DE4136024A1 - Zuendzeitpunktssteuerungsvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft eine Zündzeitpunktssteuerungsvor­ richtung für eine Brennkraftmaschine und im speziellen eine Zündzeitpunktssteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschi­ ne, die geeignet ist, ihre Fahreigenschaft durch Änderung der Abgasrückführrate bzw. EGR-Rate ( exhaust gas recirculation) in einer stufenlosen Art und Weise zu verbessern und den Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von der EGR-Rate einzustellen.

Eine herkömmliche Brennkraftmaschine umfaßt einen Abgasrück­ führmechanismus (EGR-Mechanismus), um die schädlichen Kom­ ponenten, die im Abgas enthalten sind, durch Rückführung des Abgases in das Gasansaugsystem zu vermindern.

Das heißt, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, daß in einer Brenn­ kraftmaschine 202 ein Ansaugrohr 206, das eine Ansaugleitung 204 bildet, und ein Abgasrohr 210, das eine Abgasleitung 208 bildet, in miteinander verbundener Beziehung angeordnet sind. Ein EGR-Ventil 212 ist an das Ansaugrohr 206 angebracht. Zwischen dem EGR-Ventil 212 und dem Abgasrohr 210 ist ein EGR- Rohr 216 angeordnet, das eine EGR-Leitung bzw. eine EGR-Ver­ bindung 214 bildet.

In einem Zwischenabschnitt des EGR-Rohrs 216 ist ein EGR­ Umschaltventil 218 angeordnet. Dieses EGR-Umschaltventil 218 wird im Betrieb durch eine Steuereinrichtung (ECU) 220 ge­ steuert.

In die Steuereinrichtung 220 werden Daten des Fahrzustandes der Brennkraftmaschine 202 eingegeben, wie z. B. die Kühl­ wassertemperatur, der absolute Druck im Ansaugrohr PM, die Ansauglufttemperatur, der Grad der Drosselöffnung, die Dreh­ zahl der Brennkraftmaschine, usw.

Die Steuereinrichtung 220 ist mit einem Kurbelwinkelsensor 222 verbunden, der an der Brennkraftmaschine 202 angebracht ist und geeignet ist, den Kurbelwinkel aufzunehmen, und die Steu­ ereinrichtung 220 ist auch mit einem Zündmechanismus 224 für die Brennkraftmaschine 202 verbunden. Dieser Zündmechanismus 224 ist vom elektronischen Vorzündtyp bzw. ESA-Typ (electronic spark advance).

In Fig. 6 wird die Steuerung der EGR-Rate an dem Ansaugsystem durch einen Ein/Aus-Betrieb des EGR-Ventils 212 ausgeführt. Dies ist der Fall, wenn der Zündzeitpunkt zu diesem Zeitpunkt entweder konstant gehalten wird oder die Rückführung des Abgases bewirkt wird oder nicht, oder in zwei Schritten einge­ stellt wird in Abhängigkeit ob entweder die Rückführung des Abgases bewirkt wird oder nicht.

Auf der anderen Seite wird in einem Zündzeitpunktsteuerungs­ betrieb des Zündmechanismus eines Verteilertyps anstatt des Zündmechanismus eines elektronischen Vorzündungstyps der Zündzeitpunkt konstant gehalten, egal ob die Abgasrückführung bewirkt wird oder nicht.

Eine solche Zündzeitpunktsteuerungsvorrichtung ist z. B. in dem offengelegten japanischen Patent Offenlegungsschrift Nr. Sho 57-1 79 370 und dem offengelegten japanischen Ge­ brauchsmuster Nr. Sho 61-66 667 offenbart. Eine, die in dem offengelegten japanischen Patent Nr. Sho 57-1 79 370 beschrie­ ben ist, ist so ausgebildet, daß wenn zu einem Zeitpunkt ein Nicht-Betriebszustand des EGR-Ventils wahrgenommen wird, die Geschwindigkeit der Brennkraftmaschine und der Wert eines Signales, das die Menge der angesaugten Luft darstellt, innerhalb der Bereiche der Menge von angesaugter Luft und der Geschwindigkeit der Brennkraftmaschine auf Grundniveau liegen, wobei dann der Zündzeitpunkt optimal korrigiert wird, um das Auftreten von Klopfen der Brennkraftmaschine zu vermeiden, auch in höhergelegenen Gebieten.

