DE4193594C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Zündung eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Zeitsteuerung für einen Verbrennungsmotor mit einem Kondensatorentladungs-Zündsystem und insbesondere auf eine Zeitsteuerung, die die Zündeinstellung einstellt, um eine Verzögerung zwischen der Erregung des Transformators oder Wandlers und der tatsächlichen Zündung zu kompensieren.

Ausgangspunkt

Auf dem Gebiet der Verbrennungsmotorsteuerung ist es ein bekanntes Prinzip, daß genaue Zündeinstellung notwendig ist, um eine stabile und effiziente Motorarbeitsweise beizubehalten. Bei funkengezündeten Motoren tritt das Zünden beim Feuern der Zündkerze in dem Zylinder auf. Das "Timing" eines solchen Motors wird definiert als die Zeit, zu der ein Zündsignal an die Zündkerze geliefert wird, und zwar relativ zu der Zeit, zu dem der Kolben das Ende seines Hubs im Kompressionszyklus erreicht. Diese Position wird herkömmlicherweise als "oberer Totpunkt" (TDC = top dead center) bezeichnet und das Timing wird in Kubelwellengraden bezüglich zum TDC gemessen, zum Bei­ spiel 25° vor dem oberen Totpunkt (BTDC = before top dead center).

In der Vergangenheit wurde die Zündeinstellung gesteuert durch magnet-elektrische Maschinen und als solches konnte der Timing oder Zeiteinstellungwinkel nur mechanisch wäh­ rend der Wartung eingestellt werden. In neuerer Zeit wur­ den elektronische Mittel und insbesondere Mikroprozessoren verwendet, die Zündeinstellung zu steuern. Elektro­ nische Zündsteuerungen besitzen den Vorteil das Motor­ timing zurücksetzen zu können (näher an TDC) und vorver­ setzen zu können (entfernter vom TDC), und zwar ansprech­ end auf abgefühlte Parameter, wie zum Beispiel die Motor­ geschwindigkeit oder Drehzahl, der Motorbelastung, dem Luft/Brennstoffverhältnis und der Höhe. Im allgemeinen stellt die elektronische Steuerung einen Timing-Winkel ein, der für alle Zylinder des Motors verwendet wird; jedoch verwenden höher entwickelte Steuerungen separate Timing-Winkel für jeden Zylinder.

Kondensatorentlandungszündsysteme (CDI's = Capacitor Discharge Ignition Systems) umfassen typischerweise einen Ladungsspeichermechanismus, wie zum Beispiel einen Kon­ densator, und einen Aufwärtstransformator mit einer Sekundärspule oder Wicklung, die mit einer Funkenzünd­ einrichtung, wie zum Beispiel einer Zündkerze, verbunden ist. Die Zündzeitsteuerung ist in der Lage, den Konden­ sator durch die Primärspule des Transformators an dem gewünschten Timing-Winkel zu entladen. Das Entladen des Kondensators durch die Primärspule des Transformators induziert ein hohes Spannungssignal in der Sekundärspule des Transformators, das ausreichend hoch ist, um einen Funken oder Bogen über den Spalt der Zündkerze zu erzeu­ gen. Die an die Zündkerze angelegte Spannung muß größer oder gleich einem vorbestimmten charakteristischen "Funkenionisationspotential" (Spannung) V_SP sein, um den Funken auszulösen. Solche Ionisationspotentiale liegen typischerweise in dem Bereich von 10 kV oder noch darüber. Das Ionisationspotential V_SP ist abhängig von Faktoren, wie zum Beispiel dem Spalt der Zündkerze, dem Zylinderdruck, der Motorbelastung und dem Luft/Brenn­ stoffverhältnis.

Die Zeit, die benötigt wird, um den Transformator auf einen Pegel zu erregen, der ausreicht, um die Funkener­ zeugung zu bewirken, bringt eine Verzögerung zwischen der Herstellung des Zündsignals und dem tatsächlichen Zünden in dem Zylinder mit sich. Dieser Timing-"Fehler" kann die gesamte Arbeitsweise und Effizienz des Motors herabset­ zen. Bis heute konnten Zeitsteuerungen für Motoren mit Kondensator-Entladungszündungen dieses Problem nicht be­ seitigen. Teilweises Kompensieren des Timing-Fehlers könnte erreicht werden durch Einführen einer vorbestimm­ ten Timing-Verschiebung. Die Verzögerung zwischen der Er­ regung des Transformators und dem Feuern oder Zünden der Zündkerze ist jedoch abhängig von dynamischen Motorpara­ metern und Leistungsfaktoren, wie zum Beispiel dem Luft­ /Brennstoffverhältnis, dem Zylinderdruck und dem Spalt der Zündkerze. Als solches würde eine vorbestimmte Timing-Verschiebung bestenfalls nur eine geringfügige Verbesserung erreichen.

EP 0 390 314 A2 schlägt zur Korrektur der Verzögerung zwischen dem Zündbefehl und dem tatsächlichen Zündzeit­ punkt vor, einen Spannungsanstieg über die Primärspule hinweg abzufühlen und diesen mit dem an der Sekundärspule auftretenden Funken zu korrelieren.

DE 30 41 498 A1 schlägt eine Messeinrichtung für den Zündverzug der Zündanlagen von Brennkraftmaschinen vor, wobei ein Zählvorgang einer Zählvorrichtung mit einer die Zündung bewirkenden Signalflanke eines Zündsteuersignals ausgelöst wird. Der Zählvorgang wird durch einen an der Zündspule durch die Zündung erzeugten Impuls gestoppt, und der erreichte Zählerstand ist ein Maß für den Zündverzug. Dieser Zahlenwert wird als Istwert einer Schließwinkel- bzw. Zündwinkel-Regeleinrichtung verwendet.

Schließlich wird noch auf DD 286 400 A5 verwiesen, aus der eine Messeinrichtung für die exakte Bestimmung des Zündverzugs von Brennkraftmaschinen hervorgeht.

Die vorliegende Erfindung ist auf das Beseitigen der oben genannten Probleme gerichtet, und zwar durch Vorsehen ei­ ner Zeitsteuerung, die die Zündeinstellung einstellt, um eine Verzögerung zwischen der Erregung des Transformators und dem tatsächlichen Zünden zu kompensieren.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zum Steuern der Zündung eines Verbrennungsmotors eine Vorrichtung mit einem Zündsystem, einem Zylindersensor, und einem Kolben vorgesehen, der in dem Zylinder angeordnet ist und zu einer oberen Totpunkt (TDC)- Position bewegbar ist. Der Zylindersensor erzeugt ein erstes Signal, das die Position des Kolbens innerhalb des Zylinders darstellt oder repräsentiert, und zwar mit einer Frequenz, die der Motorgeschwindigkeit (Drehzahl) entspricht. Das Zündsystem umfaßt einen Transformator mit einer Primärspule, die ansprechend auf ein Zylinderaus­ wahlsignal erregt wird, um einen Funken über einen assoziierten Spalt einer Zündkerze zu erzeugen. Eine erste Schaltung ist vorgesehen zum Abfühlen einer Verzögerung zwischen der Erzeugung des Zylinderauswahl­ signals und der Zündung in dem Zylinder, die darauf an­ sprechend ein Timing-Fehlersignal erzeugt. Zylinderaus­ wahlmittel empfangen das erste Signal und das Timing- Fehlersignal und verarbeitet das erste Signal, um ein Bezugstimingsignal zu erzeugen, das die Zeit zwischen ersten und zweiten Bezugspunkten des ersten Signals dar­ stellt. Der zweite Bezugspunkt zeigt die Zeit an, zu der sich der Kolben an der oberen Totpunktposition befindet. Die Zylinderauswahlmittel erzeugen weiterhin ein ge­ wünschtes Timing-Signal, das die Zeit zwischen einem dritten Bezugspunkt des ersten Signals und dem zweiten Bezugspunkt darstellt. Der dritte Bezugspunkt tritt vor dem zweiten Bezugspunkt auf und zeigt die Zeit an, zu der die Zündung wünschenswerterweise auftritt. Die Zylinder­ auswahlmittel verarbeiten weiterhin das Timing-Fehler­ signal, um ein Timing-Verschiebungssignal zu erzeugen, und sie erzeugen ein Steuerungsverzögerungssignal, und zwar ansprechend auf das Bezugstimingsignal weniger der Timing-Verschiebung und den Soll-Timing-Signalen. Die Auswahlmittel liefern das Zylinderauswahlsignal zu einer Zeit, die durch das Steuerungsverzögerungssignal repräsentiert ist, und zwar nachfolgend auf den ersten Punkt des ersten Signals. In dieser Art und Weise kom­ pensiert die Vorrichtung jeden Timing-Fehler, der durch die Zeit eingeführt wird, die benötigt wird, um den Transformator zu erregen.

