkelbeschleunigungsdifferenz
Null.
Die mittlere Winkelgeschwindigkeitsdifferenz Δ(dN/dt)Ai
wird zu jeder Detektierperiode für die jeweiligen Zylinder
berechnet.
Die nachstehend beschriebene Rechenoperation wird auf der
Basis von Daten für jeden Zylinder durchgeführt.
Die mittlere Winkelbeschleunigungsdifferenz Δ(dN/dt)Ai wird
einem Verbrennungszustandsschätzer 52d mit einer Feste-
Obergrenze-Bestimmungseinheit 52e und einer Feste-Untergrenze-
Bestimmungseinheit 52f zugeführt. Die mittlere Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)Ai wird mit einer vorher
in die Einheit 52e eingegebenen festen Winkelbeschleunigungsdifferenz-
Obergrenze Δ(dN/dt)u verglichen. Bei
Δ(dN/dt)Ai≦Δ(dN/dt)u wird die mittlere Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)Ai mit einer vorher in die Einheit
52f eingegebenen festen Winkelbeschleunigungsdifferenz-
Untergrenze Δ(dN/dt)L verglichen.
Diese festen Ober- und Untergrenzwerte Δ(dN/dt)u und
Δ(dN/dt)L sind auf der Basis der oberen und unteren Bestimmungswerte
des experimentell gebildeten angezeigten
mittleren effektiven Drucks bestimmt.
Bei Δ(dN/dt)Ai≧Δ(dN/dt)L in der Einheit 52f für die feste
Winkelbeschleunigungsdifferenz-Untergrenze, so daß die
mittlere Winkelbeschleunigungsdifferenz Δ(dN/dt)Ai innerhalb
des Bereichs des festen Winkelbeschleunigungsdifferenz-
Grenzwerts liegt
(Δ(dN/dt)u ≧ Δ(dN/dt)Ai ≧ Δ(dN/dt)L),
wird einer Aktualisierungseinheit 52g für die mittlere
Winkelbeschleunigungsdifferenz ein Signal zugeführt. Die
Aktualisierungseinheit 52f aktualisiert die letzte im Speicher
34 gespeicherte mittlere Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)Ai(-1) mit der mittleren Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)Ai
Δ(dN/dt)Ai(-1) ← Δ(dN/dt)Ai.
Wenn LADVi≦LmtRTD oder LADVi≧LmtADV in der Lernkoeffizientenverzögerungswinkel-
bzw. Lernkoeffizientenvorverstellwinkel-
Grenzbestimmungseinheit 43e und 43f bestimmt
wird, wird das Signal der Mittlere-Differenz-Aktualisierungseinheit
52g zur Rückstellung der mittleren Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)Ai zugeführt
(Δ(dN/dt)Ai←0). Somit aktualisiert die Aktualisierungseinheit
52g die im Speicher 34 befindliche letzte mittlere
Winkelbeschleunigungsdifferenz Δ(dN/dt)Ai(-1) mit der rückgestellten
mittleren Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)Ai
(Δ(dN/dt)Ai(-1) ← 0).
Die Lernkorrekturkoeffizient-Aktualisierungseinheit 43g
erhält die Signale von der Feste-Obergrenze-Bestimmungseinheit
52e und der Feste-Untergrenze-Bestimmungseinheit
52f des Verbrennungszustandsschätzers 52d. Bei
Δ(dN/dt)Ai<Δ(dN/dt)u in der Einheit 52e, d. h., bei außerordentlich
gutem Verbrennungszustand, wird der Lernkorrekturkoeffizient
LADVi durch Verzögerung mit dem Kurbelwinkel
C korrigiert. Die Aktualisierungseinheit 43g aktualisiert
den Lernkoeffizienten LADVi mit dem verzögerten Koeffizienten
(LADVi←LADVi-C).
Bei Δ(dN/dt)Ai<Δ(dN/dt)L an der Feste-Untergrenze-Bestimmungseinheit
52f, d. h., bei schlechtem Verbrennungszustand,
wird der Lernkoeffizient LADVi durch Vorverstellen mit dem
Kurbelwinkel C korrigiert. Der Koeffizient LADVi wird mit
dem vorverstellten Koeffizienten aktualisiert
(ALDVi←LADVi+C).
Der Betrieb des Systems zum Schätzen des Verbrennungszustands
des Zylinders bei Leerlauf der Maschine wird nachstehend
unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 10
erläutert. Das Steuerprogramm wird mit jedem einzelnen
Zylinder ausgeführt.
In den Schritten S101-S106 werden die gleichen Programmschritte
wie beim ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt.