Eine andere Vorrichtung, die im veröffentlichten japanischen Gebrauchsmuster Sho 61-66 667 beschrieben ist, ist so ausge­ bildet, daß der Zündzeitpunkt in Übereinstimmung mit der Abgasrückführung (EGR) auf Grundlage der Änderung in der Rate der Abgasrückführung korrigiert wird.

Es gibt herkömmlicherweise eine Unannehmlichkeit: Da die Steu­ ereinrichtung kein Kennfeld für den Zündzeitpunkt oder etwas Vergleichbares hat, wird auf den Zündzeitpunkt zu diesem Zeitpunkt der Abgasrückführung nicht eingewirkt und die Zün­ dung übermäßig nach vorne verschoben, was folglich gegen­ teilige Effekte auf die Fahrleistung, in Bezug auf Emission, usw. bewirkt.

Aus den obengenannten Gründen kann auch der Abgasrückführ­ mechanismus in Abhängigkeit der Fahrzustände der Brennkraftma­ schine nicht tatsächlich ein/ausgeschaltet werden und deshalb wurden Verbesserungen gefordert.

Ferner, selbst in dem Fall, daß die Steuereinrichtung mit zwei Arten von Kennfeldern für den Zündzeitpunkt versehen ist, um einen Ein/Aus-Betrieb des Abgasrückführmechanismus auszufüh­ ren, gibt es eine Unannehmlichkeit, obgleich ein Versuch unternommen worden ist, um die Rate der Abgasrückführung zu steuern, und wobei der Zündzeitpunkt über die Maßen nach vorne geschoben worden ist oder die Zündung übermäßig gehalten worden ist, weil der geforderte Zündzeitpunkt in unnützer Weise durch den Unterschied in der EGR-Rate geändert wurde.

Deshalb ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündzeitpunktssteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschi­ ne vorzusehen, in der ein leistungsgesteuertes EGR-Rate regu­ lierendes Solenoidventil in der Mitte oder längs einer EGR- Leitung, die eine Abgasleitung und eine Ansaugleitung ver­ bindet, angeordnet ist und durch Einstellen des Zündzeitpunk­ tes in Übereinstimmung mit einer Leistungsrate bzw. Durchsatz­ rate, die das EGR-Rate regulierende Solenoidventil steuert, die EGR-Rate in einer stufenlosen Art und Weise und der Zünd­ zeitpunkt optimal gemäß dieser EGR-Rate eingestellt wird, wobei die Fahreigenschaften verbessert werden und eine äußerst geeignete Abgasemission erreicht wird.

In einer Ausführungsform einer Brennkraftmaschine, die die obengenannte Aufgabe löst, umfassend einen Abgasrückführmecha­ nismus zum Rückführen eines Teils der Abgasluft in das Gas­ ansaugsystem zeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch aus, daß ein leistungsgesteuertes EGR-Rate regulierendes So­ lenoidventil in der Mitte oder längs einer EGR-Leitung an­ geordnet ist, wobei sie die Abgasleitung und die Ansaugleitung miteinander verbindet, und eine Einrichtung zum Steuern der Aktivierung des Brennkraftmaschinenzündmechanismus vorgese­ hen ist, um den Zündzeitpunkt gemäß einer Leistungsrate ein­ zustellen, die an das die EGR-Rate regulierende Solenoidventil angelegt wird.

Gemäß der Beschaffenheit der vorliegenden Erfindung, da die Steuereinrichtung den Zündzeitmechanismus gemäß der Leistungs­ rate einstellt, die an das die EGR-Rate regulierende Solenoid­ ventil angelegt wird, um den Zündzeitpunkt einzustellen, kann der Zündzeitpunkt optimal gesetzt werden, wenn die EGR-Rate in einer stufenlosen Art und Weise dadurch geändert wird, wobei die EGR-Rate eindeutig gesteuert werden kann, um die Fahr­ eigenschaften zu verbessern und eine äußerst vorteilhafte Abgasemission zu erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Detail an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Zündzeitpunktssteuersystem­ vorrichtung für eine Brennkraftmaschine,

Fig. 2 ein Flußdiagramm, um den Betrieb des Systems aus Fig. 1 zu erklären,

Fig. 3 ein Diagramm eines Zündzeitpunktskennfeldes, wobei die EGR-Leistungsrate zwischen 0 und 100% liegt,

Fig. 4 einen Punkt eines Zündzeitpunktskennfeldes, wobei die EGR-Leistungsrate 0% ist,

Fig. 5 einen Punkt eines Zündzeitpunktskennfeldes, wobei die EGR-Leistungsrate 100% ist, und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Zünd­ zeitpunktssteuerungssystemvorrichtung.