Kurze Figurenbeschreibung

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines kapazitiven Entladungs­ zündsystems, das für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung angepaßt werden kann;

Fig. 2A-E Wellenformdiagramme, die die Timing-Parameter darstellen, die in der vorliegenden Erfindung enthalten sind;

Fig. 3A-E graphische Darstellungen bestimmter Wellenfor­ men, die mit den Schaltungen der Fig. 1 und 4 assoziiert sind;

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbei­ spiels des Zündsystems gemäß den Fig. 1, das die vorliegende Erfindung beinhaltet;

Fig. 5A ein Flußdiagramm der Software einer Timing- Fehlersubroutine, die beim Programmieren eines Mikroprozessors zum Messen der Timing-Fehler verwendet werden kann;

Fig. 5B und 5C Software-Flußdiagramme, die alternative Ausführungsbeispiele einer Timing- Fehlersubroutine darstellen, die verwendet werden können beim Programmieren eines Mikroprozessors zum Einstellen des Timings, und zwar ansprechend auf einen abgefühlten Timing- Fehler; und

Fig. 6 einen Graph der tatsächlichen Zündzeit abhängig von dem gemessenen Timing-Fehler.

Gemäß der Zeichnung wird die betreffende Timing- oder Zeitsteuerung 8 in Verbindung mit einem Kondensatorent­ ladungs-Zündsystem 10 beschrieben. Die Zeitsteuerung 8 kann zur Verwendung mit vielen Kondensatorentladungs- Zündsystemen angepaßt werden.

Das Zündsystem 10 ist im allgemeinen in Fig. 1 gezeigt. Fig. 4 zeigt das Zündsystem 10, das die betreffende Zeitsteuerung 8 beinhaltet. Die Zeitsteuerung 8 und das Zündsystem 10 arbeiten mit einem Verbrennungsmotor mit einer beliebigen Anzahl von Zylindern unter der Voraus­ setzung, daß die elektrischen Bauteile ordnungsgemäß bemessen sind. Derzeit werden die Zeitsteuerung 8 und die Zündsysteme 10 zur Verwendung mit einem 3500 SI-Motor entwickelt, der von Caterpillar, Inc. hergestellt wird. Der 3500 SI-Motor besitzt 16 Zylinder; zur Vereinfachung ist die Fig. 1 jedoch in Verbindung mit einem Sechs- Zylindermotor beschrieben und die Fig. 4 ist in Verbindung mit einem einen einzelnen Zylinder aufweisenden Motor dargestellt.

Das Zündsystem 10 umfaßt eine Energiequelle 12, wie zum Beispiel eine Batterie, die mit einem Gleichstrom-zu- Gleichstrom-Energiekonverter oder -wandler 14 verbunden ist. Der Energiewandler 14 ist eine fortlaufend arbei­ tende Hochgeschwindigkeits-Aufladschaltung und sie ist elektrisch mit ersten und zweiten Anschlüssen 16a, 16b eines Zündkondensators 18 verbunden. Der Energiewandler 14 ist vorgesehen zum schnellen Aufladen des Zündkon­ densators 18 und zum fortlaufenden Versorgen des Konden­ sators 18 mit Energie, um den ersten Anschluß 16a des Kondensators auf einem vorbestimmten elektrischen Poten­ tial über dem zweiten Anschluß 16b des Kondensators zu halten. Insbesondere ist der zweite Anschluß 16b des Kon­ densators geerdet und der erste Anschluß 16a wird auf ei­ nem vorgewählten Potential V_c über Erde gehalten. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das vorgewählte Po­ tential V_c in der Größenordnung von 200 Volt. Energie­ wandler dieser Art sind in der Technik bekannt und werden daher nicht im Detail beschrieben. Eine solche Schaltung ist im allgemeinen in dem US-Patent 3 677 253 beschrie­ ben.

Jeder Zylinder des Motors (nicht gezeigt) umfaßt eine Zündkerze (nicht gezeigt) mit einem assoziierten Funken­ spalt 22a-f. Aufwärtstransformatoren 24a-f sind für jeden Zylinder vorgesehen, um die Arbeitsweise einer assoziier­ ten Zündkerze zu steuern. Jeder Transformator 24a-f be­ sitzt eine Primärspule 26a-f und eine Sekundärspule 28a-f. Die Primärspulen 26a-f des Transformators umfassen je erste und zweite Anschlüsse 30a-f, 32a-f. Die Sekun­ därspulen 28a-f des Transformators sind elektrisch in Serie mit den Funkenspalten 22a-f in den assoziierten Motorzylindern geschaltet.

Auswahlschalter 34a-f sind zwischen dem ersten Anschluß 16a des Zündkondensators und einem der ersten Anschlüsse 30a-f der Primärspule verbunden. Zahlreiche elektrische Schalteinrichtungen, wie zum Beispiel Transistoren, kön­ nen verwendet werden, um die Funktionen der Auswahlschal­ ter 34a-f durchzuführen und daher werden die Auswahl­ schalter 34a-f nicht im Detail beschrieben. Die Auswahl­ schalter 34a-f sind normalerweise in die offene Stellung vorgespannt und sind in der Lage geschlossen zu werden, und zwar ansprechend auf das Empfangen eines Zylinderaus­ wahlsignals (siehe Fig. 3A) von Zylinderauswahlmitteln 36 (d. h. der Zeitsteuerung). Wenn ein Auswahlschalter 34 in die geschlossene Position vorgespannt ist, dann ist der erste Anschluß 16a des Zündkondensators und der erste An­ schluß 30a-f der Primärspule eines assoziierten Transfor­ mators 34a-f elektrisch verbunden, wodurch ein Strompfad durch die Primärspule 26a-f hergestellt wird.

Die Zylinderauswahlmittel 36 sind vorgesehen zum Betäti­ gen der Auswahlschalter 34a-f, und zwar in einer zeitlich abgestimmten Sequenz entsprechend einer gewünschten Zünd­ sequenz des Motors. Die Zylinderauswahlmittel 36 können durch jede geeignete Hardware implementiert werden, die analoge und digitale Schaltungen umfaßt; die Zylinderaus­ wahlmittel 36 sind jedoch vorzugsweise in einer Mikro­ steuerung (MCU = microcontroller) 38 ausgeführt, die un­ ter Software-Steuerung arbeitet. Eine Anzahl von im Han­ del erhältlichen Einrichtungen reichen aus zum Durchfüh­ ren der Steuerfunktionen der Mikrosteuerung 38, wie zum Beispiel die MC6800-Serienbauteile von der Motorola Semiconductor Products, Inc.

Die Zylinderauswahlmittel 36 empfangen ein erstes Signal entsprechend der Motordrehzahl und der Zylinderposition, und zwar von ersten Sensormitteln 48. Vorzugsweise wird diese Funktion durchgeführt unter Verwendung eines ein­ zelnen Sensors, wie zum Beispiel dem in dem US-Patent Nr. 4 972 323 beschriebenen. Es können jedoch separate Sensoren für die Drehzahl bzw. die Zylinderposition ver­ wendet werden. Die Zylindersensormittel 48 besitzen die Form einer mit Zähnen versehenen Schwung- oder Timing- Scheibe oder Getriebe 49 und einer magnetischen Aufnahme­ einheit (MPU = magnetic pickup unit) 50, wie zum Beispiel eine Hall-Effekt-Einrichtung. Die Timing-Scheibe (Zeit­ steuerrad) 49 umfaßt eine Serie von umfangsmäßig mit Abstand voneinander angeordneten Zähnen 51. Zusätzlich ist das Rad auf einer Welle (nicht gezeigt) befestigt, die wiederum mit einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle des Motors gekoppelt ist. Das Rad bzw. die Scheibe 49 dreht sich somit, wenn der Motor läuft, was bewirkt, daß die Zähne unterhalb der magnetischen Aufnahmeeinheit 50 (MPU) hindurchlaufen. Ansprechend auf das Vorbeilaufen der Zähne erzeugt die magnetische Aufnahmeeinheit 50 das erste Signal in der Form einer Impulsfolge, wie in der Wellenform in Fig. 2A dargestellt ist. Die Positionen der Kolben in den Motorzylindern stehen in Beziehung zu be­ stimmten Impulsen des ersten Signals, und die Frequenz des ersten Signals spricht auf die Motordrehzahl an.