Nach der Berechnung der Maschinendrehzahl N NEW nach Maßgabe
der Frequenz f 2.3 (N NEW ← 60/(2π · f 2.3) in Schritt
S106 geht das Programm zu Schritt S301, in dem die Winkelbeschleunigung
(dN/dt)NEW nach Maßgabe der Maschinendrehzahl
N NEW berechnet wird.
In Schritt S302 wird entsprechend der Differenz zwischen
der Winkelbeschleunigung (dN/dt)NEW und der in der letzten
Routine berechneten Winkelbeschleunigung (dN/dt)OLD die
Winkelbeschleunigungsdifferenz Δ(dN/dt)i in der arbeitsfreien
Periode (Fig. 11) berechnet
(Δ(dN/dt)i ← (dN/dt)NEW - (dN/dt)OLD.
In Schritt S303 wird
die im Speicher gespeicherte Winkelbeschleunigung
(dN/dt)OLD mit der Winkelbeschleunigung (dN/dt)NEW aktualisiert
((dN/dt)OLD ← (dN/dt)NEW).
In Schritt S304 wird die mittlere Winkelbeschleunigung
Δ(dN/dt)Ai durch das Gewichtsmittel auf der Basis der Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)i und der Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)Ai(-1) der letzten Routine
berechnet
(Δ(dN/dt)Ai ← ((2r - 1) × Δ(dN/dt)Ai(-1) + Δ(dN/dt))/2r).
In Schritt S305 wird die mittlere Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt) mit der festen Winkelbeschleunigungsdifferenz-
Obergrenze Δ(dN/dt)u verglichen. Bei
Δ(dN/dt)Ai<Δ(dN/dt)u wird bestimmt, daß der Verbrennungszustand
außerordentlich gut ist. Das Programm geht zu den
Schritten S111-S113, in denen ebenso wie bei dem ersten
Ausführungsbeispiel der Lernkorrekturkoeffizient LADVi
aktualisiert wird.
Wenn dagegen Δ(dN/dt)Ai≦Δ(dN/dt)u in Schritt S305, geht
das Programm zu Schritt S306, in dem die mittlere Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)Ai mit der festen Winkelbeschleunigungsdifferenz-
Untergrenze Δ(dN/dt)L verglichen
wird. Bei Δ(dN/dt)Ai<Δ(dN/dt)L wird bestimmt, daß der
Verbrennungszustand schlecht ist. Das Programm geht zu den
Schritten S115-S117, in denen der Lernkorrekturkoeffizient
LADVi im RAM 34 in der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel
aktualisiert wird.
Bei Δ(dN/dt)Ai≧Δ(dN/dt)L in Schritt S306 wird bestimmt,
daß die mittlere Winkelbeschleunigungsdifferenz Δ(dN/dt)Ai
im Bereich von
(Δ(dN/dt)u < Δ(dN/dt)Ai ≧ Δ(dN/dt)L)
liegt,
und das Programm geht zu Schritt S308.
In Schritt S307 wird die letzte mittlere Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)Ai rückgestellt (Δ(dN/dt)Ai←0).
In Schritt S308 wird die im RAM gespeicherte letzte mittlere
Winkelbeschleunigungsdifferenz Δ(dN/dt)Ai(-1) mit der
in Schritt S304 berechneten mittleren Winkelbeschleunigungsdifferenz
Δ(dN/dt)Ai aktualisiert oder in Schritt S307
rückgestellt.
Der Betrieb zur Steuerung des Zündzeitpunkts entspricht
demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels.
Die Korrelation zwischen Maschinendrehzahl und Winkelbeschleunigung
ist in Fig. 11 gezeigt. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird der Verbrennungszustand nach Maßgabe
der Winkelbeschleunigung geschätzt, die aus der Maschinendrehzahl
durch zeitliche Differenzierung gebildet ist.
Dadurch wird das zeitliche Element eingeführt, wodurch die
Genauigkeit des Systems weiter verbessert wird.
Die Fig. 12 und 13 zeigen das dritte Ausführungsbeispiel;
dabei sind wiederum gleiche Teile und Schritte wie beim
ersten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2-7 gleich bezeichnet
und werden nicht erneut beschrieben.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird der Verbrennungszustand
nach Maßgabe einer periodischen Phase (einer Periode)
des Maschinenbetriebs geschätzt.
