EP1155236B1 - Zündsteuervorrichtung und -verfahren - Google Patents

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EP1155236B1
EP1155236B1 EP99957963A EP99957963A EP1155236B1 EP 1155236 B1 EP1155236 B1 EP 1155236B1 EP 99957963 A EP99957963 A EP 99957963A EP 99957963 A EP99957963 A EP 99957963A EP 1155236 B1 EP1155236 B1 EP 1155236B1
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EP
European Patent Office
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ignition
angle
charge
output
temperature
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99957963A
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English (en)
French (fr)
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EP1155236A1 (de
Inventor
Helmut Denz
Martin Haussmann
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1155236A1 publication Critical patent/EP1155236A1/de
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Publication of EP1155236B1 publication Critical patent/EP1155236B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/05—Layout of circuits for control of the magnitude of the current in the ignition coil
    • F02P3/051—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
    • F02P3/053—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices using digital techniques
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P7/00—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices
    • F02P7/06—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of circuit-makers or -breakers, or pick-up devices adapted to sense particular points of the timing cycle
    • F02P7/077—Circuits therefor, e.g. pulse generators
    • F02P7/0775—Electronical verniers

Definitions

  • the present invention relates to an ignition control device as well as a corresponding ignition control method.
  • Ignition control devices for controlling ignition events for Ignition coil ignition systems or devices essentially have two control functions, the control of a desired one Ignition energy over the duty cycle or charging time the ignition coil and the right-angle control of one Ignition pulse over the switch-off time or the end of charging the ignition coil.
  • the ignition energy generated by coil ignition systems over a charging time the ignition coil is metered according to the am electrical circuit of the coil applied vehicle electrical system voltage and the time constant of the electrical circuit of different lengths.
  • the respective setpoints are usually dependent of the speed and possible other engine parameters as Characteristic field stored in the control unit.
  • the target values "charging time” and "ignition angle” result when they occur a speed dynamic a conflict of goals.
  • the angular position the start of the loading phase i.e. the closing start angle, must be chosen such that after the end of the Charging time the ignition angle is reached. That means at the point of time
  • the time-angle curve must be used to calculate the ignition event the crankshaft movement already known his.
  • Conventional control devices have angle signals via an angle encoder wheel that is angularly equidistant Provides pulses to the ignition control device.
  • the calculation time can be used to calculate the ignition events but only in most ignition controller architectures done in segments, with one segment being the angular interval of 720 ° of the crankshaft divided by the number of cylinders is, for example in a four-cylinder engine 180 °. Therefore, the angular positions determined in the calculation can of the ignition events via the angle encoder wheel and the timers / counters common to ignition control devices (Timers / counters) circuits with sufficient accuracy be measured, but the calculation itself is based on one detected speed from the at the speed dynamics on Ignition location no longer exists.
  • FIG. 2 shows a schematic to explain the problem Representation of the ignition sequence in a four-cylinder internal combustion engine.
  • a complete cycle is 720 ° KW corresponding to a cycle time t ZYK .
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the ignition control functional sequences in the segment of the first cylinder of the four-cylinder internal combustion engine with regard to the control of the ignition coil current I Z.
  • the speed N is recorded and immediately afterwards the charging time t L and the ignition angle w Z (approximately equal to the closing end angle) are taken from a characteristic field B.
  • the angle W LB is detected with a counter C1 starting from 0 ° via the crankshaft sensor signal KWS and, when the angle W LB is reached, the output stage of the ignition coil is controlled. Then the charging time t L is controlled with a timer and the control is interrupted after the charging time t L has elapsed.
  • the angle W LB is detected with a counter C1 starting from 0 ° via the crankshaft sensor signal KWS and the output stage of the ignition coil is actuated when the angle W LB is reached.
  • a further counter C2 starting from 0 °, the angle w Z is recorded via the crankshaft sensor signal KWS and the control is interrupted when the angle w Z is reached.
  • Ignition control devices typically prioritize of the control targets charging time and ignition angle. decides the exact output of the loading time - so-called Charging time output mode - via the timer / counter circuit, see above results from the start acceleration (speed increase) a late shift in the ignition angle.
  • the ignition angle exactly output - so-called ignition angle output mode - so the loading time decreases with the start dynamics and thus the energy in the ignition coil, which is why it fails can come.