In Fig. 1 bezeichnet die 2 eine Brennkraftmaschine, die 4 ein Ansaugrohr, die 6 eine Ansaugleitung, die 8 ein Abgasrohr und die 10 eine Abgasleitung. Das Ansaugrohr 4 und das Ab­ gasrohr 8 sind miteinander durch ein EGR-Rohr 14 verbunden, das einen Abgasrückführmechanismus 12 bildet.

Dieses EGR-Rohr 14 bildet eine EGR-Leitung 16 zum Mit­ einanderverbinden der Ansaugleitung 6 und der Abgasleitung 10. Das heißt, daß eine EGR-Einlaßöffnung 18 am Anfang der EGR- Leitung 16 in die Abgasleitung 10 und ein EGR-Zirkulations­ abschnitt 20 als Ende der EGR-Leitung 16 in die Ansaugleitung 6 mündet. Im Bereich dazwischen, längs dieser EGR-Leitung 16, ist ein leistungsgesteuertes EGR-Rate regulierendes Solenoid­ ventil 22 angeordnet, um die Rate der Abgasrückführung durch Öffnen und Schließen der EGR-Leitung 16 zu regulieren. Dieses EGR-Rate regulierende Solenoidventil 22 ist durch eine Steuer­ einheit (ECU) 24 leistungsgesteuert. Das heißt, daß das Ventil 22 durch die ECU 24 zwischen einem Zustand von 0% der EGR- Leistung bzw. des Durchsatzes ( vollständig geschlossener Zu­ stand) und einem Zustand von 100% der EGR-Leistung (vollstän­ dig geöffneter Zustand) betätigt wird. Dabei kann die EGR- Rate durch die EGR-Leitung 16 bewirkt in einer stufenlosen Art und Weise durch die EGR-Leitung 16 gesteuert werden, so wie es durch das Kontinuum der Leistungsraten zwischen 0% und 100% begrenzt ist.

In diese Steuereinrichtung 24 werden Daten eingegeben, die die Kühlwassertemperatur, den absoluten Druck des Ansaugrohrs PM, Grad der Drosselöffnung, Drehzahl der Brennkraftmaschine NE und einen Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine darstellt, der von einem Winkelsensor 26 aufgenommen wird, der an die Brenn­ kraftmaschine 2 angebracht ist.

Ferner wird die Steuereinrichtung 24 betrieben, um die Akti­ vierung bzw. Betätigung eines Zündmechanismus 28 der Brenn­ kraftmschine 2 zu steuern und um den Zündzeitpunkt gemäß der Leistungsrate einzustellen, die an das EGR-Rate regulierende Solenoidventil 22 angelegt wird. Die Steuereinrichtung 24 hat ein Zündzeitpunktskennfeld (siehe Fig. 4) für den Fall, daß die EGR-Leistung 0% ist (EGR ist in einem vollständig ge­ schlossenen Zustand) und ein Zündzeitpunktskennfeld (siehe Fig. 5) für den Fall, daß die EGR-Leistung 100% ist (EGR ist im vollständig geöffneten Zustand). Diese Zündzeitpunktskenn­ felder aus Fig. 4 und 5 werden in Abhängigkeit von z. B. der Drehzahl der Brennkraftmaschine NE und des absoluten Druckes des Ansaugrohres PM verwendet. Gemäß dem Fall, daß die EGR- Leistung 100% ist, zeigt das Kennfeld der Fig. 5, daß der Zündzeitpunkt vorverlegt wird. Zum Beispiel ist der Zündzeit­ punkt 20° BPDC (= vor dem oberen Todpunkt), wenn die EGR- Leistung 0% ist und der Zündzeitpunkt 40° BTDC, wenn die EGR- Leistung 100% ist an einem bestimmten Gitterpunkt, der durch die Werte von NE und PM (siehe Fig. 4 und 5) definiert ist. Das heißt, für bestimmte Werte von NE und PM ergeben Fig. 4 und 5 20° BTDC und 40° BTDC, jeweils als Funktion von NE und PM. Folglich gilt z. B. 20° BTDC = f (NE, PM).

