DE3313610A1

DE3313610A1 - Zuendzeitpunktsteuerung fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3313610A1
Application number: DE19833313610
Authority: DE
Inventors: Satoshi Himeji Hyogo Komurasaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-04-15
Filing date: 1983-04-14
Publication date: 1983-11-17
Also published as: US4530328A; DE3313610C2

Description

Zündzeitpunktsteuerung für einen Verbrennungsmotor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündzeitpunktsteuerung für einen Innenverbrennungsmotor.

Der Zündzeitpunkt eines Verbrennungsmotors wird so eingestellt, daß der Motor möglichst wirkungsvoll betrieben
werden kann. Allgemein stellt man den Zündzeitpunkt des
Motors vorzugsweise so sein, daß man dem Punkt für minimale Antriebsleistung bei bestem Drehmoment möglichst
nahekommt, und zwar in einem Bereich, daß der Motor nicht klopft. '

Bekannte Zündzeitpunktsteuerungen, die bisher benutzt
werden, verwenden jedoch meist eine mechanische Konstruktion, und sie sind nicht entsprechend auf die Zündwinkelvoreilkennlinie stabilisiert bei Materialunregelmäßigkeiten und alterungsbedingten Veränderungen. Der aktuelle Zündzeitpunkt des Motors wird nach einer Seite mit beträchtlichem Abstand von dem oben beschriebenen erwünschten
Zündzeitpunkt eingestellt, um das Klopfen der Maschine zu verhindern, wodurch der Wirkungsgrad der Maschine verschlechtert wird. Selbst wenn aber eine Zündzeitpunktsteuerung verwendet wird, welche geringere Unregelmäßigkeiten
und alterungsbedingte Veränderungen aufweist, hängt die
Klopferscheinung des Motors von der Temperatur der Ansaugluft, deren Feuchtigkeit und außerdem von dem Luft-Kraftstoff verhältnis des Motors ab. Selbst wenn also der Zündzeitpunkt so eingestellt wird, daß er unter bestimmten
Arbeitsbedingungen des Motors kein Klopfen verursacht, kann das Klopfen unter veränderten Bedingungen des Motors auftreten.

Der Zündzeitpunkt kann auf einen Wert eingestellt werden, bei dem kein Klopfen verursacht wird, indem das Auftreten

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von Klopfen gemessen wird und indem der Zündzeitpunkt verzögert wird, selbst wenn beim Zündvoreilungswinkel aufgrund der Unregelmäßigkeiten des Materials und von Unterschieden in den Arbeitsbedingungen des Motors ein Fehler auftritt, wobei jedoch das Klopfen häuf ig mehr in der Beschleunigungszeit als bei normalem Lauf des Motors auftritt, wobei der Klopfpegel groß wird. Dabei ist es notwendig, einen größeren Aussteuerungswinkel als bei der normalen Betriebszeit vorzusehen, um das Klopfen während der Einschwingzeit ausreichend zu unterdrücken.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Berücksichtigung der oben genannten Umstände -und Probleme eine Zündzeitpunktsteuerung für einen Innenverbrennungsmotor zu schaffen, welche den Zündzeitpunkt des Motors in einem genügend weiten Winkelbereich regeln kann, indem der Regelungswinkelbereich des Zündzeitpunkts in Abhängigkeit von einem Klopfsignal während der Beschleunigungszeit des Motors vergrößert wird, und welche sofort beim Auftreten von häufigem Klopfen oder von übermäßigem Klopfen wirksam Abhilfe schaffen kann und welche auch den Zündzeitpunkt während der normalen Betriebszeit nach der Beschleunigung in geeigneter Weise steuern kann, wobei.ein effizienter Motorbetrieb gewährleistet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündzeitpunktsteuerung,

Fig. 2 die Kurve eines Ausgangssignals eines bei der Steuerung verwendeten Beschleunigungsfühlers,

Fig. 3 und 4 verschiedene Wellenform-Diagramme für den Betrieb zu einer Zeit, in der im Motor koin Klopfen auftritt, und zu einer Zeit, in der Klopfen auftritt,