  • the output method i.e. Charging time output or firing angle output, depending on the properties of the target system, or it finds it a switchover of the output method at a limit speed instead of.
  • a loading time is usual during start and a switch to ignition angle output from a limit speed at which the speed sampling is such high frequency is that the dynamic error is negligible from which on the other hand also the sensitivity of the torque increases sharply above the ignition angle.
  • the charging time output mode is as above with reference to Fig. 3 explains after reaching the loading start angle the charging time is waited and if the target energy is kept exactly ignited in the coil. This will be enough Guaranteed energy with minimal power dissipation.
  • the ignition angle becomes at lower speeds and high acceleration depending on the closing time and depending on the position of the target ignition angle shifted late. In the Application of the ignition angle is therefore at speed in the Magnitude of the starter speed expediently a dynamic reserve added towards early.
  • the firing angle output mode is as above with reference to Fig. 3 explains the ignition angle regardless of the charging start angle measured.
  • acceleration occurs is ignited before the charging time.
  • a dynamic reserve on the charging time in Applied late.
  • Dynamic reserves are generally larger than absolutely applied necessary, and this leads to that in the loading time output mode additional power loss in the ignition components arises and in the ignition angle output mode There is a risk of reversing.
  • the biggest deviation from The setpoint is always obtained with the second ignition. Here the speed is still low and the acceleration is typical already very big.
  • the choice of the issuing method usually still depends on it depending on how big the errors and thus the necessary provisions may be on the energy or the ignition angle side.
  • the ignition angle sensitivity increases, i.e. the ignition angle output mode should be selected.
  • Ignition stages of the newer generation are sometimes immediate are mounted on the cylinder head, especially when hot Motor power dissipation problematic. This but would speak for the charging time output mode.
  • the ignition control device according to the invention with the features of claim 1 and the corresponding ignition control method according to claim 7 point over the known approaches the advantage of being able to choose from current physical conditions of the ignition control device suitable ignition method is carried out.
  • a lead setting device is to set a dynamic lead with positive acceleration in the late direction for the ignition angle output mode at predetermined speeds, preferably at low speeds, and / or to set a dynamic lead in the early direction for the charging time output mode intended.
  • the Detection device for detecting loss-critical States of the final stage of the ignition coil device in Firing angle output mode a temperature detection device for determining the temperature of the output stage of the ignition coil device; a temperature increase predictor to predict a temperature increase in the output stage the ignition coil device after an ignition event in the ignition angle output mode; and a decision device for Deciding a loss-critical state, if the determined temperature increase a predetermined Value and preferably if at the same time the detected speed falls below a predetermined value, on.
  • the Temperature determining device for determining the temperature the output stage of the ignition coil device, a temperature detection device to record the engine temperature and a temperature estimator for estimating the temperature the final stage of the ignition coil device based on the detected engine temperature.
  • FIG. 1 shows a flow chart for explaining an exemplary embodiment of the present invention. In this embodiment the following procedure is proposed.
  • a low speed turns on large dynamic reserve applied to the charging time in the late direction. This can be especially true when starting with a hot engine in the static case or in the event of a negative change in the Speed to overheat the ignition coil output stage to lead.
  • the coil temperature is very high, e.g. when starting with hot engine, to minimize the power loss, i.e. it must be switched to the charging time output mode, since there is no dynamic lead in this mode the additional time is added to the loading time late Power loss produced.
  • the temperature level of the power amp housing is determined by the motor temperature derived, which measured at step S100 becomes.
  • the motor temperature tmot plus an offset is used as the housing temperature of the final stage of the ignition coil.
  • the power loss of the output stage is provided as a function of the Charging time including dynamic reserve shown.
  • the power loss generated via the thermal resistors a temperature increase up to the installation location of the power amplifier housing.
  • the thermal resistance is called the proportionality constant shown.
  • the transition from the base temperature from the final stage (Case temperature) to the level of the temperature increase is represented by a first order low pass.
  • the loading time output mode ZWA can remain or if the limit is undershot S or if the speed threshold N0 is exceeded switched back to the ignition angle output mode LZA become. Additional criteria for the following mode decisions, e.g. Error estimates, etc., built in become.
  • the ignition gives a band of ignition pulses off, the total charging time is used as the charging time.
  • the power loss is added with a factor rated for the spark band. The power loss results as a function of the total charging time for an ignition process for the duration of a work cycle.