Es können auch unterschiedliche andere Parameter in die Zylinderauswahlmittel 36 eingegeben werden, wie zum Bei­ spiel die Motorbelastung und das Luft/Brennstoffverhält­ nis. Die Zylinderauswahlmittel 36 verarbeiten diese Sig­ nale, um Zylinderauswahlsignale zu erzeugen zum Steuern der Betätigung der Auswahlschalter 24a-f. Die Zylinder­ auswahlmittel 36 erzeugen die Zylinderauswahlsignale für eine Zeitperiode T entsprechend der gewünschten Funken­ dauer in einem assoziierten Zylinder (siehe Fig. 3A). Die Auswahlschalter 34a-f, an die das Auswahlsignal geliefert wird, bleiben geschlossen, während das Auswahlsignal er­ zeugt wird. Die gewünschte Funkendauer kann eine konstante Zeitperiode sein oder sie kann ansprechend auf abge­ fühlte Motorparameter eingestellt werden, was dem Fach­ mann klar wäre. Da Zeitsteuerungen dieser Art in der Technik bekannt sind, wird keine weitere Beschreibung der Auswahlmittel 36 gegeben.

Ein Modulations- oder Änderungsschalter 52 ist zwischen den zweiten Anschlüssen 32a-f der Primärspule und Erde verbunden, und zwar zum Fertigstellen bzw. Schließen eines Strompfades für die Primärspulen 26a-f. Wenn ein Zylinderauswahlschalter 34a-f und der Modulationsschalter 52 geschlossen werden, fließt Strom von dem Zündkonden­ sator 18 durch die assoziierte Primärspule 26a-f. Zahl­ reiche elektrische Schalteinrichtungen, wie zum Beispiel ein n-Kanal MOSFET können verwendet werden, um die Funk­ tionen des Modulationsschalters 52 durchzuführen und da­ her wird der Modulationsschalter 52 nicht weiter be­ schrieben.

Stromabfühlmittel 62 fühlen den Strom ab, der durch ir­ gendeine der Primärspulen 26a-f des Transformators fließt und erzeugt ansprechend darauf ein primäres Stromsignal (siehe Fig. 3B). Die Stromabfühlmittel 62 umfassen einen ersten Stromabfühlwiderstand 64, der zwischen den Aus­ wahlschaltern 34a-f und dem ersten Anschluß 16a des Zündkondensators verbunden ist. Eine Stromspiegelschal­ tung 66 ist mit dem ersten Stromabfühlwiderstand 64 ver­ bunden, so daß der Strom, der durch den Widerstand 64 fließt, eine Eingabe an die Stromspiegelschaltung 66 ist. Die Stromspiegelschaltung 66 liefert ein Ausgangsstrom­ signal mit einer Größe, die auf die Größe des Stroms an­ spricht, der durch irgendeine der Primärspulen 26a-f fließt. Es wird nur eine Stromspiegelschaltung 66 benö­ tigt, da nur einer der Zylinderauswahlschalter 34a-f zu jeder gegebenen Zeit geschlossen ist.

Die Stromspiegelschaltung 66 umfaßt erste und zweite pnp- Transistoren 68, 70, wobei beide Transistoren 68, 70 Ba­ sen besitzen, die miteinander und mit dem Kollektor des ersten Transistors 68 verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren 68, 70 sind weiterhin mit der System-Erde verbunden, und zwar über erste bzw. zweite Widerstände 72, 74. Der Emitter des ersten pnp-Transistors 68 ist mit dem ersten Anschluß 16a des Zündkondensators verbunden, und zwar über den ersten Stromabfühlwiderstand 64. Der Emitter des zweiten pnp-Transistors 70 ist mit dem ersten Anschluß 16a des Zündkondensators verbunden, und zwar über einen zweiten Stromabfühlwiderstand 76. Dem Fachmann ist klar, daß die Auswahl der ohmschen Werte der ersten und zweiten Stromwiderstände 64, 76 die Beziehung zwi­ schen der Eingabe und der Ausgabe der Stromspiegelschal­ tung 66 steuert.

Die Ausgangsgröße der Stromabfühlmittel 62 wird an logi­ sche Steuermittel 78 geliefert, die Steuersignale erzeu­ gen, und zwar ansprechend auf das Ausgangssignal des Stromspiegels. Die Steuersignale werden an den Modula­ tionsschalter 52 angelegt, um den Modulationsschalter 52 entsprechend zu öffnen und zu schließen. Die logischen Steuermittel 78 betätigen die Modulationsschalter 52, während ein Auswahlschalter 34a-f geschlossen ist, so daß sich der Strom, der in einer assoziierten Primärspule fließt, anfänglich auf einen ersten Stromschwellenwert I1 erhöht, der normalerweise ausreicht, um einen Funken oder Bogen eines assoziierten Funkenspalts 22a-f zu bewirken (siehe Fig. 3B). Danach wird der Funke gehalten durch Mo­ dulieren des Stroms in der Primärspule 26a-f, und zwar zwischen dem ersten Stromschwellenwert I1 und einem zwei­ ten Stromschwellenwert I2 , der geringer ist als der erste Stromschwellenwert I1 . Es sei bemerkt, daß der Primärstrom an anderen Pegeln moduliert werden kann, um den Stromzug an dem Kondensator 18 weiter zu minimieren, was dem Fachmann klar ist.

Die Zeit, die benötigt wird, um den ersten Stromschwel­ lenwert zu erreichen, sieht eine Anzeige der Sekundärbe­ lastung vor, da es eine Funktion der Spannung ist, die benötigt ist, um einen Funken über den Spalt der Zündker­ ze auszulösen (d. h. das charakteristische Ionisations­ potential V_SP (siehe Fig. 3C)). Die vorliegende Erfindung mißt diese Zeit und verarbeitet sie, um eine Timing- oder Zeitverschiebung zur Einstellung der Zündzeit zu bestim­ men, was nachfolgend noch beschrieben wird.

Die logischen Steuermittel 78 umfassen einen ersten Kom­ parator 80 mit einem umkehrenden oder invertierenden Ein­ gangsanschluß, der in der Lage ist, das Stromspiegelaus­ gangssignal zu empfangen. Der erste Komparator 80 ist ein Komparator der offenen Kollektorbauart, wobei sein inver­ tierender Eingangsanschluß mit der Verbindung (junction) des zweiten pnp-Transistors 70 mit dem zweiten Widerstand 74 verbunden ist, und zwar über ein R-C-Netzwerk 82. Die Stromausgangsgröße der Stromspiegelschaltung 66 erzeugt eine Spannung an dem zweiten Widerstand 74, die an den invertierenden Eingangsanschluß des ersten Komparators angelegt wird. Es sei bemerkt, daß diese Spannung pro­ portional zu dem Strom ist, der durch den ersten Strom­ abfühlwiderstand 64 fließt und somit zu dem Strom in der Primärspule 26a-f. Das R-C-Netzwerk 82 umfaßt einen dritten Widerstand 84, der in Serie verbunden ist zwischen der Verbindung des Emitters des zweiten Transis­ tors mit dem invertierenden Eingangsanschluß des ersten Komparators. Das R-C-Netzwerk 82 umfaßt weiterhin einen ersten Kondensator 86, der zwischen der Verbindung des dritten Widerstands 84 mit dem invertierenden Eingangs­ anschluß des ersten Komparators und der Erde verbunden ist.

Der nicht-invertierende Eingangsanschluß des Komparators 80 ist mit einem Spannungsteilernetzwerk 87 verbunden zum Steuern des Spannungspegels, der daran angelegt wird. Insbesondere ist der nicht-invertierende Eingangsanschluß über einen Hochziehwiderstand 88 mit einem vorgewählten Bezugspotential V_REF und mit der System-Erde über einen vierten Widerstand 90 verbunden. Der nicht-invertierende Eingangsanschluß ist weiterhin mit dem Ausgangsanschluß des ersten Komparators 80 über einen siebten Widerstand 92 verbunden. Der Ausgangsanschluß des ersten Komparators 80 schaltet zwischen logischem "Tief" und logischem "Hoch", und zwar ansprechend darauf, daß das Primär­ stromsignal über den ersten Stromschwellenwert I1 steigt bzw. unter den zweiten Stromschwellenwert I2 fällt.

Wenn der erste Ausgangsanschluß des Komparators "hoch" gezogen wird, legt das Spannungsteilernetzwerk 87 ein drittes Spannungspotential an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß des ersten Komparators an. Das dritte Spannungspotential entspricht einem Primärstrom mit einer Größe, die gleich dem ersten Stromschwellenwert I1 ist. Der Ausgangsanschluß des ersten Komparators wird auch "Tief" gezogen, wenn die Spannung, die an seinen inver­ tierenden Eingangsanschluß angelegt wird, über das dritte Spannungspotential steigt, wodurch angezeigt wird, daß der Primärstrom den ersten Stromschwellenwert I1 erreicht hat. Wenn der Ausgangsanschluß des ersten Komparators auf "Tief" gezogen wird, legt das Spannungsteilernetzwerk 87 ein viertes Spannungspotential, das geringer ist als das dritte Spannungspotential, an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß des ersten Komparators an. Das vierte Spannungspotential entspricht einem Primärstrom, der gleich dem zweiten Stromschwellenwert I2 ist. Die Aus­ gangsgröße des ersten Komparators 80 wird an den Modula­ tionsschalter 52 geliefert, um die Betätigung des Schalters zu steuern. Der Modulationsschalter 52 ist in seine offene und geschlossene Stellung vorgespannt, wenn das Ausgangssignal des ersten Komparators auf "Tief" bzw. "Hoch" gezogen wird.