Fig. 5 eine charakteristische Kurvendarstellung des maximalen Phasenverschiebungswinkels der Steuerung und

Fig. 6 und 7 charakteristische Kurvendarstellungen der Nachführgeschwindigkeit zum Zündzeitpunkt. /

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerung. Dabei ist mit 1 ein Beschleunigungssensor bezeichnet, welcher an einem Innenverbrennungsmotor (nicht dargestellt) zur Feststellung der Vibrationsbeschleunigung des Motors angebracht ist, mit 2 ist ein Frequenzfilter bezeichnet, welches lediglich eine Signalkomponente hoher Frequenzempfindlichkeit vom Ausgangssignal des Sensors 1 für das Klopfen des Motors abgibt, das Bezugszeichen 3 bezeichnet ein Analogr glied, welches ein Geräusch unterdrückt, das eine Störschwingung für die Feststellung des Klopfens des Motors aus dem Ausgangssignal des Filters 2 darstellt, mit dem Bezugszeichen 4 ist eine Zeitsteuereinheit zum Festlegen des öffnens oder Schließens des Analoggliedes 3 bezeichnet, 5 bedeutet einen Geräuschpegeldetektor zur Feststellung des Pegels des mechanischen Schwingungsgeräusches des Motors mit Ausnahme der Klopfzeit,und 6 ist e^n Komparator, welcher die Ausgangsspannung des Analoggliedes 3 mit der des Detektors 5 vergleicht, um einen KlopfdetektionsimpuLs zu erzeugen.

Mit 7 ist ein Integrator bezeichnet, welcher den Ausgangsimpuls des Komparators 6 integriert, um eine integrierte

Spannung entsprechend der Klopfstärke zu erzeugen, 8 ist ein Phasenschieber, welcher die Phase eines Zündsignals verschiebt, so daß es ein Referenzsignal entsprechend dem Ausgangssignal des Integrators 7 wird, mit 9 ist ein Drehsignalgenerator bezeichnet, welcher ein Zündsignal entsprechend einer vorgegebenen Zündwinkelvoreilung er- '

zeugt, 10 ist eine Wellenformerzeugungsschaltung, welche die Wellenform des Ausgangssignals vom Generator 9 formt und die Schließwinkelsteuerung der Erregung einer Zündspule 12 erzeugt. Mit 11 ist ein Schalterkreis bezeichnet, ■ welcher die Erregung der Spule 12 entsprechend dem Aus- : gangssignal des Phasenschiebers 8 unterbricht, mit 13 ist I ein Druckfühler bezeichnet, welcher den Ansaugdruck im Verteiler des Motors mißt, während mit dem Bezugszeichen 14 ein Beschleunigungsdetektor bezeichnet ist, welcher den Beschleunigungszustand des Motors aus der Veränderung des Ausgangssignals des Sensors 13 bestimmt.

Fig. 2 zeigt die Frequenzcharakteristik des Ausgangssignals vom Sensor 1, wobei die Kurve A den Fall zeigt, daß kein Klopfen im Motor auftritt, während die Kurve B den Fall zeigt, daß im Motor ein Klopfen auftritt.

Das Ausgangssignal des Sensors 1 enthält ein Klopfsignal, welches beim Klopfen des Motors, einem mechanischen Geräusch des Motors, erzeugt wird, sowie eine Vielzahl von Geräuschkomponenten, welche den anderen Signalübertragungsleitungen überlagert sind, wie z.B. ein Zündgeräusch Vergleicht man die Kurve A mit der Kurve B, so sieht man daraus, daß das Klopfsignal eine bestimmte Verteilung der Frquenzcharakteristik besitzt. Diese Verteilungen unterscheiden sich leicht in Abhängigkeit von der Art und dem Typ des Verbrennungsmotors und von der Befestigungsstelle des Fühlers, doch sie zeigen jeweils klare Unterschiede bezüglich des Vorhandenseins oder des NichtVorhandenseins

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eines Klopfgeräusches. Entsprechend kann das Klopfsignal wirksam festgestellt werden, indem man lediglich die spezifische Frequenzkomponente des Klopfsignals durch Unterdrückung der Geräusche mit anderen Frequenzkoinponenten erzeugt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die Wellenformen beim Betrieb an den verschiedenen Abschnitten der Zündzeitpunktsteuerung beim Ausführungsbeispiel von Fig 1, wobei Fig. 3 die Zustände zeigt, bei welchen kein Klopfen im Motor auftritt, während Fig. 4 die Zustände beim Auftreten von Klopfen im Motor zeigt.