Und im Fall, daß das Fahrzeug an diesem Gitterpunkt betrieben wird, wird die Zündzeitpunktssteuerung zu diesem Zeitpunkt, an dem die EGR-Leistung sich zwischen 0% und 100% bewegt, be­ züglich zu dem Zündzeitpunktskennfeld von Fig. 3 ausgewertet. Das heißt, für einen bestimmten Wert von NE und PM, wenn die EGR-Leistung etwas unterschiedlich von 0% und 100% ist, wird eine Interpolation bezüglich der Fig. 3 ausgeführt. Gemäß dem Fall, daß die EGR-Rate in einer stufenlosen Art und Weise geändert wird, kann der beste Zündzeitpunkt auf der Grundlage der Zündzeitpunktkennfelder der Fig. 3, 4 und 5 erhalten werden.

Es ist selbstverständlich aus der vorhergehenden und nachfol­ genden Diskussion, daß die ECU 24 einen herkömmlichen Mikro­ prozessor verwenden kann.

Der nächste Vorgang dieser Ausführungsform wird mit Bezug zum Flußdiagramm aus Fig. 2 beschrieben.

In der Steuereinrichtung 24, wenn ein Programm gestartet wird (Schritt 102), werden zuerst die Daten eingegeben, die die Drehzahl der Brennkraftmaschine NE, den absoluten Druck des Ansaugrohrs PM, den Grad der Drosselöffnung, die Kühlwasser­ temperatur, usw. darstellen (Schritt 104), und dann wird eine Leistungsrate für das die EGR-Rate regulierende Solenoid­ ventil 22 aus diesen Daten berechnet (Schritt 106).

Anschließend wird die Steuereinrichtung 24 betrieben, um die Betätigung des EGR-Rate regulierenden Solenoidventils 22 gemäß der berechneten Leistungsrate (Schritt 108) zu steuern.

Ferner wird die Steuereinrichtung 24 bei 110 betrieben, um die Betätigung des Zündzeitpunktmechanismus 28 zu steuern und dabei den Zündzeitpunkt auszuführen, der auf Grundlage der Zündzeitpunktskennfelder aus Fig. 3 bis 5 mit Bezug zu der EGR-Leistungsrate aus 106 berechnet wurde. Das heißt, die Steuereinrichtung 24, wird betrieben, um den Zündzeitpunkts­ mechanismus 28 auf den Zündzeitpunkt einzustellen, der durch das Zündzeitpunktskennfeld, das in Fig. 4 gezeigt wird, wenn die EGR-Leistung 0% ist, ermittelt wird, bzw. die Steuerein­ richtung 24 wird betrieben, den Zündmechanismus 28 auf den Zündzeitpunkt zu stellen, der gemäß des Zündzeitpunktskenn­ feldes, das in Fig. 5 gezeigt ist, ermittelt wird, wenn die EGR-Leistung 100% ist und die Steuereinrichtung 24 wird be­ trieben, um den Zündzeitpunktmechanismus 28 auf den Zündzeit­ punkt zu stellen, der gemäß des Zündzeitpunktskennfeldes aus Kennfeld 3 ermittelt wird, wenn die EGR-Leistung nicht gleich 0% oder 100% ist (Schritt 110).

Als ein Ergebnis, da das EGR-Rate regulierende Solenoidventil 22 durch die Steuereinrichtung 24 leistungsgesteuert ist, kann die EGR-Rate in einer stufenlosen Art und Weise geändert werden und da der Zündzeitpunkt gemäß der Leistungsrate opti­ mal eingestellt ist, die an das die EGR-Rate einstellende Solenoidventil 22 angelegt wird, kann die Fahreigenschaft verbessert werden und dabei eine äußerst günstige Abgasemis­ sion erhalten werden. Ferner kann, da der Zündzeitpunkt in Übereinstimmung mit der EGR-Rate geändert wird, die Fahreigen­ schaft durch positives Ändern der EGR-Rate verbessert werden (oder Ausschalten der Abgasrückführung).