An Hand der Fig. 2A-E wird die Arbeitsweise der vor­ liegenden Erfindung in größerer Einzelheit beschrieben. Die Fig. 2A-E sind in Wellenformdiagramme, die die Timing-Parameter der vorliegenden Erfindung darstellen. Insbesondere stellt Fig. 2A das erste Signal dar, wie es durch die Sensormittel 48 erzeugt wird. Die Fig. 2B und 2C stellen die Erzeugung eines Zylinderauswahlsignals bzw. Zünden eines entsprechenden Zylinders eines Motors ohne die vorliegende Erfindung dar. Die Fig. 2D und 2E stellen die Erzeugung eines Auswahlsignals bzw. das Zünden eines entsprechenden Zylinder eines Motors dar, der mit der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist.

Die Auswahlmittel 36 speichern im Speicher einen Wert REFTIM, der ein Bezugszeiteinstellungs- oder Timing-Wert ist, der die Zeit zwischen einem ersten Punkt T₁ des er­ sten Signals und einem zweiten Punkt T₂ des ersten Sig­ nals darstellt, wobei der zweite Punkt T₂ des ersten Sig­ nals der Zeit entspricht, zu der der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beginnt die durch REFTIM dargestellte Zeitperiode an der steigenden Kante (Flanke) eines besonderen Impulses des Signals, das durch die magnetische Aufnahmeeinheit (MPU) 50 zu dem ersten Zeitpunkt T₁ erzeugt wird und endet am zweiten Punkt T₂. Weiterhin ist ein Wert oder eine Serie von Werten DESTIM gespeichert, die die Zeit zwischen ei­ nem dritten Punkt T₃ und dem zweiten Punkt T₂ darstellt, wobei der dritte Punkt T₃ das gewünschte Zünd-Timing oder Zündeinstellung darstellt. Die DESTIM-Werte werden als eine Funktion der Motorparameter erzeugt, wie zum Beispiel der Drehzahl, der Motorbelastung und dem Luft/Brennstoffverhältnis. Ein einzelner DESTIM-Wert kann für alle Motorzylinder verwendet werden; jedoch können unter­ schiedliche DESTIM-Werte für jeden Zylinder erzeugt werden.

Um die Zündung am dritten Punkt T₃ zu erreichen, berech­ nen die Auswahlmittel 36 eine Steuerungsverzögerung CNTDLY entsprechend der Länge der Zeit zwischen dem Be­ zugsimpuls am ersten Punkt T₁ und der gewünschten bzw. Soll-Zündeinstellung des dritten Punkts T₃. Dies wird erreicht durch Subtrahieren des Soll-Timing-Werts DESTIM von dem Bezugstimingwert REFTIM um den Steuerungsver­ zögerungswert CNTDLY festzustellen. Bei vorhergehenden Systemen ergab sich jedoch ein Timing-Fehler e_TIM infolge einer Verzögerung zwischen der Erzeugung des Zylinderaus­ wahlsignals am dritten Punkt T₃ und der tatsächlichen Zündung bei T₄ (siehe Fig. 3C). Der Timing-Fehler e_TIM tritt auf infolge der Zeit, die benötigt wird, um den Transformator auf einen Pegel zu erregen, der ausreicht, Funkenbildung zu bewirken. Der Timing-Fehler e_TIM kann die Gesamtarbeitsweise und Effizienz des Motors herabset­ zen.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung gegen­ über vorhergehenden Zeitsteuerungen für Kondensatorent­ ladungs-Zündsysteme dar, weil sie aktiv den Timing-Fehler e_TIM kompensiert, und zwar durch Messen der Zeit zwischen der Erzeugung eines Zylindersauswahlsignals und der Zündung eines assoziierten Zylinders. Dieser gemessene Timing-Fehler e_TIM wird in eine Zeit- oder Timing-Ver­ schiebung TIMOFFS umgewandelt, die verwendet wird, um die Zündeinstellung oder das Timing einzustellen. Dies wird erreicht durch Vorsehen einer Kombination aus Hardware und Software zum ungefähren Abfühlen des Timing-Fehlers e_TIM. Die Timing-Verschiebung TIMOFFS und der Soll- Timing-Wert DESTIM werden von dem Bezugstimingwert REFTIM subtrahiert, um den Steuerverzögerungswert CNTDLY (siehe Fig. 2D) zu erreichen. Die Auswahlmittel 36 erzeugen das Auswahlsignal zur Zeit T₅ entsprechend dem Steuerverzöge­ rungswert CNTDLY, und zwar nach dem ersten Punkt T₁, wo­ durch bewirkt wird, daß die Zündung zu der gewünschten bzw. Soll-Zeit T₃ auftritt. Vorzugsweise werden indivi­ duelle Timing-Fehler e_TIM jedes Zylinders gemessen und verwendet, um die individuellen Timing-Verschiebungen TIMOFFS für jeden Zylinder zu berechnen. Infolge der Einschränkungen der verfügbaren Verarbeitungsmöglich­ keiten des MCU verwenden die Auswahlmittel 36 zur Zeit jedoch den Durchschnitt der individuellen Timing-Fehler e_TIM, um eine Timing-Verschiebung TIMOFFS zu berechnen, die für alle Zylinder verwendet wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird die elektrische Hard­ ware, die benötigt wird, um die vorliegende Zeitsteuerung 8 zu bedienen, beschrieben. Die Zeitsteuerung 8 mißt die Zeit zwischen der Erzeugung eines Zylinderauswahlsignals und der Zündung eines entsprechenden Zylinders, und zwar durch die Zeit, zu der das Primärstromsignal den ersten Stromschwellenwert I1 erreicht. Die Erfindung basiert auf der Voraussetzung, daß die Aufwärtstransformatoren 24a-f eine gegenseitige Induktivität (Induktion) zwischen ihren Primär- und Sekundärspulen besitzen. Unsere Forschung zeigt, daß Veränderungen der Ausgangsbelastungen eines Transformers (d. h. daß charakteristische Funken­ ionisationspotential V_SP) genau festgestellt werden kann durch Abfühlen von Änderungen der Primärinduktivität. Da die Spannung, die durch den Zündkondensator 18 vorgesehen wird, im wesentlichen durch den Energiewandler 14 auf einer konstanten Größe gehalten wird, kann eine genaue Anzeige der Primärinduktivität und somit des Timing- Fehlers e_TIM erhalten werden durch Messen der Zeit, die der Primärstrom benötigt, um einen festen Strompegel zu erreichen.

Die Zeitsteuerung 8 umfaßt erste Mittel 98, die die Zy­ linderauswahlsignale erhalten, eine Zeitverzögerung zwi­ schen dem Empfang eines Zylinderauswahlsignals und des Funkens in einem assoziierten Zylinder abfühlt. Es sei bemerkt, daß der Timing-Fehler e_TIM kein absolutes Maß ist, da es kein absolutes Anzeichen dafür gibt, wann der Funke auftritt. Was gemessen wird, ist eher die Zeit, die der Primärstrom benötigt, um den ersten Stromschwellen­ wert I1 zu erreichen, und diese Zeit ist eine Funktion der Zeit, die für das Auftreten des Funkens benötigt wird. Die ersten Mittel 98 erzeugen ansprechend darauf ein Timing-Fehlersignal, das die abgefühlte Verzögerung anzeigt. Die ersten Mittel 98 umfassen Timer-Mittel 100, die eine Zeitverzögerung zwischen der Erzeugung eines Zylinderauswahlsignals und der Zeit messen, zu der der Strom in einem assoziierten Zylinder den ersten vorbe­ stimmten Stromschwellenwert I1 erreicht. Vorzugsweise um­ fassen die Timer-Mittel 100 eine freilaufende Uhr, die innerhalb der Mikrosteuerung (MCU) 38 ist; die Timer- Mittel 100 könnten jedoch in einer zusätzlichen Hardware- Schaltung ausgebildet sein. Das Erzeugen eines Zylinder­ auswahlsignals bewirkt das Speichern einer Startzeit (TB = begin time) im Speicher. Die Startzeit (TB) entspricht der Zeit, die durch die freilaufende Uhr angezeigt wird, wenn das Zylinderauswahlsignal erzeugt wird.