  • the following is a concrete example of a temperature model for which it is assumed that the final stage is on a temperature sink whose temperature correlated directly with the engine temperature tmot.
  • the Final value in the temperature increase in the final stage results up from the power loss and the thermal resistances to the heat sink.
  • the power loss P loss is obtained as a function of the closing time as follows.
  • P loss f (closing time) + fubaanz ⁇ correction factor
  • closing time is the total closing time, ie the charging time for conventional ignition and the sum of all closing times for ignition using a spark band, is the number of sparks emitted by the ignition control device when spark band ignition is active and
  • Correction factor a correction factor of the power loss balance is because the power loss balance changes when used different from residual energy in spark band ignition calculated.
  • dt loss P loss x factor heat conduction
  • dt loss the temperature increase due to power loss
  • thermal power factor is a proportionality constant according to the heat conduction.

Landscapes

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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündsteuervorrichtung sowie ein entsprechendes Zündsteuerverfahren.
Aus der US 4121556 ist bereits eine Zünd-streuerungs vorrichtung bekannt, bei der die Steuerung des Zünd zeitpunkts aufgrund der Temperatur der Zündspule erfolgt.
Obwohl auf beliebige Zündsteuerungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf ein an Bord eines Kraftfahrzeuges befindliches Motorsteuergerät erläutert.
Zündsteuervorrichtungen zum Steuern von Zündereignissen für Zündspulenzündsysteme bzw. -einrichtungen besitzen im wesentlichen zwei Steuerfunktionen, die Steuerung einer gewünschten Zündenergie über die Einschaltdauer bzw. Ladedauer der Zündspule sowie das winkelrichtige Steuern eines Zündimpulses über den Abschaltzeitpunkt bzw. das Ladeende der Zündspule.
Die Zündenergie, die bei Spulenzündanlagen über eine Ladezeit der Zündspule zugemessen wird, ist entsprechend der am elektrischen Schaltkreis der Spule anliegenden Bordnetzspannung sowie der Zeitkonstante des elektrischen Schaltkreises unterschiedlich lang.
Üblicherweise sind die jeweiligen Sollwerte in Abhängigkeit von der Drehzahl und möglichen weiteren Motorparametern als Kennlinienfeld im Steuergerät abgelegt.
Die Sollwerte "Ladezeit" und "Zündwinkel" ergeben beim Auftreten einer Drehzahldynamik einen Zielkonflikt. Die Winkellage des Beginns der Ladephase, also der Schließbeginnwinkel, muß derart gewählt werden, daß nach dem Ende der Ladezeit der Zündwinkel erreicht wird. Das heißt zum Zietpunkt der Berechnung des Zündereignisses muß der Zeitwinkel-Verlauf der Kurbelwellenbewegung bereits bekannt sein.
Bei extremer Drehzahldynamik und niederfrequenter Drehzahlabtastung, insbesondere beim Start des Motors, entsteht in üblichen Zündsteuervorrichtungen ein nicht nachverlässigbarer Schätzfehler dieses Zeit-Winkel-Verlaufs.
Übliche Steuergeräte verfügen zur Ausgabe von Winkelsignalen über einen Winkelgeberrad, das winkelmäßig äquidistante Impulse an die Zündsteuervorrichtung liefert. Aus Gründen der Rechenlaufzeit kann die Berechnung der Zündereignisse aber in den meisten Zündsteuervorrichtungsarchitekturen nur segmentweise erfolgen, wobei ein Segment das Winkelintervall von 720° der Kurbelwelle geteilt durch die Zylinderzahl ist, also bei einem Vierzylindermotor beispielsweise 180°. Daher können die in der Berechnung ermittelten Winkellagen der Zündereignisse zwar über das Winkelgeberrad und die bei den Zündsteuervorrichtungen üblichen Timer/Counter (Zeitgeber/Zähler)-Schaltungen hinreichend genau ausgemessen werden, die Berechnung selbst geht aber von einer erfaßten Drehzahl aus, die bei der Drehzahldynamik am Ort der Zündung nicht mehr vorhanden ist.
Zur Erläuterung der Problematik zeigt Fig. 2 eine schematische Darstellung der Zündfolge bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine.