Nach Fig. 12 umfaßt ein Verbrennungszustands-Schätzabschnitt
62 einen Periodendifferenzrechner 62a, der eine
Periodendifferenz Δfi(i=1, 3, 2, 4) des entsprechenden Zylinders
im Leerlauf der Maschine berechnet. Wenn in der Leerlaufzustandsbestimmungseinheit
41e der Leerlauf bestimmt
wird, liest der Rechner 62a die im Periodenrechner 41c
berechnete Periode f 2.3 NEW und die in der letzten Routine
berechnete und im Speicher 34 gespeicherte Periode f 2.3 OLD
aus. Der Rechner 62a berechnet die Periodendifferenz Δfi
des entsprechenden Zylinders #i nach Maßgabe der Differenz
zwischen den Perioden f 2.3 NEW und f 2.3 OLD
(Δfi=f 2.3 NEW←f 2.3 OLD).
Die Periode f 2.3 NEW wird im Speicher 34 gespeichert zur
Aktualisierung der Periode f 2.3 OLD (f 2.3 OLD←f 2.3 NEW).
Die Periodendifferenz Δfi wird einem Mittlere-Periodendifferenzrechner
62b zugeführt, in dem eine mittlere Periodendifferenz
ΔfAi zu der Detektierperiode für den entsprechenden
Zylinder #i nach Maßgabe der Periodendifferenz Δfi
und der im Speicher 34 gespeicherten letzten mittleren
Periodendifferenz ΔfAi(-1) durch Gewichtsmittelung unter
Anwendung der folgenden Gleichung berechnet wird:
ΔfAi = ((2r - 1) × ΔfAi(-1) + Δfi)/2r
Beim erstenmal ist die mittlere Periodendifferenz Null.
Die mittlere Periodendifferenz ΔfAi wird zu jeder Detektierperiode
für die jeweiligen Zylinder berechnet.
Die mittlere Periodendifferenz ΔfAi wird einem Verbrennungszustandsschätzer
62c mit einer Feste-Untergrenze-Bestimmungseinheit
62d und einer Feste-Obergrenze-Bestimmungseinheit
62e zugeführt. Die mittlere Periodendifferenz
ΔfAi wird mit einer vorher in die Einheit 62d eingegebenen
festen Periodendifferenz-Untergrenze ΔfL verglichen.
Bei ΔfAi≧ΔfL in der Feste-Untergrenze-Bestimmungseinheit
62d wird die mittlere Differenz ΔfAi mit einer vorher in
die Einheit 62e eingegebenen festen Periodendifferenz-Obergrenze
Δfu verglichen.
Da die Periode f der Kehrwert der Maschinendrehzahl ist,
sind die feste Ober- und Untergrenze der Periode umgekehrt
aus den Grenzwerten der Maschinendrehzahl bestimmt. Bei
ΔfAi≦Δfu, wenn also die mittlere Periodendifferenz ΔfAi im
Bereich der festen Periodendifferenzgrenze liegt
(ΔfL≦ΔfAi≦Δfu), wird einer Mittlere-Periodendifferenz-
Aktualisierungseinheit 62f ein Signal zugeführt. Die Aktualisierungseinheit
62f aktualisiert die im Speicher 34 gespeicherte
letzte mittlere Periodendifferenz ΔfAi(-1) mit
der mittleren Periodendifferenz ΔfAi (ΔfAi(-1)←fAi).
Bei LADVi≦LmtRTD oder LADVi≧LmtADV in der Lernkoeffizienten-
Grenzbestimmungseinheit 43e oder 43f wird der
Mittlere-Periodendifferenz-Aktualisierungseinheit 62f das
Signal zum Rückstellen der mittleren Periodendifferenz ΔfAi
zugeführt (ΔfAi←0). Somit wird die im Speicher gespeicherte
letzte mittlere Periodendifferenz ΔfAi(-1) durch die
rückgestellte mittlere Periodendifferenz ΔfAi aktualisiert
(ΔfAi(-1)←0).
Signale von der Feste-Untergrenze-Bestimmungseinheit 62d
und der Feste-Obergrenze-Bestimmungseinheit 62e werden der
Lernkorrekturkoeffizienten-Aktualisierungseinheit 43g zugeführt.
Bei ΔfAi<ΔfL an der Feste-Untergrenze-Bestimmungseinheit
62d, wenn also der Verbrennungszustand besonders gut ist,
aktualisiert die Aktualisierungseinheit 43g den Lernkoeffizienten
LADVi mit dem verzögerten Lernkoeffizienten, der in
Richtung einer Verzögerung mit dem Kurbelwinkel C korrigiert
ist (LADVi←LADVi-C).
Bei ΔfAi<Δfu an der Obergrenze-Bestimmungseinheit 62e,
wenn also der Verbrennungszustand schlecht ist, wird der
Lernkorrekturkoeffizient LADVi mit dem vorverstellten Lernkoeffizienten
aktualisiert, der in Richtung einer Vorverstellung
mit dem Kurbelwinkel C korrigiert ist
(LADVi←LADVi+C).