Die ersten Mittel 98 umfassen weiterhin einen zweiten Komparator 102 mit einem invertierenden Eingangsanschluß, der mit dem Ausgang des ersten Komparators 80 über ein zweites R-C-Netzwerk 104 verbunden ist. Das zweite R-C- Netzwerk 104 ist zum Herausfiltern von hohen Frequenzen vorgesehen, die durch Zündungsrauschen oder Störrauschen bewirkt werden. Der zweite Komparator 102 besitzt auch einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß, der mit ei­ nem Spannungsteiler-Netzwerk 106 verbunden ist. Das Spannungs-Teilernetzwerk 106 umfaßt siebte und achte Wider­ stände 108, 110, die in Serie zwischen einer Bezugsspan­ nung V_REF und System-Erde verbunden sind. Der nicht­ invertierende Eingangsanschluß des zweiten Komparators ist zwischen den Widerständen 108, 110 verbunden, wodurch der nicht-invertierende Eingangsanschluß auf einem vorbe­ stimmten Spannungspotential gehalten wird. Vorzugsweise ist das vorbestimmte Spannungspotential die Hälfte der Schaltspannung des Komparators 102, um das ordnungsgemäße Schalten des Komparators 102 sicherzustellen. Der Aus­ gangsanschluß des zweiten Komparators 102 wird durch einen Hochziehwiderstand 112 hochgehalten, so lange der invertierende Eingangsanschluß ein höheres Potential be­ sitzt, wie der nicht-invertierende Eingangsanschluß. Ins­ besondere gibt der zweite Komparator 102 ein Rechteckwel­ lensignal ab, das dem Ausgangssignal des ersten Kompara­ tors 80 nachläuft.

Ein monostabiler Multivibrator 114 ist in der Lage, das Primärstromsignal zu empfangen und ein Stoppzeitsignal zu erzeugen, und zwar ansprechend darauf, daß das Primär­ stromsignal den ersten Stromschwellenwert I1 erreicht. Der Multivibrator 114 besitzt einen invertierten Takt- bzw. Clock-Anschluß (Pin) (CLK'), der mit dem Ausgangs­ anschluß des zweiten Komparators verbunden ist und in der Lage ist, das Ausgangssignal des Komparators abzufühlen. Ein invertierter Rückstellanschluß bzw. -pin (RES') ist mit der Verbindung der Zylinderauswahlmittel 36 mit dem Auswahlschalter verbunden, und zwar zum Empfangen der Auswahlsignale. Ein zweites R-C-Netzwerk 116 ist zwischen dem Multivibrator 114 und den Zylinderauswahlmitteln 36 verbunden, und zwar zum Herausfiltern von Störrauschen aus dem Auswahlsignal.

Der Multivibrator 114 besitzt auch einen Ausgangsan­ schluß, der mit dem Eingangsanschluß der MCU 38 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß des Multivibrators ist in der Lage, das Stoppzeitsignal zu erzeugen, wenn der Primär­ strom das erste Potential erreicht. Insbesondere wenn der Strom in einer Primärspule das erste Strompotential er­ reicht, wechselt das zweite Komparatorausgangssignal auf tief. Dieses tiefe Potential wird aufgenommen durch den invertierten Taktanschluß (CLK') des Multivibrators, wodurch der Multivibrator 114 auf "An" geschaltet wird (d. h. sein Ausgangsanschluß (Q) geht hoch). Eine Timing- oder Zeitschaltung 118 ist mit den Eingangsanschlüssen des Multivibrators verbunden, um den Multivibrator 114 für eine vorbestimmten Periode in der "An"-Stellung zu verriegeln. Die Timing-Schaltung 118 ist zwischen dem externen Timer-Anschluß RX/CX des Multivibrators und einer Bezugsspannung V_REF verbunden. Die Timing-Schaltung umfaßt einen achten Widerstand 120 und einen zweiten Kondensator 122, die zwischen dem Bezugspotential und dem externen Timing-Anschluß RX/CX verbunden sind. Die Komponenten oder Bauteile der Timing-Schaltung sind so ausgewählt, daß sie dem Multivibrator 114 für eine vor­ gewählte Zeit in der "An"-Stellung halten, wie es in der Technik bekannt ist.

Wenn die vordere Flanke des Stoppzeitsignals durch die MCU 38 abgefühlt wird, stellt die Mikrosteuerung MCU 38 eine Stoppzeit (TS = stop time)-Variable im Speicher ein, und zwar ansprechend auf die Zeit, zu der das Stoppzeit­ signal empfangen wurde. Diese Stoppzeit entspricht der Zeit, zu der der Primärstrom den ersten Stromschwellen­ wert I1 erreicht. Die MCU 38 berechnet den Timing-Fehler e_TIM durch Subtrahieren der Startzeit (TB) von der Stopp­ zeit (TS).

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5A-5C werden nun Ausfüh­ rungsbeispiele der Software zum Steuern der MCU 38 gemäß bestimmten Aspekten der betreffenden Zeitsteuerung 8 beschrieben. Die Fig. 5A-5C sind Flußdiagramme, die die Computersoftware-Subroutinen darstellen zum Implemen­ tieren des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorlie­ genden Erfindung. Die Subroutinen, die in diesen Fluß­ diagrammen gezeigt sind, sind gut für die Verwendung mit der MCU 38 und assoziierten oben beschriebenen Bauteilen geeignet, obwohl jeder geeignete Mikroprozessor bei der Durchführung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Diese Flußdiagramme bilden einen kompletten und arbeitsfähigen Entwurf des bevorzugten Software-Programms und sie wurden für die Anwendung auf dem Serie-6800 Mikroprozessorsystem erstellt. Die Software-Subroutinen können von diesen de­ taillierten Flußdiagrammen leicht codiert werden, und zwar unter Verwendung des Instruktionssatzes, das mit diesem System assoziiert ist, oder es kann mit den In­ struktionen jedes anderen geeigneten herkömmlichen Mikro­ prozessors codiert werden. Der Vorgang des Schreibens von Softeware-Code an Hand von Flußdiagrammen wie diesen, ist für einen Fachmann nur ein mechanischer Schritt.

Fig. 5A entspricht einer Timing-Fehlersubroutine, die je­ des Mal durchgeführt wird, wenn ein Zylinderauswahlsignal erzeugt wird, zum Aktualisieren eines Timing-Fehlers im Speicher, und zwar mit den Timing-Fehlern e_TIM indivi­ dueller Zylinder. Die Fig. 5B und 5C stellen aufeinander­ folgende Ausführungsbeispiele einer Timing-Einstellsub­ routine dar, die jedes Mal durchgeführt werden, wenn eine Hauptsteuerroutine (nicht gezeigt) durchgeführt wird. Die Timing-Einstellsubroutine entnimmt die Timing-Fehler e_TIM aus einer Timing-Fehlertabelle und verwendet die Timing- Fehler e_TIM, um eine genauere Zündeinstellung zu errei­ chen. Fig. 5B stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem das Timing auf der Basis individueller Zylinder einge­ stellt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält die Timing-Fehlertabelle eine Vielzahl von Timing-Fehlern e_TIM für jeden Zylinder. Dieses Ausführungsbeispiel könnte auch eingesetzt werden bei der Verwendung eines zeit­ lichen Durchschnitts oder gefilterten Werts des Timing- Fehlers e_TIM. Vorzugsweise enthält die Tabelle Timing- Fehler e_TIM für die letzten fünf Zündungen jedes Zylinders und die Tabelle wird aktualisiert gebracht auf der Basis von Zuerst-Rein, Zuletzt-Raus (FILO = first in, last out). Fig. 5C stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem ein Durchschnitt des Timing-Fehlers e_TIM für alle Motorzylinder verwendet wird, um die Zündung für alle Zy­ linder einzustellen. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel enthält die Timing-Fehlertabelle nur einen Timing-Fehler e_TIM für jeden Zylinder.

Anhand der Fig. 5A wird nun die Timing-Fehlersubroutine beschrieben. Die Timing-Fehlersubroutine wird durch eine Unterbrechung ausgelöst oder getriggert, die in Echtzeit arbeitet, was bewirkt, daß die Subroutine jedes Mal durchgeführt wird, wenn ein Zylinderauswahlsignal erzeugt wird. Anfänglich wird im Block 200 die Startzeit (TB), die durch die freilaufende Uhr angezeigt wird, im Spei­ cher gespeichert. Die Steuerung wird dann an den Block 205 übergeben, wo die Routine überprüft, ob ein Stopp­ zeitsignal von dem Multivibrator 114 empfangen wurde. Wenn ein Stoppzeitsignal in dem Block 205 detektiert wird, wird die Steuerung an den Block 210 übergeben, wo­ durch bewirkt wird, daß die Stoppzeit (TS) im Speicher gespeichert wird. Wenn kein Stoppzeitsignal empfangen wurde, wird die Steuerung an den Block 215 übergeben.