In Fig. 2 ist auf der x-Achse der Kurbelwinkel KW in ° aufgetragen und auf der y-Achse der Zündverlauf ZZ, welcher die Reihenfolge ...-2-1-3-4-2-... aufweist. Ein vollständiger Zyklus beträgt 720° KW entsprechend einer Zykluszeit tZYK. Ein Segment beträgt 720°KW/4 = 180° entsprechend einer Segmentzeit tSEG.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Zündsteuerungs-Funktionsabläufe im Segment des ersten Zylinders der Vierzylinder-Brennkraftmaschine hinsichtlich der Ansteuerung des Zündspulenstroms IZ.
Bei 0° wird die Drehzahl N erfaßt und unmittelbar danach werden die Ladezeit tL sowie der Zündwinkel wZ (näherungsweise gleich dem Schließendwinkel) aus einem Kennlinienfeld B entnommen.
Danach wird der Schließ- bzw. Ladebeginnwinkel wLB aus der Beziehung WLB = wZ - tL·ω unter Annahme einer gleichförmigen Bewegung ermittelt, wobei ω die der Drehzahl N entsprechende Winkelgeschwindigkeit ist. Aus Gründen der Rechenlaufzeit wird diese zeitliche und winkelmäßige Lage der Zündereignisse nur einmal pro Zündabstand berechnet.
Im Falle des Ladezeitausgabe-Modus wird mit einem Zähler C1 ausgegehend von 0° der Winkel WLB über das Kurbelwellensensorsignal KWS erfaßt und bei Erreichen des Winkels WLB die Endstufe der Zündspule angesteuert. Dann wird die Ladezeitdauer tL mit einem Zeitgeber gesteuert und nach Verstreichen der Ladezeitdauer tL die Ansteuerung unterbrochen.
Im Falle des Zündwinkelausgabe-Modus wird mit einem Zähler C1 ausgegehend von 0° der Winkel WLB über das Kurbelwellensensorsignal KWS erfaßt und bei Erreichen des Winkels WLB die Endstufe der Zündspule angesteuert. Mit einem weiteren Zähler C2 wird ausgegehend von 0° der Winkel wZ über das Kurbelwellensensorsignal KWS erfaßt und bei Erreichen des Winkels wZ die Ansteuerung unterbrochen.
Da die Fehlberechnung des Drehzahlverlaufs z.B. im Falle des Starts des Motors nicht vernachlässigbar ist, wird bei Zündsteuervorrichtungen üblicherweise eine Priorisierung der Steuerziele Ladezeit und Zündwinkel vorgenommen. Entschließt man sich zur exakten Ausgabe der Ladezeit - sog. Ladezeitausgabe-Modus -über die Timer/Counter-Schaltung, so ergibt sich bei der Startbeschleunigung (Drehzahlerhöhung) ein Spätversatz des Zündwinkels. Wird hingegen der Zündwinkel exakt ausgegeben - sog. Zündwinkelausgabe-Modus -, so verkleinert sich bei der Startdynamik die Ladezeit und damit die Energie in der Zündspule, weshalb es zu Aussetzern kommen kann.
Üblicherweise wird daher die Ausgabemethode, d.h. Ladezeitausgabe oder Zündwinkelausgabe, abhängig von den Eigenschaften des Zielsystems fest vorgegeben, oder aber es findet eine Umschaltung der Ausgabemethode bei einer Grenzdrehzahl statt. Üblich hierbei ist eine Ladezeitausgabe während des Starts und ein Umschalten auf Zündwinkelausgabe ab einer Grenzdrehzahl, bei der die Drehzahlabtastung derart hochfrequent ist, daß der Dynamikfehler vernachlässigbar wird, ab der andererseits aber auch die Empfindlichkeit des Drehmoments über dem Zündwinkel stark zunimmt.
Beim Ladezeitausgabe-Modus wird, wie oben mit Bezug auf Fig. 3 erläutert, nach dem Erreichen des Ladebeginnwinkels die Ladezeit abgewartet und bei exakten Einhalten der SollEnergie in der Spule gezündet. Dadurch wird ausreichend Energie bei minimaler Verlustleistung garantiert. Der Zündwinkel wird bei niedrigeren Drehzahlen und großer Beschleunigung abhängig von der Schließzeit und abhängig von der Lage des Soll-Zündwinkels nach spät verschoben. In der Applikation des Zündwinkels wird daher bei Drehzahl in der Größenordnung der Starterdrehzahl zweckmäßigerweise ein Dynamikvorhalt in Richtung früh addiert.