Unter Bezugnahme auf Fig. 13 wird der Betrieb zum Schätzen
des Verbrennungszustands im Leerlauf beschrieben. Dabei
wird in Schritt S105 die Periode f 2.3 berechnet.
In Schritt S401 wird nach Maßgabe der Differenz zwischen
der Periode f 2.3 NEW und der Periode f 2.3 OLD, die in der
letzten Routine berechnet wurde, die Periodendifferenz Δfi
in der arbeitsfreien Periode berechnet
(Δfi ← f 2.3 NEW - f 2.3 OLD).
In Schritt S402 wird die im
Speicher befindliche Periode f 2.3 OLD mit der Periode
f 2.3 NEW aktualisiert (f 2.3 OLD←f 2.3 NEW).
In Schritt S403 wird die mittlere Periodendifferenz ΔfAi
durch Gewichtsmittelung auf der Basis der Periodendifferenz
Δfi und der mittleren Periodendifferenz ΔfAi(-1) der letzten
Routine berechnet
(ΔfAi ← ((2r - 1) × ΔfAi(-1) + Δfi)/2r).
In Schritt S404 wird die mittlere Periodendifferenz ΔfAi
mit der festen Untergrenze ΔfL verglichen. Bei ΔfAi<ΔfL
wird bestimmt, daß der Verbrennungszustand außerordentlich
gut ist. Das Programm geht zu den Schritten S111-S113, in
denen der Lernkorrekturkoeffizient LADVi aktualisiert wird.
Andererseits geht in Schritt S404 bei ΔfAi≧ΔfL das Programm
zu Schritt S405, in dem die mittlere Periodendifferenz
ΔfAi mit der festen Obergrenze Δfu verglichen wird.
Bei ΔfAi<Δfu wird bestimmt, daß der Verbrennungszustand
schlecht ist. Das Programm geht zu den Schritten S115-S117,
in denen der Lernkorrekturkoeffizient LADVi aktualisiert
wird.
Bei ΔfAi≦Δfu in Schritt S405 wird bestimmt, daß die mittlere
Periodendifferenz ΔfAi im Bereich (ΔfL≦ΔfAi≦Δfu)
liegt, und das Programm geht zu Schritt S407.
In Schritt S406 wird die mittlere Periodendifferenz ΔfAi
rückgestellt (ΔfAi←0).
In Schritt S407 wird die im RAM gespeicherte letzte mittlere
Periodendifferenz ΔfAi(-1) mit der in Schritt S403
berechneten mittleren Periodendifferenz ΔfAi aktualisiert
oder in Schritt S406 rückgestellt.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Periode zum
Schätzen des Verbrennungszustands genützt, so daß der
Rechenvorgang und damit die Rechenzeit verkürzt ist.
Die Fig. 14-16 zeigen das vierte Ausführungsbeispiel, bei
dem gleiche Teile und Schritte wie in den Fig. 2-7 gleich
bezeichnet sind und nicht erneut beschrieben werden.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel wird der Verbrennungszustand
nach Maßgabe der Winkelgeschwindigkeit der Maschine
geschätzt.
Nach Fig. 14 weist der Eingabedatenrechenabschnitt 41 einen
Winkelgeschwindigkeitsrechner 41g auf, dem das Signal vom
Kurbelwinkelsignaldiskriminator 41b zugeführt wird. Der
Rechner 41g mißt die abgelaufene Zeitdauer t 1.2 zwischen
dem Kurbelwinkel R1 des Vorsprungs 15a und dem Kurbelwinkel
R2 des Vorsprungs 15b. Die Winkelgeschwindigkeit
ω 1.2 wird nach Maßgabe der abgelaufenen Zeitdauer t 1.2 und
des eingeschlossenen Winkels (R1-R2) berechnet
(ω 1.2←d(R1-R2)/dt 1.2). Dann wird die abgelaufene
Zeitdauer t 2.3 zwischen dem Kurbelwinkel R2 des Vorsprungs
15b und dem Kurbelwinkel R3 des Vorsprungs 15c
gemessen. Die Winkelgeschwindigkeit ω 2.3 wird nach Maßgabe
der abgelaufenen Zeitdauer t 2.3 und des eingeschlossenen
Winkels (R2-R3) berechnet
(ω 2.3-d(R2-R3)/dt 2.3). Ein Winkelgeschwindigkeitssignal
wird dem Maschinendrehzahlrechner 41d zum Berechnen
der Maschinendrehzahl N 1.2 auf der Basis der Winkelgeschwindigkeit
ω 1.2 zugeführt (N 1.2=60 ω 1.2/(2π)).