Nachfolgend wird nun die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Zündzeitpunktsteuerung beschrieben.

Das Drehsignal, welches vom Generator 9 in Abhängigkeit von der vorgegebenen Zündzeitpunktkennlinie erzeugt wird, wird im Schaltkreis 10 in eine Wellenform für eine öffnungs- und Schließimpulsform mit einem gewünschten Schließwinkel gebracht, und es steuert den Schalterkreis 11 über den Phasenschieber 8, wobei die Erregung der Spule 12 unterbrochen wird. So wird die Zündung des Motors durch die Zündspannung gesteuert, welche auf der Sekundärspulenseite zum Zeitpunkt der Unterbrechung der Erregung erzeugt wird, wobei der Motor angetrieben wird, und die während des Motorbetriebs erzeugte Motorschwingung wird durch den Sensor 1 festgestellt.

Wenn in dem Innenverbrennungsmotor kein Klopfen auftritt, tritt auch keine durch Klopfen verursachte Motorvibration auf, während ein mechanisches Geräusch oder ein Zünd geräusch als überlagerung der Signalübertragungsleitung zum Zündzeitpunkt F am Ausgangssignal des Sensors 1 durch die andere mechanische Vibration erzeugt wird, wie in

Fig. 3(a) gezeigt ist. Dieses Ausgangssignal vom Sensor 1 wird in seinen mechanischen Geräuschkomponenten durch das Filter 2 weitgehend unterdrückt, wie in Fig. 3(b) gezeigt ist, doch da die Zündgeräuschkomponente stark . ist, wird das Zündgeräusch mit einem hohen Pegel selbst nach dem Durchgang durch das Filter 2 ausgegeben.

Da das Zündgeräusch irrtümlich als .ein Klopfsignal ausgewertet werden könnte, da das Zündgeräusch bleibt, wie es ist, wird das Analogglied 3 durch das in Fig. 3(c) gezeigte Ausgangssignal von der durch das Ausgangssignal des Phasenschiebers 8 getriggerten Steuereinheit 4 nur während einer vorgegebenen Zeitspanne vom Zündzeitpunkt F geschlossen, wodurch das Zündgeräusch unterdrückt wird. Auf diese Weise wird lediglich das mechanische Geräusch mit niedrigem Pegel, das in Fig. 3(d) in der Kurve A gezeigt ist, am Ausgang des Analoggliedes 3 erhalten . Andererseits ist beim Detektor 5 eine Kennlinie vorgesehen, welche den Änderungen des Spitzenwertes beim Ausgangssignal des Analoggliedes 3 und in diesem Fall den relativ kleinen Änderungen im Spitzenwert des gewöhnlichen mechanischen Geräusches entspricht, und es wird eine Gleichspannung erzeugt, welche nur geringfügig höher ist als der Spitzenwert des mechanischen Geräusches, wie mit der Kurve B in Fig. 3(d) gezeigt ist. Da das Ausgangssignal des Detektors 5 größer ist als der mittlere Spitzenwert des Ausgangssignals vom Analogglied 3, wird vom Komparator 6, der die beiden Signale vergleicht, kein Ausgangssignal erzeugt, wie in Fig. 3 (e) gezeigt ist, so daß alle Geräusche unterdrückt werden.