Beim Zündwinkelausgabe-Modus wird, wie oben mit Bezug auf Fig. 3 erläutert, der Zündwinkel unabhängig vom Ladebeginnwinkel ausgemessen. Bei einer auftretenden Beschleunigung wird vor Ablauf der Ladezeit gezündet. In der Applikation wird hier zweckmäßigerweise bei großer Beschleunigung und kleiner Drehzahl ein Dynamikvorhalt auf die Ladezeit in Richtung spät appliziert.
Dynamikvorhalte werden grundsätzlich größer als unbedingt nötig appliziert, und dies führt dazu, daß in dem Ladezeitausgabe-Modus zusätzlich Verlustleistung in den Zündkomponenten entsteht und in dem Zündwinkelausgabe-Modus die Gefahr von Rückdrehern besteht. Die größte Abweichung vom Sollwert ergibt sich stets mit der zweiten Zündung. Hier ist die Drehzahl noch klein und die Beschleunigung typischerweise bereits sehr groß.
Die Wahl des Ausgabeverfahrens hängt üblicherweise noch davon ab, wie groß die Fehler und damit die notwendigen Vorhalte auf die Energie oder der Zündwinkelseite werden dürfen. Bei neueren Zündungsapplikationen kann nun aber der Fall eintreten, daß bei kaltem Motor bei gleichzeitiger Magerauslegung die Zündwinkelempfindlichkeit zunimmt, d.h. der Modus Zündwinkelausgabe gewählt werden sollte. Da aber Zündentstufen der neueren Generation teilweise unmittelbar auf den Zylinderkopf montiert sind, wird vor allem bei heißem Motor die Verlustleistungsabfuhr problematisch. Dieses würde aber für den Ladezeitausgabe-Modus sprechen.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Die erfindungsgemäße Zündsteuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das entsprechende Zündsteuerverfahren gemäß Anspruch 7 weisen gegenüber den bekannten Lösungsansätzen den Vorteil auf, daß eine Auswahl der zu den aktuellen physikalischen Gegebenheiten der Zündsteuervorrichtung passenden Zündmethode durchgeführt wird.
Dies ist insbesondere bei Zündsteuervorrichtungen notwendig, die keine eindeutige Priorisierung der Ausgabenmethoden Ladezeitausgabe und Zündwinkelausgabe zulassen. Der Einsatz von Zündeinheiten, d.h. Spule und Zünder, mit moderaten Ladezeiten und Montage auf dem unter Umständen heißen Zylinderkopf bringen hier weitere Freiheitsgrade mit sich. Ferner erleichtert die Erfindung die Applikation der Zündsteuervorrichtung, da die Moduswahl automatisch aus den aktuellen physikalischen Gegebenheiten ermittelt wird. Eine Anpassung an die Erfordernisse verschiedener Einsatzgebiete ist damit wesentlich einfacher.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, daß bei verlustleistungskritischen Zuständen mit schlechter Kenntnis des Zeit-Winkel-Verlaufs immer der Modus Ladezeitausgabe aktiviert wird. Solche verlustleistungskritischen Zustände werden dabei automatisch aus einem einfachen Rechenmodell zur Schätzung der Temperatur in der Endstufe erkannt. Wenn auf Grund eines verlustleistungskritischen Zustandes auf Ladezeitausgabe entschieden wird, setzt sich diese Entscheidung aus Gründen des Bauteileschutzes zweckmäßigerweise gegenüber möglichen anderen Umschaltkriterien durch.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Zündsteuervorrichtung bzw. des in Anspruch 7 angegebenen Zündsteuerverfahrens.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Vorhalt-Festlegungseinrichtung zum Festlegen eines Dynamikvorhalts bei positiver Beschleunigung in Richtung spät für den Zündwinkelausgabe-Modus bei vorgegebenen Drehzahlen, vorzugsweise bei niedrigen Drehzahlen, und/oder zum zum Festlegen eines Dynamikvorhalts in Richtung früh für den Ladezeitausgabe-Modus vorgesehen.