Der Zündzeitpunktvorgabeeinheit 43i des Zündzeitpunktrechners
43 werden der Zündzeitpunkt RIG und die im Winkelgeschwindigkeitsrechner
41g berechnete Winkelgeschwindigkeit
ω 1.2 zugeführt. Die Einheit 43i gibt einen Zündzeitpunkt
ADV nach Maßgabe des Zündzeitpunkts RIG und der
Winkelgeschwindigkeit ω 1.2 vor (ADV=RIG/ω 1.2).
Der Verbrennungszustandsdetektierer 72 umfaßt einen Winkelgeschwindigkeitsdifferenzrechner
72a, der eine Winkelgeschwindigkeitsdifferenz
Δωi(i=11, 3, 2, 4) des entsprechenden
Zylinders im Leerlauf der Maschine berechnet. Wenn der
Leerlauf der Maschine bestimmt wird, berechnet der Rechner
72a die Winkelgeschwindigkeitsdifferenz Δωi des entsprechenden
Zylinders #i nach Maßgabe der Differenz zwischen
den Winkelgeschwindigkeiten ω 2.3 NEW und ω 2.3 OLD
(Δωi = ω 2.3 NEW - ω 2.3 OLD).
Die Winkelgeschwindigkeit ω 2.3 NEW wird im Speicher 34
gespeichert zur Aktualisierung der Winkelgeschwindigkeit
ω 2.3 OLD (ω 2.3 OLD←ω 2.3 NEW).
Die Winkelgeschwindigkeitsdifferenz Δωi wird einem Mittlere-
Winkelgeschwindigkeits-Rechner 72b zugeführt, in dem
die mittlere Winkelgeschwindigkeitsdifferenz ΔωAi bei der
Detektierperiode des entsprechenden Zylinders #i nach Maßgabe
der Winkelgeschwindigkeitsdifferenz Δωi und der im
Speicher 34 gespeicherten letzten mittleren Winkelgeschwindigkeitsdifferenz
ΔωAi(-1) durch Gewichtsmittelung nach
der folgenden Gleichung berechnet wird:
ΔωAi = ((2r - 1) × ΔωAi(-1) + Δωi)/2r
Beim erstenmal ist die mittlere Winkelgeschwindigkeitsdifferenz
Null.
Die mittlere Winkelgeschwindigkeitsdifferenz ΔωAi wird zu
jeder Detektierperiode der jeweiligen Zylinder berechnet.
Die mittlere Winkelgeschwindigkeitsdifferenz ΔωAi wird
einem Verbrennungszustandsschätzer 72c mit einer Feste-
Obergrenze-Bestimmungseinheit 72d und einer Feste-Untergrenze-
Bestimmungseinheit 72e zugeführt. Die mittlere
Differenz ΔωAi wird mit einer festen Winkelgeschwindigkeitsdifferenz-
Obergrenze Δωu in der Einheit 72d und mit
einer festen Winkelgeschwindigkeitsdifferenz-Untergrenze
ΔωL in der Einheit 72e verglichen.
Bei Δωu≧ΔωAi≧ΔωL liegt die mittlere Winkelgeschwindigkeitsdifferenz
ΔωAi innerhalb des Bereichs der festen
Grenzdifferenz. Die Aktualisierungseinheit 72f aktualisiert
die im Speicher 34 enthaltene mittlere Differenz
ΔωAi(-1) mit der mittleren Differenz ΔωAi
(ΔωAi(-1)←ΔωAi).
Die Aktualisierungseinheit 72f aktualisiert die im Speicher
34 befindliche letzte mittlere Winkelgeschwindigkeitsdifferenz
ΔωAi(-1) mit der rückgestellten mittleren Winkelgeschwindigkeitsdifferenz
ΔωAi, wenn in der Lernkoeffizient-
Grenzbestimmungseinheit 43e oder 43f LADVi≦LmtRTD
oder LADVi≧LmtADV bestimmt wird (ΔωAi(-1)←0).
Bei ΔωAi<Δωu in der Einheit 72d und bei ΔωAi<ΔωL in der
Einheit 72e aktualisiert die Aktualisierungseinheit 43g den
Lernkoeffizienten LADVi mit dem korrigierten Lernkoeffizienten
(LADVi←LADVi-C oder LADVi+C) in gleicher
Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Unter Bezugnahme auf Fig. 15 wird der Betrieb erläutert. In
Schritt S104 werden die Kurbelimpulse bei den Kurbelwinkeln
R2 und R3 vor OT diskriminiert.