In Block 215 wird die Zeit, die seit der Erzeugung des Zylinderauswahlsignals verstrichen ist, was durch die freilaufende Uhr angezeigt wird, mit einem maximalen Zeitlimit verglichen. Das maximale Zeitlimit wird empi­ risch festgestellt und es entspricht einer Zeit, die we­ sentlich länger ist als ein Timing-Fehler e_TIM für die normale Zündung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das maximale Zeitlimit in der Größenordnung von 300 Mikrosekunden; dieser Wert verändert sich jedoch in Ab­ hängigkeit von dem bestimmten Motor, an dem das System 8 installiert ist. Wenn die verstrichene Zeit das maximale Zeitlimit übersteigt, wird die Steuerung an den Block 220 übertragen. Ansonsten kehrt die Steuerung zum Block 205 zurück.

Die Steuerung läuft weiter in einer Schleife zwischen den Blöcken 205 bis 215, bis das maximale Zeitlimit über­ schritten wird. Danach wird die Steuerung an den Block 220 übergeben, wo der Speicher untersucht wird, um zu se­ hen, ob eine Stoppzeit (TS) in dem Speicher empfangen und gespeichert wurde. Wenn eine Stoppzeit (TS) gespeichert wurde, wird die Steuerung an den Block 225 übertragen, wo der Timing-Fehler e_TIM festgestellt wird durch Subtrahie­ ren der Startzeit (TB) von der Stoppzeit (TS). Der Tim­ ing-Fehler e_TIM wird dann in einer Timing-Fehlertabelle im Speicher gespeichert. Das Format der Timing-Fehler­ tabelle hängt davon ab, welches Ausführungsbeispiel der Timing-Einstellsubroutine verwendet wird.

An Hand der Fig. 5B wird ein erstes Ausführungbeispiel einer Timing-Einstellsubroutine beschrieben. Anfänglich wird in dem Block 300 ein Software-Zeiger so eingestellt, daß er auf einen ersten Timing-Fehler e_TIM in der Timing- Fehlertabelle zeigt. Das erste Ausführungsbeispiel berechnet separate Timing- oder Zeitverschiebungen TIMOFFS(n) für jeden Zylinder, und zwar ansprechend auf eine Vielzahl von früheren Timing-Fehlern e_TIM(n,x) eines entsprechenden Zylinders, wobei n den Zylinder darstellt und x den Timing-Fehler darstellt. Der erste Timing- Fehler e_TIM(n,x) für diesen Zylinder wird aus der Fehler­ tabelle entnommen. Danach wird die Steuerung zu dem Block 305 übertragen, wo der Timing-Fehler e_TIM(n,x) untersucht wird, um festzustellen, ob er in einem akzeptablen Be­ reich normaler Fehlerzeiten liegt. Wie in der Fig. 6 dar­ gestellt ist, folgen die Timing-Fehler ungefähr einer ex­ ponentialen Kurve. Fig. 6 ist ein Graph von gemessenen tatsächlichen Zündverzögerungen abhängig von den gemesse­ nen Timing-Fehlern e_TIM. Bei den Timing-Fehlern e_TIM, die außerhalb des normalen Bereichs fallen, wird angenommen, daß sie fehlerhaften Zündzuständen entsprechen, wie zum Beispiel kurzgeschlossenen oder Leerlauf-(offenen)­ Schaltungszuständen in der Sekundärspule.

Fällt der Timing-Fehler e_TIM(n,x) nicht in den normalen Bereich, wird die Steuerung an den Block 320 übergeben, wo der Zeiger x erhöht wird. Die Steuerung wird dann an den Block 325 übergeben, wo festgestellt wird, ob alle Timing-Fehler e_TIM dieses Zylinders herausgezogen wurden. Ist dies nicht der Fall, wird die Steuerung zum Block 305 zurückgegeben, was bewirkt, daß der nächste Timing-Fehler e_TIM(n,x) herausgezogen und überprüft wird, um festzu­ stellen, ob er in den normalen Bereich fällt. Ist dies der Fall, wird die Steuerung an den Block 310 übergeben, wo der Timing-Fehler e_TIM(n,x) zu einer Timing-Fehler­ summe e_SUM(n) hinzuaddiert wird. Nachfolgend wird in dem Block 315 ein Zähler erhöht, um die Anzahl der Timing- Fehler e_TIM, die der Timing-Fehlersumme e_SUM(n) hinzuaddiert wurden, anzuzeigen.

Nachdem alle Timing-Fehler e_TIM eines Zylinders überprüft wurden, wird die Steuerung an dem Block 330 übergeben, wo ein durchschnittlicher Timing-Fehler e_AVG(n) errechnet wird durch Teilen der Timing-Fehlersumme e_SUM(n) durch den Wert des Zählers. Nachdem der Durchschnitt berechnet ist, wird der Zähler auf Null zurückgestellt und die Steuerung wird dann im Block 335 übergeben. In den Blöcken 355 bis 365 wird der durchschnittliche Timing- Fehler e_AVG(n) untersucht, um festzustellen, ob er in einen von drei Bereichen innerhalb des normalen Bereichs von Zeitfehlern fällt, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Für jeden der drei Bereiche werden die tatsächlichen, empirisch gemessenen Zündverzögerungen linear angenähert durch die Linien 1, 2 und 3 in Fig. 6. Die linearen Annäherungen werden dann dazu verwendet, um von dem Durchschnitts-Timing-Fehler e_AVG(n) linear eine Timing- Verschiebung TIMOFFS(n) zu schätzen. Die tatsächliche Zündverzögerungs-Kurve wird empirisch unter Laborbedin­ gungen festgestellt, und zwar durch Abfühlen der Sekundärspannung, um festzustellen, wann die Zündkerze tatsächlich feuert oder zündet. Das direkte Abfühlen der Sekundärspannung bei produzierten Motoren ist jedoch unpraktisch, da es ein extra "Anzapfen" des Transfor­ mators und zusätzliche Schaltungen notwendig macht, um das hohe Spannungssignal des Transformators aufzuberei­ ten. Diese zusätzlichen Bauteile würden unnötigerweise die Kosten und die Komplexität des Motors erhöhen. Daher verläßt sich die vorliegende Erfindung auf die gemessenen Timing-Fehler e_TIM, um zu schätzen, wann die Zündung tatsächlich auftritt. Es wurde herausgefunden, daß es zwischen dem gemessenen Timing-Fehler e_TIM und der Zeit, zu der die Kerze tatsächlich zündet oder feuert, eine ungefähr exponentiale Beziehung besteht. Wie oben erklärt ist, wurde die exponentiale Kurve weiterhin in drei Bereiche unterteilt, in denen die Beziehung zwischen dem gemessenen Timing-Fehler e_TIM und der tatsächlichen Zünd­ zeit linear gemacht werden können. Wenn die durchschnitt­ liche Zeitverzögerung nicht in einen der drei Bereiche fällt, wird die Timing-Verschiebung TIMOFFS(n) im Block 360 auf Null gestellt.

Im Block 370 wird die Timing-Verschiebung dann verwendet, um den Steuerungsverzögerungswert CNTDLY(n) gemäß der folgenden Gleichung zu berechnen:

CNTDLY(n) = REFTIM - DESTIM - TIMOFFS(n)

Der Steuerungsverzögerungswert CNTDLY(n) wird nachfolgend verwendet, um die Erzeugung des Zylinderauswahlsignals für einen entsprechenden Zylinder zu steuern.

Die Steuerung wird dann an den Block 380 übergeben, wo festgestellt wird, ob die Steuerungsverzögerungswerte CNTDLY für jeden Zylinder berechnet wurde. Ist dies der Fall, wird die Steuerung zum Hauptsteuerkreis zurück­ gegeben. Ansonsten wird die Steuerung an den Block über­ geben, der bewirkt, daß der Zeiger in der Timing-Fehler­ tabelle auf den nächsten Zylinder erhöht wird. Die Schritte 305 bis 370 werden wiederholt, bis die Steuer­ ungsverzögerungswerte CNTDLY für jeden Zylinder fest­ gestellt wurden.