Weiterhin weist die Erfassungseinrichtung zum Erfassen verlustleistungskritischer Zustände der Endstufe der Zündspuleneinrichtung im Zündwinkelausgabe-Modus eine Temperaturermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Temperatur der Endstufe der Zündspuleneinrichtung; eine Temperaturerhöhungs-Vorhersageeinrichtung zum Vorhersagen einer Temperaturerhöhung der Endstufe der Zündspuleneinrichtung nach einem Zündereignis im Zündwinkelausgabe-Modus; und eine Entscheidungseinrichtung zum Entscheiden eines verlustleistungskritischen Zustandes, wenn die ermittelte Temperaturerhöhung einen vorbestimmten Wert überschreitet und vorzugsweise wenn gleichzeitig die erfaßte Drehzahl einen vorbestimmten Wert unterschreitet, auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Temperaturermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Temperatur der Endstufe der Zündspuleneinrichtung eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Motortemperatur und eine Temperaturschätzeinrichtung zum Schätzen der Temperatur der Endstufe der Zündspuleneinrichtung anhand der erfaßten Motortemperatur auf.
ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
ein Fließdiagramm zum Erläutern eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2
eine schematische Darstellung der Zündfolge bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine; und
Fig. 3
eine schematische Darstellung der Zündsteuerungs-Funktionsabläufe im Segment des ersten Zylinders der Vierzylinder-Brennkraftmaschine.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente.
Fig. 1 zeigt ein Fließdiagramm zum Erläutern eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird folgende Vorgehensweise vorgeschlagen.
Im Zündwinkelausgabe-Modus wird bei kleiner Drehzahl ein großer Dynamikvorhalt auf die Ladezeit in Richtung spät appliziert. Dies kann beim Starten mit heißem Motor insbesondere im statischen Fall oder im Fall negativer Änderung der Drehzahl zu einer Überhitzung der Endstufe der Zündspule führen.
Ist die Spulentemperatur sehr hoch, z.B. beim Starten mit heißem Motor, so ist die Verlustleistung zu minimieren, d.h. es muß auf den Modus Ladezeitausgabe umgeschaltet werden, da in diesem Modus kein Dynamikvorhalt in Richtung spät auf die Ladezeit aufgerechnet wird, der zusätzliche Verlustleistung produziert.
Das Temperaturniveau des Endstufengehäuses wird von der Motortemperatur abgeleitet, welche bei Schritt S100 gemessen wird. Als Gehäusetemperatur der Endstufe der Zündspule wird die Motortemperatur tmot zuzüglich einem Offset eingesetzt.
Für den Temperaturgang der Endstufe der Zündspule, welcher in Schritt S200 geschätzt wird, wird ein einfaches Temperaturmodell angenommen.
Die Verlustleistung der Endstufe wird als Funktion der vorgesehenen Ladezeit einschließlich Dynamikvorhalt dargestellt. Die Verlustleistung erzeugt über die Wärmewiderstände bis zum Montageort des Endstufengehäuses eine Temperaturerhöhung. Der Wärmewiderstand wird hierbei als Proportionalitätskonstante dargestellt.
Der Übergang von der Basistemperatur von der Endstufe (Gehäusetemperatur) auf das Niveau der Temperaturerhöhung wird durch einen Tiefpaß erster Ordnung dargestellt.
Überschreitet der Temperaturverlauf TE der Endstufe eine Schwelle und befindet sich die Drehzahl N unterhalb einer Schwelle N0, so wird sofort auf den Modus Ladezeitausgabe umgestellt. Diese Kriterium setzt sich zweckmäßigerweise bei allen anderen Kriterien zur Modusumschaltung durch.
Im weiteren Verlauf kann der Ladezeitausgabe-Modus ZWA beibehalten werden oder aber bei Unterschreiten des Grenzwertes S bzw. bei Überschreiten der Schwelle N0 für die Drehzahl wieder auf den Zündwinkelausgabe-Modus LZA umgestellt werden. Auch können weitere Kriterien für die folgenden Modusentscheidungen, z.B. Fehlerabschätzungen usw., eingebaut werden.
Gibt die Zündung statt eines Zündimpulses ein Band von Zündimpulsen aus, so wird als Ladezeit die Summenladezeit verwendet. Die Verlustleistung wird zusätzlich mit einem Faktor für das Funkenband bewertet. Die Verlustleistung ergibt als Funktion der Summenladezeit für einen Zündvorgang bezogen auf die Dauer eines Arbeitsspiels.
Im folgenden wird ein konkretes Beispiel für ein Temperaturmodell angeführt, für das angenommen wird, daß die Endstufe sich auf einer Temperatursenke befindet, deren Temperatur direkt mit der Motortemperatur tmot korreliert. Der Endwert in der Temperaturerhöhung in der Endstufe ergibt sich aus der Verlustleistung und den Wärmewiderständen bis zur Wärmesenke.