In Schritt S501 wird die Winkelgeschwindigkeit ω 2.3 nach
Maßgabe der abgelaufenen Zeit t 2.3 zwischen in Schritt S104
diskriminierten Kurbelimpulsen und des eingeschlossenen
Winkels (R2-R3) berechnet
(ω 2.3←d(R2-R3)/dt 2.3).
In Schritt S502 wird nach Maßgabe der Differenz zwischen
den Winkelgeschwindigkeiten ω 2.3 NEW und ω 2.3 OLD die
Winkelgeschwindigkeitsdifferenz Δωi in der arbeitsfreien
Periode berechnet (Δωi←ω 2.3 NEW-ω 2.3 OLD). In Schritt
S503 wird die im Speicher enthaltene Winkelgeschwindigkeit
ω 2.3 OLD mit der Winkelgeschwindigkeit ω 2.3 NEW aktualisiert
(ω 2.3 OLD←ω 2.3 NEW).
In Schritt S504 wird die mittlere Winkelgeschwindigkeitsdifferenz
ΔωAi durch Gewichtsmittelung auf der Basis der
Winkelgeschwindigkeitsdifferenz Δωi und der mittleren
Winkelgeschwindigkeitsdifferenz ΔωAi(-1) der letzten Routine
berechnet
(ΔωAi←((2r - 1) × ΔωAi(-1) + Δωi)/2r).
In Schritt S505 wird die mittlere Differenz ΔωAi mit einer
festen Differenzobergrenze Δωu verglichen. Bei ΔωAi<Δωu
wird bestimmt, daß der Verbrennungszustand außerordentlich
gut ist. Das Programm geht zu den Schritten S111-S113 zur
Aktualisierung des Lernkorrekturkoeffizienten LADVi.
Bei Δω≦Δωu dagegeben in Schritt S505 geht das Programm zu
Schritt S506, in dem die mittlere Differenz ΔωAi mit der
festen Differenzuntergrenze L verglichen wird. Bei
ΔωAi<ΔωL wird bestimmt, daß der Verbrennungszustand
schlecht ist. Das Programm geht zu den Schritten S115-S117
zur Aktualisierung des Lernkoeffizienten.
Bei ΔωAi≧ΔωL in Schritt S506 wird bestimmt, daß die mittlere
Winkelgeschwindigkeitsdifferenz ΔωAi im Bereich von
(Δωu≧ΔωAi≧ΔωL) liegt, und das Programm geht zu Schritt
S508 weiter.
In Schritt S507 wird die mittlere Differenz ΔωAi rückgestellt
(ΔωAi←0).
In Schritt S508 wird die im RAM gespeicherte letzte mittlere
Winkelgeschwindigkeitsdifferenz ΔωAi(-1) mit der in
Schritt S504 berechneten mittleren Winkelgeschwindigkeitsdifferenz
ΔωAi aktualisiert oder in Schritt S507 rückgestellt.
Gemäß Fig. 8, die den Betrieb zur Steuerung des Zündzeitpunkts
zeigt, wird in Schritt S203 der Kurbelimpuls diskriminiert.
In Schritt S250 wird nach Maßgabe der abgelaufenen Zeit
t 1.2 zwischen den in Schritt S203 diskriminierten Kurbelimpulsen
und dem Winkel (R1-R2) die Winkelgeschwindigkeit
ω 1.2 berechnet (ω 1.2←d (R1-R2)/dt 1.2). In
Schritt S251 wird nach Maßgabe der Winkelgeschwindigkeit
ω 1.2 die Maschinendrehzahl N 1.2 berechnet
(N 1.2←(60/2π)×ω 1.2)).
In Schritt S260 wird der Zündzeitpunkt ADV nach Maßgabe des
in Schritt S212 oder S214 berechneten Zündzeitpunkts RIG
und der in Schritt S250 berechneten Winkelgeschwindigkeit
ω 1.2 gebildet (ADV←RIG/ω 1.2).
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel wird die Rechenzeit
ebenfalls verkürzt, weil die Winkelgeschwindigkeit genützt
wird.
Das System der Erfindung kann auch bei anderen Brennkraftmaschinen
verwendet werden, z. B. bei einer Viertakt-Einzylinder-,
einer Viertakt-Zweizylinder-, einer Viertakt-
Dreizylinder-, einer Zweitakt-Einzylinder- und einer Zweitakt-
Zweizylindermaschine, weil keine Überlappung der Verbrennung
der Zylinder stattfindet.