Anhand der Fig. 5C wird nun ein zweites Ausführungsbei­ spiel der betreffenden Zeitsteuerung beschrieben. Fig. 5C läuft im allgemeinen parallel mit der Fig. 5B mit der Ausnahme, daß die Routine nur einmal durchgeführt wird, um einen einzelnen Steuerungsverzögerungswert CNTDLY ab­ zuleiten, der verwendet wird, um das Timing in allen Mo­ torzylindern einzustellen. Das zweite Ausführungsbeispiel kann verwendet werden, wo die Verarbeitungszeit und Kapa­ zität eine Rolle spielen. Wie schon oben gesagt, enthält die Timing-Fehlertabelle dieses Ausführungsbeispiels nur einen Timing-Fehler e_TIM(n) Pro Zylinder. Die Blöcke 405 bis 425 werden wiederholt, bis alle der "normalen" Timing-Fehler e_TIM aus der Timing-Fehlertabelle herausge­ zogen und summiert wurden, um zu der Timing-Fehlersumme e_SUM zu kommen. Ein durchschnittlicher Timing-Fehler e_AVG wird nachfolgend in dem Block 430 errechnet, und zwar durch Teilen der Timing-Fehlersumme e_SUM durch die Anzahl der "normalen" Timing-Fehler. Der durchschnittliche Timing-Fehler e_AVG wird in eine Timing-Verschiebung TIMOFFS umgewandelt, und zwar unter Verwendung einer der drei linearen Kurven in den Blöcken 430 bis 465. Im Block 470 wird zuletzt der Steuerungsverzögerungswert CNTDLY errechnet, und zwar ansprechend auf die durchschnittliche Timing-Verschiebunmg TIMOFFS. Der Steuerungsverzögerungs­ wert CNTDLY wird verwendet, um effizientes Timing in al­ len der Zylinder zu bewirken.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Beim Betrieb des Motors erzeugen Zylinderauswahlmittel 36 Zylinderauswahl- oder Zündsignale in einer vorbestimmten Sequenz und ansprechend auf abgefühlte Motorparameter, um die Zündung in einem individuellen Zylinder zu bewirken, und zwar gemäß einer gewünschten Motorzündreihenfolge. Ansprechend auf die Erzeugung des Zylinderauswahlsignals wird die Timing-Fehlersubroutine durchgeführt. Anfänglich wird eine Startzeit (TB) in dem Block 200 aufgenommen. Das Auswahlsignal spannt einen entsprechenden Auswahl­ schalter 34 in die geschlossene Stellung vor, wodurch er­ möglicht wird, daß Strom durch eine assoziierte Primär­ spule 30 fließt. Die Stromabfühlmittel 62 fühlen den Strom ab, der durch die Primärspule fließt, und erzeugen dementsprechend ein Primärstromsignal. Der monostabile Multivibrator 114 erzeugt entsprechend ein Stoppzeitsig­ nal, wenn der Primärstrom den ersten Stromschwellenwert I1 erreicht. Das Stoppzeitsignal wird abgefühlt durch die MCU 38, die bewirkt, daß eine Stoppzeit (TS) gespeichert wird.

Die Timing-Fehlersubroutine fährt fort, zwischen den Blöcken 204 bis 215 hindurchzulaufen, bis das maximale Zeitlimit überschritten wird. Wenn eine Stoppzeit auf­ genommen bzw. gespeichert wurde, wird ein Timing-Fehler e_TIM berechnet und in der Timing-Fehlertabelle gespeichert.

Die Timing-Einstellsubroutine wird jedes Mal ausgeführt, wenn der Hauptsteuerkreis durchgeführt wird. Der Timing- Einstellkreis entnimmt die Timing-Fehler e_TIM aus der Fehlertabelle und berechnet eine Timing-Fehlersumme egg ansprechend auf die Summe der "normalen" Timing-Fehler. Darauffolgend wird ein durchschnittlicher Timing-Fehler e_AVG errechnet durch Teilen der Timing-Fehlersumme e_SUM(n) durch die Anzahl der "normalen" Timing-Fehler. Eine von drei linearen Gleichungen wird dann verwendet, um den durchschnittlichen Timing-Fehler e_AVG in eine Timing-Verschiebung TIMOFFS(n) umzuwandeln. Die Timing- Verschiebung TIMOFFS(n) wird dann verwendet, um den Steuerungsverzögerungswert CNTDLY(n) zu berechnen, der verwendet wird, um die Zündeinstellung in dem Motorzy­ linder n zu steuern. Die Timing-Einstellsubroutine wird wiederholt, bis die Steuerungsverzögerungswerte CNTDLY(n) für jeden Zylinder ausgerechnet wurden. Gemäß der vor­ liegenden Erfindung ist es durch das Ausrechnen des Steuerungsverzögerungswerts CNTDLY möglich, aktiv bei der Zündeinstellung die Verzögerung, die durch die Erregung des Transformators eingeführt wird, zu kompensieren und die Zündung genauer an dem gewünschten Zeitpunkt zu bewirken.

Claims (16)

1. Verfahren zum Steuern der Zündung eines Verbrennungs­ motors, wobei der Motor folgendes aufweist:
ein Zündsystem (10),
Zylindersensormittel (48), und
einen Kolben, der in einem Zylinder angeordnet und zu einer oberen Totpunkt (TDC)-Position bewegbar ist,
wobei die Zylindersensormittel (48) ein erstes Signal erzeugen, das die Position des Kolbens innerhalb des Zylinders anzeigt und das eine Frequenz entsprechend der Motordrehzahl besitzt,
wobei das Zündsystem (10) einen Transformator (24) mit einer Primärspule (26) umfaßt, die erregt wird, um einen Funken über einen Spalt (22) einer assoziierten Zündkerze zu bewirken und wobei die Zündung bewirkt wird ansprechend auf ein Zylinderauswahlsignal,
wobei das oben genannte Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Erzeugen eines Bezugs-Timing-Signals, das die Zeit zwischen ersten und zweiten Bezugspunkten (T₁, T₂) des ersten Signals repräsentiert, wobei der zweite Be­ zugspunkt (T₂) die Zeit anzeigt, zu der sich der Kolben in der oberen Totpunktposition befindet;
Erzeugen eines gewünschten bzw. Soll-Timing-Signals, das die Zeit zwischen einem dritten Bezugspunkt (T₃) des erstens Signals und des zweiten Bezugspunkts (T₂) anzeigt, wobei der dritte Bezugspunkt (T₃) vor dem zweiten Bezugspunkt (T₂) auftritt und die Zeit anzeigt, zu der die Zündung wünschenswerterweise auftritt;
Abfühlen einer Verzögerung zwischen der Erzeugung des Zylinderauswahlsignals und der Zeit, die erforderlich ist, damit der durch die entsprechende Primärspule fließende Strom einen vorgewählten Stromschwellenwert erreicht, welcher normalerweise ausreichend ist, um einen Funken oder Bogen an einem assoziierten Funken­ spalt (22) zu bewirken, und dementsprechendes Erzeugen eines Timing-Fehlersignals;
Erzeugen eines Timing-Versetzungssignal bzw. Timing- Offset-Signals ansprechend auf einen Durchschnitt der Timing-Fehlersignale für den Zylinder während einer vorbestimmten Anzahl von Motorzyklen;
Erzeugen eines Steuerungsverzögerungssignals anspre­ chend auf das Bezugszeitsignal weniger dem Timing- Versetzungssignal und dem Soll-Timing-Signal; und
Liefern der Zylinderauswahl zu einer Zeit, die durch das Steuerungsverzögerungssignal dargestellt ist, und zwar nachfolgend auf den ersten Bezugspunkt (T₁) des ersten Signals, wodurch der Timing-Fehler kompensiert wird, der durch die Zeit eingeführt wird, die benötigt wird, um den Transformator (24) zu erregen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motor eine Vielzahl von Motorzylindern aufweist,
wobei jeder Zylinder einen Kolben besitzt, der darin angeordnet ist und der zu einer oberen Totpunkt (TDC)- Position innerhalb des Zylinders bewegbar ist, und
wobei das Zündsystem (10) individuelle Transformatoren (24a-f) für jeden Zylinder besitzt, und wobei die Transformatoren (24a-f) entsprechende Primärspulen (26a-f) besitzen, die erregt werden, um einen Funken an assoziierten Spalten von Zündkerzen (22a-f) zu bewirken,
wobei das oben genannte Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:
Verarbeiten des Timing-Fehlersignals, um das Timing- Versetzungssignal zu erzeugen; und
Wiederholen aller genannten Schritte für jeden Motorzylinder.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Verarbeitens des Timing-Fehlersignals zum Erzeugen des Timing-Versetzungssignals die folgenden Schritte aufweist:
Vergleichen des Timing-Fehlersignals mit einer empirisch bestimmten Kennlinie, die die Timing- Fehlersignale mit Timing-Versetzungssignalen korreliert; und
Ablesen eines Timing-Versetzungssignals von der Kennlinie.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Vergleiches des Timing-Fehlersignals die folgenden Schritte umfaßt:
Klassifizieren des Timing-Fehlersignals in einen von drei vorbestimmten Bereichen von Timing-Fehlersignalen; und
Ablesen einer Versetzungsverzögerung von der Kennlinie; wobei die Kennlinie in jedem der drei vorbestimmten Bereiche linear angenähert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ferner die folgenden Schritte vorgesehen sind:
Abfühlen einer Verzögerung zwischen der Erzeugung des Zylinderauswahlsignals und der Zeit, die erforderlich ist, damit der durch die entsprechende Primärspule fließende Strom einen vorgewählten Stromschwellenwert erreicht, welcher normalerweise ausreichend ist, um einen Funken oder Bogen an einem assoziierten Funkenspalt (22) zu bewirken, und zwar für jeden der Vielzahl von Zylindern, und dementsprechendes Erzeugen eines individuellen Timing-Fehlersignals;
Erzeugen eines durchschnittlichen Timing-Fehlersignals; und
Verarbeiten des durchschnittlichen Timing- Fehlersignals, um ein Timing-Versetzungssignal zu erzeugen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Verarbeitens des Timing-Fehlersignals, um ein Timing- Versetzungssignal zu erzeugen, die folgenden Schritte aufweist:
Vergleichen der individuellen Timing-Fehlersignale mit einem maximalen Zeitgrenzwert, wobei die maximale Zeitgrenzwert ein empirisch bestimmter Wert ist ent­ sprechend einer Zeit, die länger als für die Zündung erforderlich ist; und
Erzeugen des durchschnittlichen Timing-Fehlersignals aus der Vielzahl individueller Timing-Fehlersignale, die geringer sind als der maximale Zeitgrenzwert.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein einzelnes Timing-Versetzungssignal an­ sprechend auf einen Durchschnitt der Timing-Fehler­ signale für alle der Motorzylinder während mindestens einem der Motorzyklen erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Timing-Fehlersignal erzeugt wird ansprechend auf die Zeit, die benötigt wird, damit der Strom, der durch eine entsprechende Primärspule (26, 26a-f) fließt, einen vorgewählten Stromschwellenwert erreicht, der normalerweise ausreicht, um eine Funkenbildung eines assoziierten Funkenspalts (22, 22a-f) zu bewirken.