Die Gehäusetemperatur tambient ergibt sich wie folgt: tambient = tmot - dtemp wobei dtemp der Temperaturversatz bzw. -offset zwischen Gehäusetemperatur und Motortemperatur ist.
Daraus erhält man die Verlustleistung Pverlust folgendermaßen als Funktion der Schließzeit. Pverlust = f(Schließzeit) + fubaanz·Korrekturfaktor wobei Schließzeit die Summenschließzeit ist, d.h. bei konventioneller Zündung die Ladezeit und bei Zündung über ein Funkenband die Summe aller Schließzeiten,
fubaanz die Anzahl der von der Zündsteuervorrichtung abgesetzten Funken bei aktiver Funkenbandzündung ist und
Korrekturfaktor ein Korrekturfaktor der Verlustleistungsbilanz ist, da die Verlustleistungsbilanz sich bei Ausnutzung von Restenergie in der Funkenbandzündung unterschiedlich berechnet.
Die entgültige Temperaturerhöhung in der Endstufe ergibt sich gemäß: dtverlust = Pverlust x FaktorWärmeleitung wobei dtverlust die verlustleistungsbedingte Temperaturerhöhung ist und FaktorWärmeleistung eine Proportionalitätskonstant entsprechend der Wärmeleitung ist.
Der Temperaturverlauf ergibt sich über einen Tiefpaß erster Ordnung zu: tendstufe = tambient + (1-e-t/τ) dtverlust wobei tendstufe die geschätzte Temperatur der Endstufe ist, t die Zeit ist und -Tau- eine Zeitkonstante ist.
Sobald tendstufe größer als der besagte Schwellwert S ist, solange die Drehzahl N noch kleiner als eine Schwelle N0 ist, ab der die Zündausgabe nur noch vernachlässigbare Toleranzen aufweist, wird sofort auf Ladezeitausgabe umgeschaltet.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Obwohl das obige Beispiel nur das für die Erfindung relevante Temperaturkriterium anführt, können selbstverständlich noch weitere Kriterien zur Modusumschaltung hinzugefügt werden.

Claims (12)

  1. Zündsteuervorrichtung zum Steuern einer Zündspuleneinrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Zylinder und mindestens einer Endstufe, mit:
    a) einer Drehzahlerfassungseinrichtung zum Erfassen der Drehzahl der Brennkraftmaschine,
    b) einer Winkelerfassungseinrichtung zu Erfassen des aktuellen Kurbelwellenwinkels der Brennkraftmaschine,
    c) einer Bestimmungseinrichtung, die zum Bestimmen eines Zündwinkels, einer Ladezeit und eines der erfassten Drehzahl entsprechenden Ladebeginnwinkels vorgesehen ist,
    d) einer Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer aktuellen Temperatur der Endstufe,
    e) einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer zukünftigen Temperatur der Endstufe,
    f) einer Ausgabeeinrichtung, die in einem Ladezeitausgabe-Modus betreibbar ist, wenn die aktuelle oder zukünftige Temperatur der Endstufe den Temperatur-Schwellwert (S) überschreitet, oder die in einem Zündwinkelausgabe-Modus betreibbar ist, wenn die aktuelle oder zukünftige Temperatur der Endstufe den Temperatur-Schwellwert (S) nicht überschreitet, wobei im Ladezeitausgabe-Modus der Ladebeginnwinkel und die Ladezeit und im Zündwinkelausgabe-Modus der Ladebeginnwinkel und der Zündwinkel ausgebbar ist, wobei die von einem vorgegebenen Bezugspunkt verstrichene Zeit durch den Vergleich mit einem Zeitgeber ermittelbar ist, wobei der von einem vorgegebenen Bezugspunkt erreichte Winkel durch den Vergleich mit dem Signal der Winkelerfassungseinrichtung ermittelbar ist.
  2. Zündsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vergleichseinrichtung vorgesehen ist, mittels der die erfasste Drehzahl mit einem Drehzahl-Schwellwert (N0) vergleichbar ist, wobei mittels der Ausgabeeinrichtung im Ladezeitausgabe-Modus betreibbar ist, wenn die erfasste Drehzahl unterhalb des Drehzahl-Schwellwerts (N0) liegt, und im Zündwinkelausgabe-Modus betreibbar ist, wenn die erfasste Drehzahl oberhalb des Drehzahl-Schwellwerts (N0) liegt.