Gemäß der Erfindung wird der Mittelwert der Differenz der
Maschinendrehzahl, der Winkelbeschleunigung, der Periode
oder der Winkelgeschwindigkeit, die jeweils mit dem Verbrennungszustand
eines Zylinders korreliert sind, mit den
festen Ober- und Untergrenzwerten verglichen. So wird der
Verbrennungszustand als der Absolutwert bestimmt, so daß
der Verbrennungszustand des jeweiligen Zylinders genau
geschätzt werden kann.
Der Verbrennungszustand wird auf der Basis der Signale der
an der Maschine vorgesehenen Sensoren geschätzt. Die Kosten
der Einzelteile werden verringert, und das System kann für
konventionelle Brennkraftmaschinen verwendet werden.
Der Zündzeitpunkt wird in Abhängigkeit vom Verbrennungszustand
des entsprechenden Zylinders genau gesteuert. Insbesondere
ist dabei die Maschinendrehzahl im Leerlauf
stabil, wodurch Geräusche und Schwingungen der Maschine
verringert werden.
Aus Obigem geht hervor, daß die vorliegende Erfindung ein
System ebenso wie ein Verfahren betrifft.
Claims (3)
1. System zum Detektieren des Verbrennungszustands einer
Brennkraftmaschine mit einem Kurbelwinkelsensor (16), der
ein eine Winkellage der Kurbelwelle der Maschine bezeichnendes
Kurbelwinkelsignal erzeugt, und mit einem Nockenwinkelsensor
(18), der ein eine Winkellage der Nockenwelle
der Maschine bezeichnendes Nockenwinkelsignal erzeugt,
gekennzeichnet durch
einen Hubdetektor (41a), der aufgrund des Nockenwinkelsignals eine Zylindernummer im Arbeitshub detektiert und ein Zylindersignal erzeugt;
einen Periodendetektor (41c), der aufgrund des Kurbelwinkelsignals und des Zylindersignals eine Periode vor und nach dem oberen Totpunkt (OT) eines Zylinders im Arbeitshub detektiert und ein dieser Periode entsprechendes Periodensignal erzeugt;
einen Drehzahldetektor (41d), der aufgrund des Periodensignals eine Drehzahl der Maschine während dieser Periode detektiert und ein Drehzahlzustandssignal erzeugt;
einen Differenzrechner (42a), der eine Differenz zwischen den Drehzahlen in dieser Periode vor und nach dem OT berechnet;
einen Gemittelte-Differenz-Rechner (42b), der eine gemittelte Differenz dieser Differenzen berechnet; und
eine Vergleichseinheit, die die gemittelte Differenz mit einem vorbestimmten Grenzwert vergleicht, wodurch ein Verbrennungszustand des Zylinders geschätzt wird.
einen Hubdetektor (41a), der aufgrund des Nockenwinkelsignals eine Zylindernummer im Arbeitshub detektiert und ein Zylindersignal erzeugt;
einen Periodendetektor (41c), der aufgrund des Kurbelwinkelsignals und des Zylindersignals eine Periode vor und nach dem oberen Totpunkt (OT) eines Zylinders im Arbeitshub detektiert und ein dieser Periode entsprechendes Periodensignal erzeugt;
einen Drehzahldetektor (41d), der aufgrund des Periodensignals eine Drehzahl der Maschine während dieser Periode detektiert und ein Drehzahlzustandssignal erzeugt;
einen Differenzrechner (42a), der eine Differenz zwischen den Drehzahlen in dieser Periode vor und nach dem OT berechnet;
einen Gemittelte-Differenz-Rechner (42b), der eine gemittelte Differenz dieser Differenzen berechnet; und
eine Vergleichseinheit, die die gemittelte Differenz mit einem vorbestimmten Grenzwert vergleicht, wodurch ein Verbrennungszustand des Zylinders geschätzt wird.
2. System zum Detektieren des Verbrennungszustands einer
Brennkraftmaschine mit einem Kurbelwinkelsensor (16), der
ein eine Winkellage der Kurbelwelle der Maschine bezeichnendes
Kurbelwinkelsignal erzeugt, und mit einem Nockenwinkelsensor
(18), der ein eine Winkellage der Nockenwelle
der Maschine bezeichnendes Nockenwinkelsignal erzeugt,
gekennzeichnet durch
einen Hubdetektor (41a), der aufgrund des Nockenwinkelsignals eine Zylindernummer im Arbeitshub detektiert und ein Zylindersignal erzeugt;
einen Periodendetektor (41c), der aufgrund des Kurbelwinkelsignals und des Zylindersignals eine Periode vor und nach dem oberen Totpunkt (OT) eines Zylinders im Arbeitshub detektiert und ein dieser Periode entsprechendes Periodensignal erzeugt;
einen Drehzahldetektor (52a), der aufgrund des Periodensignals eine Winkelbeschleunigung der Maschine während dieser Periode detektiert und ein Drehzahlzustandssignal erzeugt;
einen Differenzrechner (52b), der eine Differenz zwischen der Winkelbeschleunigung in dieser Periode vor und nach dem OT berechnet;
einen Gemittelte-Differenz-Rechner (52c), der eine gemittelte Differenz dieser Differenzen berechnet; und
eine Vergleichseinheit, die die gemittelte Differenz mit einem vorbestimmten Grenzwert vergleicht, wodurch ein Verbrennungszustand des Zylinders geschätzt wird.