9. Vorrichtung (8) zum Steuern der Zündung eines Verbrennungsmotors, wobei der Motor folgendes aufweist:
ein Zündsystem (10),
Motorzylindersensormittel (48) und
einen Kolben, der in dem Zylinder angeordnet und zu einer oberen Totpunkt (TDC)-Position bewegbar ist,
wobei die Zylindersensormittel (48) ein erstes Signal erzeugen, das die Position des Kolbens innerhalb des Zylinders anzeigt und eine Frequenz besitzt, die der Motordrehzahl entspricht,
wobei das Zündsystem (8) einen Transformator (24) mit einer Primärspule (26) umfaßt, die erregt wird, um einen Funken über den Spalt (22) einer assoziierten Zündkerze zu bewirken und wobei die Zündung ansprechend auf ein Zylinderauswahlsignal bewirkt wird,
wobei die Vorrichtung (8) folgendes aufweist:
erste Mittel (98) zum Abfühlen einer Verzögerung zwischen der Erzeugung des Zylinderauswahlsignals und der Zeit, die erforderlich ist, damit der durch die entsprechende Primärspule fließende Strom einen vorgewählten Stromschwellenwert erreicht, welcher normalerweise ausreichend ist, um einen Funken oder Bogen an dem Funkenspalt (22) zu bewirken, und zum dementsprechenden Erzeugen eines Timing-Fehlersignals;
Zylinderauswahlmittel (36)
zum Empfangen des ersten Signals und des Timing- Fehlersignals,
zum Verarbeiten des ersten Signals zum Erzeugen eines Bezugs-Timing-Signals, das die Zeit zwischen ersten und zweiten Bezugspunkten (T₁, T₂) des ersten Signals repräsentiert, wobei der zweite Bezugspunkt (T₂) die Zeit anzeigt, zu der sich der Kolben in der oberen Totpunktposition befindet,
zum Erzeugen eines gewünschten Timing-Signals, das die Zeit zwischen einem dritten Bezugspunkt (T₃) des ersten Signals und des zweiten Bezugspunkts (T₂) repräsentiert, wobei der dritte Bezugspunkt (T₃) vor dem zweiten Bezugspunkt (T₂) auftritt und die Zeit anzeigt, zu der die Zündung wünschenswerterweise auftritt,
zum Verarbeiten des Timing-Fehlersignals zum Erzeugen eines Timing-Verschiebungssignals,
zum Erzeugen eines Steuerungsverzögerungssignals ansprechend auf das Bezug-Timing-Signal weniger dem Timing-Verschiebungssignal und einem gewünschten Timing-Signal und
zum Liefern des Zylinderauswahlsignals zu einer Zeit, die durch das Steuerungsverzögerungssignal, das im ersten Punkt (T₁) des ersten Signals folgt, dargestellt wird, wodurch der Timing-Fehler kompensiert wird, der durch die Zeit eingeführt wird, die für die Erregung des Transformators (24) benötigt wird.

10. Vorrichtung (8) nach Anspruch 9, wobei das Timing- Verschiebungssignal erzeugt wird ansprechend auf den Durchschnitt der Timing-Fehlersignale, und zwar für einen entsprechenden Zylinder während einer vorbe­ stimmten Anzahl von Motorzyklen.

11. Vorrichtung (8) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die ersten Mittel (98) folgendes umfassen:
Stromabfühlmittel (62) zum Abfühlen des Stroms, der durch die Primärspule (24) fließt, und zum dementspre­ chenden Erzeugen eines Primärstromsignals;
einen monostabilen Multivibrator (114), der in der Lage ist, das Primärstromsignal zu empfangen und ein Stoppzeitsignal zu erzeugen, und zwar ansprechend darauf, daß das Primärstromsignal einen vorbestimmten Stromschwellenwert erreicht, und
Timer-Mittel (118) zum Empfangen der Zylinderauswahl- und Stoppzeitsignale und zum Erzeugen des Verzöge­ rungssignals, und zwar ansprechend auf eine Zeitver­ zögerung zwischen dem Empfang der Zylinderauswahl- und Stoppzeitsignale.

12. Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Motor eine Vielzahl von Zylindern umfaßt und ein einziges Timing-Verschiebungssignal erzeugt wird, und zwar ansprechend auf einen Durchschnitt der Timing- Fehlersignale für alle Motorzylinder während mindestens einem der Motorzyklen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Zylinderauswahlmittel folgendes aufweisen:
Vergleichsmittel zum Vergleichen des Timing- Fehlersignals mit einer empirisch bestimmten Kennlinie, die die Timing-Fehlersignale mit Timing- Versetzungssignalen korreliert, und zum Ablesen eines Timing-Versetzungssignals von der Kennlinie.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Zylinderauswahlmittel ferner Mittel zum Klassifizieren des Timing-Fehlersignals in einen von drei vorbestimmten Bereichen von Timing-Fehlersignalen, und zum Ablesen einer Versetzungsverzögerung von der Kennlinie aufweisen, wobei die Kennlinie in jedem der drei vorbestimmten Bereiche linear angenähert ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Zylinderauswahlmittel ferner Abfühlmittel aufweisen zum Abfühlen einer Verzögerung zwischen der Erzeugung des Zylinderauswahlsignals und der Zeit, die erforderlich ist, damit der durch die entsprechende Primärspule fließende Strom einen vorgewählten Stromschwellenwert erreicht, welcher normalerweise ausreichend ist, um einen Funken oder Bogen an einem assoziierten Funken­ spalt (22) zu bewirken, und zwar für jeden der Vielzahl von Zylindern, und zum dementsprechenden Erzeugen eines individuellen Timing-Fehlersignals; zum Erzeugen eines durchschnittlichen Timing-Fehlersignals; und zum Verarbeiten des durchschnittlichen Timing- Fehlersignals, um ein Timing-Versetzungssignal zu erzeugen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Zylinderauswahlmittel Vergleichsmittel aufweisen zum Vergleichen der individuellen Timing-Fehlersignale mit einem maximalen Zeitgrenzwert, wobei die maximale Zeitgrenzwert ein empirisch bestimmter Wert ist entsprechend einer Zeit, die länger als für die Zündung erforderlich ist; und zum Erzeugen des durchschnittlichen Timing-Fehlersignals aus der Vielzahl individueller Timing-Fehlersignale, die geringer sind als der maximale Zeitgrenzwert.