Entsprechend erscheint auch am Integrator 7 keine Ausgangsspannung, wie in Fig. 3(f) gezeigt ist; der Phasenverschiebungswinkel (die Phasendifferenz am Eingang und am Ausgang) des Phasenschiebers 8 ist auch Null, die

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Öffnungs- oder Schließphase des Schaltkreises 11, welcher durch das Ausgangssignal des Phasenschiebers 8 gesteuert wird, und damit die Unterbrechungsphase der Erregung der Spule 12, liegt in Phase mit dem Bezug-Zündsignal, als Ausgangssignal der Schaltung 10, wie in Fig. 3(g) gezeigt, und der Zündzeitpunkt liegt an der Stelle des Bezugs-Zündsignals, wie in Fig. 3(h) gezeigt.

Wenn dann aber im Motor ein Klopfen auftritt, ist in der Nähe des Verzögerungszeitpunktes vom Zündzeitpunkt ein Klopfsignal, siehe Fig. 4(a), im Ausgangssignai des Sensors 1 aufgrund der durch das Klopfen verursachten Motorschwingung enthalten, das Ausgangssignal· vom Filter erhält die in Fig. 4(b) gezeigte Gestalt, das durch das Analogglied 3 gehende Signal ist mit einem großen Klopfsignal überlagert, wobei das mechanische Geräusch, wie mit der Kurve A in Fig. 4(d) gezeigt, durch das Ausgangssignal· von der Steuereinheit 4 gemäß Fig. 4(c) überlagert ist. Da der Anstieg des Klopfsignals steil ist,'nachdem das Signal das Analogglied 3 passiert hat, hat der Ausgangsspannungspegel des Detektors 5 eine dem Klopfsignal· entsprechende Verzögerung, die Eingangssignal zum Komparator 6 erhalten die Form, wie sie mit A und B in Fig. 4(d) dargestel·^ ist, und der dem Kiopfsignal· entsprechende Impul·s wird am Ausgang entsprechend der Darsteilung in Fig. 4(e) erzeugt; vom Integrator 7, der das Ausgangssignal des Komparators 6 integriert, wird die integrierte Spannung gemäß Fig. 4(f) erzeugt.

Da der Phasenschieber 8 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal· des Integrators 7 das Ausgangssignal· des Schaitkreises 10 nach der Zeitverzögerungsseite verschiebt, wird die Ausgangsphase des Phasenschiebers 8 von der Phase des Bezugs-Zündungssignais (s. Fig. 4(g)) des Schaitkreises 10 verzögert, wobei der Schaitkreis 11

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durch die in Fig. 4(h) gezeigte Phase betrieben und gesteuert wird, so daß dabei der Zündzeitpunkt durch die Zündspule 12 verzögert und das Klopfen unterdrückt wird.

Die Zustände von Fig. 3 oder Fig. 4 werden auf diese Weise wiederholt, und so kann eine optimale Zündzeitpunktsteuerung erreicht werden.

Das Klopfen in einem Innenverbrennungsmotor tritt während der Beschleunigungszeit des Motors häufiger auf als bei der normalen Betriebszeit des Motors, und bekanntlich ist dieser Pegel hoch. Wenn nun der maximale Regelungswinkel· bei der normalen Betriebszeit und bei der Beschleunigungs- / zeit und wenn auch der Phasenverschiebungswinkel am Phasenschieber 8 jeweils der gleiche ist, dann reicht der Regelungswinkel bei der Beschleunigungszeit nicht aus, so daß das Klopfen nicht genügend unterdrückt werden kann, wodurch sich eine bemerkenswerte Verschlechterung des Betriebes für den Motor, speziell bei hohen Leistungen, ergibt.

Um diese Tendenz zu vermeiden, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fühler 13 zur Feststellung des Ansaugdruckes am Ansaugverteiler des Motors vorgesehen, außerdem ist der Detektor 14 zur Feststellung des Be- . ~

schleunigungszustandes des Motors aufgrund der Pegelveränderung des Drucksignals vom Fühler 13 vorgesehen; das Beschleunigungssignal· vom Detektor 14 wird dem Integrator 7 eingegeben, und die Phasenschieberwinkeisteuerung für den Phasenschieber 8 wird zum Zeitpunkt der Beschleunigung des Motors in genügender Weise größer ausgelegt ais bei der normalen Betriebszeit.