einen Hubdetektor (41a), der aufgrund des Nockenwinkelsignals eine Zylindernummer im Arbeitshub detektiert und ein Zylindersignal erzeugt;
einen Periodendetektor (41c), der aufgrund des Kurbelwinkelsignals und des Zylindersignals eine Periode vor und nach dem oberen Totpunkt (OT) eines Zylinders im Arbeitshub detektiert und ein dieser Periode entsprechendes Periodensignal erzeugt;
einen Drehzahldetektor (52a), der aufgrund des Periodensignals eine Winkelbeschleunigung der Maschine während dieser Periode detektiert und ein Drehzahlzustandssignal erzeugt;
einen Differenzrechner (52b), der eine Differenz zwischen der Winkelbeschleunigung in dieser Periode vor und nach dem OT berechnet;
einen Gemittelte-Differenz-Rechner (52c), der eine gemittelte Differenz dieser Differenzen berechnet; und
eine Vergleichseinheit, die die gemittelte Differenz mit einem vorbestimmten Grenzwert vergleicht, wodurch ein Verbrennungszustand des Zylinders geschätzt wird.
3. System zum Detektieren des Verbrennungszustands einer
Brennkraftmaschine mit einem Kurbelwinkelsensor (16), der
ein eine Winkellage der Kurbelwelle der Maschine bezeichnendes
Kurbelwinkelsignal erzeugt, und mit einem Nockenwinkelsensor
(18), der ein eine Winkellage der Nockenwelle
der Maschine bezeichnendes Nockenwinkelsignal erzeugt,
gekennzeichnet durch
einen Hubdetektor (41a), der aufgrund des Nockenwinkelsignals eine Zylindernummer im Arbeitshub detektiert und ein Zylindersignal erzeugt;
einen Periodendetektor (41c), der aufgrund des Kurbelwinkelsignals und des Zylindersignals eine Periode vor und nach dem oberen Totpunkt (OT) eines Zylinders im Arbeitshub detektiert und ein dieser Periode entsprechendes Periodensignal erzeugt;
einen Drehzahldetektor (41g), der aufgrund des Periodensignals eine Winkelgeschwindigkeit der Maschine während dieser Periode detektiert und ein Drehzahlzustandssignal erzeugt;
einen Differenzrechner (72a), der eine Differenz zwischen der Winkelgeschwindigkeit in der Maschine in dieser Periode vor und nach dem OT berechnet;
einen Gemittelte-Differenz-Rechner (72b), der eine gemittelte Differenz dieser Differenzen berechnet; und
eine Vergleichseinheit, die die gemittelte Differenz mit einem vorbestimmten Grenzwert vergleicht, wodurch ein Verbrennungszustand des Zylinders geschätzt wird.
einen Hubdetektor (41a), der aufgrund des Nockenwinkelsignals eine Zylindernummer im Arbeitshub detektiert und ein Zylindersignal erzeugt;
einen Periodendetektor (41c), der aufgrund des Kurbelwinkelsignals und des Zylindersignals eine Periode vor und nach dem oberen Totpunkt (OT) eines Zylinders im Arbeitshub detektiert und ein dieser Periode entsprechendes Periodensignal erzeugt;
einen Drehzahldetektor (41g), der aufgrund des Periodensignals eine Winkelgeschwindigkeit der Maschine während dieser Periode detektiert und ein Drehzahlzustandssignal erzeugt;
einen Differenzrechner (72a), der eine Differenz zwischen der Winkelgeschwindigkeit in der Maschine in dieser Periode vor und nach dem OT berechnet;
einen Gemittelte-Differenz-Rechner (72b), der eine gemittelte Differenz dieser Differenzen berechnet; und
eine Vergleichseinheit, die die gemittelte Differenz mit einem vorbestimmten Grenzwert vergleicht, wodurch ein Verbrennungszustand des Zylinders geschätzt wird.
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