Weiterhin, da die Zündzeitpunktskennfelder aus Fig. 4 und 5 beispielsweise nur zweidimensionale Felder in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine (NE) × Absolutdruck des An­ saugrohrs (PM) und keine dreidimensionalen Kennfelder benöti­ gen (Drehzahl der Brennkraftmaschine NE × Absolutdruck des Ansaugrohrs PM × EGR Leistungsrate) kann die Steuereinrichtung 24 vereinfacht und die Leistungsfähigkeit der Steuereinrich­ tung 24 verringert werden.

Wie aus der vorhergehenden detaillierten Beschreibung her­ vorgeht und dadurch, daß ein leistungsgesteuertes EGR-Rate regulierendes Solenoidventil im mittleren Bereich längs einer EGR-Leitung angeordnet ist zum Verbinden einer Abgasleitung und einer Ansaugleitung, und dadurch, daß eine Einrichtung zum Steuern der Betätigung des Zündmechanismus der Brennkraftma­ schine vorgesehen ist, um den Zündzeitpunkt gemäß der Leistungsrate einzustellen, die an das die EGR-Rate regu­ lierende Solenoidventil angelegt wird, kann die EGR-Rate in einer stufenlosen Art und Weise geändert werden und der Zünd­ zeitpunkt kann optimal in Übereinstimmung mit der Leistungs­ rate eingestellt werden, die an das die EGR-Rate regulierende Solenoidventil angelegt wird, das folglich die Fahreigenschaft durch tatsächliche Steuerung der EGR-Rate verbessert und eine äußerst günstige Abgasemission bewirkt.

Obwohl ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail offenbart worden ist, um die Ziele zu veranschaulichen, muß erkannt werden, daß Änderungen oder Modifikationen der offenbarten Vorrichtung einschließlich einer Neuanordnung der Teile innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung liegen.

Claims (3)

1. Brennkraftmaschine, umfassend einen Abgasrückführmechanismus zum Rückführen eines Teils der Abgasluft zu einem Gasansaugsystem und eine Zünd­ zeitpunktssteuervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein leistungsgesteuertes EGR-Rate regulierendes Solenoidventil (22) in einer EGR-Leitung (16) angeordnet ist, die eine Abgas- und eine Ansaugleitung (10, 6) der Brennkraftmaschine (2) miteinander verbindet, und Ein­ richtungen zum Steuern der Betätigung der Motorzündzeit­ punktssteuervorrichtung (24) vorgesehen werden, um den Zündzeitpunkt gemäß der Leistungsrate einzustellen, die an das die EGR-Rate regulierende Solenoidventil (22) angelegt ist.

2. Brennkraftmaschine, umfassend eine Ansaugleitung (10), eine Abgasleitung (6) und eine Abgasrückführeinrichtung (12) zum Rückführen einer ausge­ wählten Menge von Abgas aus der Abgasleitung (6) zurück zu der Ansaugleitung (10), gekennzeichnet durch Einrich­ tungen ansprechend auf die Abgasrückführungseinrichtung (10) zum Setzen eines Zündzeitpunktes der Brennkraftma­ schine (2) an erste und zweite Zündzeitpunktseinstel­ lungen in Abhängigkeit von der Rückführung der jeweiligen minimalen und maximalen Menge von Abgas und Einrichtun­ gen ansprechend auf die Abgasrückführungseinrichtung (12) zum Setzen des Zündzeitpunktes an eine dritte Zündzeit­ punktseinstellung in Abhängigkeit von der Rückführung der dritten Menge von Abgas, die größer als die minimale Menge, aber geringer als die maximale Menge ist, umfas­ send Einrichtungen zum Interpolieren, um die dritte Zündzeit­ punktseinstellung zu erhalten, durch Interpolation zwi­ schen der ersten oder zweiten Zündzeitpunktseinstellung auf Grundlage der Beziehung, die die dritte Menge von Abgas in Bezug auf die minimale und maximale Menge des Abgases bildet.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, wobei die Einrichtung zum Setzen der ersten und zweiten Zündzeitpunktseinstellungen umfaßt Einrichtungen zum Bestimmen der ersten und zweiten Zünd­ zeitpunktseinstellungen als Funktion der Drehzahl der Brennkraftmaschine und des Ansaugdruckes in der Ansaug­ leitung (10).