Diese Funktionsweise soll· noch mehr im einzelnen beschrieben werden. Wenn der differenzierte Wert des Drucksignais

vom Fühler 13 durch den Detektor 14 berechnet ist und der berechnete Wert in dom Falle, daß er höher liegt als ein vorbestimmter Wert, als zur Beschleunigungszeit gehörig beurteilt wird, dann wird das Beschleunigungssignal dem Integrator 7 eingegeben, welcher seinerseits bewirkt, daß der Maximalwert der integrierten Spannung einen größeren Wert annehmen kann als bei der normalen Betriebszeit. Da der Phasenschieber 8 das Ausgangssignal vom Schaltkreis 10 entsprechend der Ausgangsspannung des Integrators 7 * verschiebt, wird, wenn die Ausgangsspannung des Integra- / tors 7 einen höheren Wert annimmt als den normalen Wert, , das Ausgangssignal des Schaltkreises 10 als ein Signal ausgegeben, welches in der Phase um einen größeren Winkel verschoben ist als es bei normaler Betriebszeit wäre. Anders ausgedrückt, der maximale Phasenverschiebungswinkel θ. bei normaler Betriebszeit wird durch diese Arbeitsweise, wie in Fig. 5 gzeigt, zu θ_ (wobei θ..<:θ_) , mit dem Ergebnis, daß die Phasenverschiebungswinkelsteuerung während der Beschleunigungszeit in einem genügend großen und weiten Bereich, verglichen mit der normalen Betriebszeit, erfolgen kann. Wenn jedoch andererseits der Phasenverschiebungswinkelbereich bei der Beschleunigungszeit auf diese Weise erweitert ist, wenn ein übermäßiges Klopfen während der Beschleunigungszeit auftritt, wird die Betriebseffizienz des Motors am Zündzeitpunkt der normalen.Betriebszeit nach dem Vergrößern des Phasenverschiebewinkels des Zündzeitpunkts-wird ein Problem.

Genauer gesagt, wenn der während der Beschleußigungszeit eingeregelte Phasenverschiebewinkel, beispielsweise ein Winkel θ~ gemäß Fig. 5, größer ist als der maximale Verschiebewinkel Θ.. , der bei der normalen Betriebszeit notwendig ist, tritt eine übermäßige Phasenverschiebung um den Winkel (θ~ - Θ-) während der normalen Betriebszeit nach der Beschleunigung auf, und die Rückstellung von

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dieser übermäßigen Verschiebung erfordert normalerweise eine Dauer von mehr als 10 Sekunden, mit dem Ergebnis, daß die Betriebseffizienz des Motors während dieser Rückstelldauer vermindert werden"kann. Deshalb ist es erwünscht, den Verschiebewinkel schnell auf Θ. zurückzustellen, wenn der Verschiebewinkel während der Beschleunigungszeit größer als Θ. war.

Bei dem Ausführungsbeispiel zur Erfüllung dieser Erfordernis wird der Verschiebewinkel sofort auf Θ. zurückgestellt, wenn der Beschleunigungszustand beendet ist, wie in Fig. 6 gezeigt, und der Verschiebewinkel wird dann stufenweise durch die normale Rückstellgeschwindigkeit K des Integrators 7 reduziert. So wird die integrierte Ausgangsspannung des Integrators 7 entsprechend diesem Vorgang in dem vorhergehenden Schaltkreis reduziert, wenn der Betriebszustand des Motors gemäß dem Detektor 14 den Nicht-Beschleunigungszustand einnimmt, und der Verschiebewinkel des Phasenschiebers 8 wird auf den Wert Θ. gesetzt.

Wenn in diesem Fall die Verschiebewinkel gemäß Fig. 6 gleichzeitig mit dem durch den Detektor 14 gemessenen Zurücksetzen des Motors vom Beschleunigungszustand reduziert werden, wird der Zündzeitpunkt übermäßig vorgezogen, wodurch wiederum Klopfen verursacht oder der Abgriff an der Maschine verschlechtert wird. Deshalb wird in diesem Fall die Rückstellgeschwindigkeit auf K gesetzt, bis der Verschiebewinkel von θ~ zu Θ. geworden ist, wie in Fig. 7 gezeigt, und sie kann auf die normale Rückstellgeschwindigkeit K₁ gesetzt werden, wenn der Winkel kleiner als O₁ geworden ist.