  3. Zündsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dynamikvorhalt-Festlegungseinrichtung vorgesehen ist, mittels der ein Dynamikvorhalt bei positiver Beschleunigung in Richtung Spät für den Zündwinkelausgabe-Modus bei vorgegebenen Drehzahlen, vorzugsweise bei niedrigen Drehzahlen, und/oder mittels der ein Dynamikvorhalt in Richtung Früh für den Ladezeitausgabe-Modus festlegbar ist.
  4. Zündsteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Bestimmungseinrichtung die Ladezeit abhängig von der Batteriespannung bestimmbar ist.
  5. Zündsteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung der aktuellen Temperatur der Endstufe Mittel aufweist, so dass die Temperatur des Motors (tmot) bestimmbar ist und daraus die Temperatur der Endstufe (tambient) berechenbar ist.
  6. Zündsteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Berechnungseinrichtung zum Berechnen der zukünftigen Temperatur der Endstufe die während der Ladezeit entstehende Verlustleistung berücksichtigbar ist, wobei bei einer Funkenbandzündung die Summe der entstehenden Verlustleistungen aller Ladezeiten berücksichtigbar ist.
  7. Verfahren zum Steuern einer Zündspuleneinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und mindestens einer Endstufe mit den Schritten:
    a) Erfassen der Drehzahl der Brennkraftmaschine,
    b) Erfassen des aktuellen Kurbelwellenwinkels der Brennkraftmaschine,
    c) Bestimmen eines Zündwinkeis und einer Ladezeit sowie eines der erfassten Drehzahl entsprechenden Ladebeginnwinkels,
    d) Erfassen einer aktuellen Temperatur und Berechnen einer zukünftigen Temperatur der Endstufe,
    e) Betreiben einer Ausgabeeinrichtung in einem Ladezeitausgabe-Modus, wenn die aktuelle oder zukünftige Temperatur der Endstufe der Zündspuleneinrichtung einen Temperatur-Schwellwert (S) überschreitet, oder Betreiben der Ausgabeeinrichtung in einem Zündwinkelausgabe-Modus, wenn die aktuelle oder zukünftige Temperatur der Endstufe der Zündspuleneinrichtung den Temperatur-Schwellwert (S) nicht überschreitet, wobei im Ladezeitausgabe-Modus der Ladebeginnwinkel und die Ladezeit und im Zündwinkelausgabemodus der Ladebeginnwinkel und der Zündwinkel ausgegeben wird, wobei die von einem vorgegebenen bezugspunkt verstrichene Zeit durch den Vergleich mit einem Zeitgeber ermittelt wird, wobei der von einem vorgegebenen Bezugspunkt erreichte Winkel durch den Vergleich mit dem aktuellen Kurbelwellenwinkelsignal ermittelt wird.
  8. Zündsteuerverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Drehzahl mit einem Drehzahl-Schwellwert (N0) verglichen wird, wobei die Ausgabeeinrichtung im Ladezeitausgabe-Modus betrieben wird, wenn die erfasste Drehzahl unterhalb des Drehzahl-Schwellwerts (N0) liegt, und die Ausgabeeinrichtung im Zündwinkelausgabe-Modus betrieben wird, wenn die erfasste Drehzahl oberhalb des Drehzahl-Schwellwerts (N0) liegt.
  9. Zündsteuerverfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dynamikvorhalt bei positiver Beschleunigung in Richtung Spät für den Zündwinkelausgabe-Modus bei vorgegebenen Drehzahlen, vorzugsweise bei niedrigen Drehzahlen, und/oder ein Dynamikvorhalt in Richtung Früh für den Ladezeitausgabe-Modus festgelegt wird.
  10. Zündsteuerverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezeit abhängig von der Batteriespannung bestimmt wird.
  11. Zündsteuerverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Motors (tmot) bestimmt wird und daraus die aktuelle Temperatur der Endstufe (tambient) berechnet wird.
  12. Zündsteuerverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der zukünftigen Temperatur der Endstufe die während der Ladezeit entstehende Verlustleistung berücksichtigt wird, wobei bei einer Funkenbandzündung die Summe der entstehenden Verlustleistungen aller Ladezeiten berücksichtigt wird.
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