Bei der Darstellung in Fig. 7 wird der Verschiebewinkel durchgehend linear von θ_ nach θ gebracht, doch der Winkel kann auch sofort im Bereich zwischen θ_? und B₁ angehalten werden, oder die Rücksetzgeschwindigkeit

kann entsprechend der Motordrehgeschwindigkeit, der Kühlmitteltemperatur oder der Schmieröltemperatur veränderlich gemacht werden. In den Fig. 6 und 7 ist außerdem die Rückstellzeit des Zündzeitpunktes beschleunigt, wenn der Winkel größer ist als der maximale Verschiebewinkel in gewöhnlichem Betriebszustand, doch sie kann auf einen höheren als den vorbestimmten Viert gesetzt werden, wenn der Winkel kleiner ist als der maximale Verschiebewinkel bei gewöhnlichem Betrieb, um eine Anpassung an den Motor zu erreichen.

Nach der oben beschriebenen Erfindung wird das Klopfsignal mit einer bestimmten Frequenz von den Ausgangssignalen des Sensors zum Vibrationsabgriff des Innenverbrennungsmotors ausgewählt und der Zündzeitpunkt wird entsprechend dem Pegel verzögert, wobei das Klopfen unterdrückt wird; der Verschiebewinkel zum Zündzeitpunkt wird während der Beschleunigungszeit des Motors gegenüber der normalen Betriebszeit vergrößert, wodurch das während der Beschleunigungszeit gehäuft auftretende Klopfen genügend unterdrückt wird, und der Verschiebewinkel wird schnell auf den vorgegebenen Wert für normale Betriebszeit zurückgesetzt bei einer normalen Betriebszeit nach der Beschleunigung, wenn der Verschiebewinkel während der Beschleunigungszeit größer geworden ist als der vorbestimmte Wert zur normalen Betriebszeit, wodurch die Betriebseffizienz des Motors auch nach der Beschleunigung der Maschine verbessert wird.

Leerseite

Claims

KALI' M KhRN. l.MlM-WWAI JMi. Km. Ml M HIN

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokio, Japan FAM-6110

Zündzeitpunktsteuerung für einen Verbrennungsmotor /

Patentansprüche

.J Zündzeitpunktsteuerung für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch einen Beschleunigungsfühler (1) zur Abtastung der Vibrationsbeschleunigung des Motors, eine Einrichtung (2, 3) zur Aussonderung einer Klopf-Signalkomponente durch Abtrennung einer Geräuschsignalkomponente vom Ausgangssignal des Beschleunigungssensors,

eine Einrichtung 00)zur Erzeugung eines Zündzeitpunkt-Bezugsignals,

eine Phasenschiebeeinrichtung (8) zur Veränderung der Phase des Zündzeitpunkt-Bezugsignals, eine Schalteinrichtung (11) zum Unterbrechen der Erregung einer Zündspule und

eine Phasenverschiebungswinkel-Schalteinrichtung zur veränderlichen Steuerung des Maximalwertes der Phasenverschiebung des Zündzeitpunkt-Bezugsignals durch die Phasenschiebeeinrichtung (8).

ν ■ * ■ .

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2. ZündzeitpunktSteuerung nach Anspruch 1, dadurch g e ■ kennzeichnet , daß der Maximalwert der Phasenverschiebung durch die Phasenschiebeeinrichtung (8) während der Beschleunigungszeit gegenüber der Normalbetriebszeit vergrößert wird.
3. Zündzeitpunktsteuerung nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichnet , daß die Feststellung, ob der Motor sich in der Beschleunigungszeit befindet, durch die Größe des differenzierten Signalwertes von einem Drucksensor zur Ermittlung des Ansaugdrucks des Motors bestimmt wird.