DE3735382C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Steuern des Zündzeitpunkts und des Ladedrucks bei einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine mit einem Turbolader zum Anlegen eines Ladedrucks an die Brennkammer der Brennkraftmaschine, welche die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist.

Aus DE-OS 33 03 350 sowie der JP-OS 58(1983)-1 67 881 ist eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Bei dieser Steuervorrichtung wird der Ladedruck basierend auf der Brennkraftmaschinendrehzahl und der Brennkraftmaschinen­ belastung alternativ gemäß einem offenen Steuerkreis unter Verwendung von in einem Speicher abgespeicherten Kenngrößen oder gemäß einem geschlossenen Regelkreis derart gesteuert, daß eine Abweichung zwischen einem detektierten Druck und einem Sollwert in einem weiteren Speicher kleiner wird. Einer Klopfregelstufe wird ein Klopfsignal und Kurbelposi­ tionssignal zugeführt, und es wird ein Steuersignal Δα _zk erzeugt, wenn ein Klopfen auftritt. Dieses Signal Δα _zk liegt über einen Komparator und eine jeweilige Begrenzungsstufe an einer Zündeinrichtung zur Begrenzung des Signals auf einen relativ schmalen Bereich zur Verstellung im Sinne einer Spätzündung an, so daß die Abgastemperatur beim Arbeiten des Turboladers nicht auf eine ungewöhnlich hohe Temperatur ansteigt. Die zweite Stufe ermöglicht, daß das Signal im Sinne einer weiteren Spätzündung verstellt wird, wenn der Turbolader außer Betrieb ist. An den Komparator wird zu­ sätzlich zu dem Signal Δα _zk auch ein Bezugswert α _zm (n) an­ gelegt, der sich in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinen­ drehzahl ändert. Das Signal Δα _zk ist die Klopfkorrekturgröße. Die Zündzeitpunktsteuereinrichtung erhält das Signal Δα _zk von der elektronischen Steuereinrichtung und es wird eine Verstellung des Zündzeitpunkts im Sinne einer Spätzündung vorgenommen, wenn das Klopfen aufhört. Die Zündzeitpunkt­ steuereinrichtung bestimmt hierbei den Zündzeitpunkt auf übliche Art und Weise. Bei dieser bekannten Steuervorrich­ tung wird beim Feststellen eines Klopfens eine Klopfkorrektur­ größe für alle Zylinder der Brennkraftmaschine im Hinblick auf die Zündzeitpunktverstellung im Sinne einer Spätzündung berücksichtigt, so daß von dieser Maßnahme auch jene Zylin­ der betroffen sind, in denen kein Klopfen aufgetreten ist. Hierdurch wird die Abgabeleistung der Brennkraftmaschine mehr als nötig herabgesetzt. Ferner besteht hierbei die Gefahr, daß bei der Verkürzung der Brenndauer in der Brenn­ kammer das Luft/Brennstoff-Gemisch nicht vollständig ver­ brannt wird, so daß Teile in das Abgassystem gelangen kön­ nen, in dem es dann verbrennt und die Temperatur der Abgase hierdurch erhöht wird. Wenn somit der Zündzeitpunkt in allen Zylindern selbst dann im Sinne einer Spätzündung verstellt wird, wenn das Klopfen nur in einem Zylinder auftritt, wird die Menge der erzeugten, unverbrannten Gase proportional größer, was zu einer Zunahme der Abgastemperatur und einer entsprechenden Zunahme der Gefahr der Beschädigung der Brennkraftmaschine führt.

In der Literaturstelle DE-Z: "MTZ Motortechnische Zeitschrift", 44 (1983) 4, Seiten 117-120, ist eine Steuervorrichtung für den Ladedruck einer Brennkraftmaschine mit Turbolader be­ schrieben, welche in verallgemeinerter Form das Arbeits­ prinzip der DE-OS 33 03 350 wiedergibt. Hierbei wird ein Mittelwert Δα _z ermittelt, der mit einem Bezugswert ver­ glichen wird, der ausschließlich basierend auf der Brenn­ kraftmaschinendrehzahl bestimmt ist. Wenn der ermittelte Wert den Bezugswert überschreitet, gibt eine Ladedruckver­ stelleinrichtung ein Signal an eine Ladedrucksteuereinrich­ tung ab, um das Ladedruck herabzusetzen. Dieser Mittelwert ist nicht der Wert des endgültigen Zündzeitpunkts, sondern ein Wert einer Klopfkorrekturgröße. Hierbei wird die Klopf­ korrekturgröße Δα _z jedesmal dann verändert, wenn ein Klopfen auftritt, und zwar solange, bis dieser Wert den Grenzwert Δα _zmax erreicht, der auf der Basis einer Abgastemperatur bestimmt ist. Auch bei dieser Steuervorrichtung ergeben sich die voranstehend erläuterten Schwierigkeiten.

In der Literaturstelle DE-Z: "MTZ Motortechnische Zeit­ schrift", 46 (1985) 2, Seiten 39-47, ist eine Klopfregelung beschrieben. Diese Klopfregelung basiert auf dem gleichen Arbeitsprinzip wie die vorangehend erläuterten Ausführungs­ formen von Steuervorrichtungen, gemäß dem beim Auftreten eines Klopfens die Zündzeitpunkte aller Zylinder im Sinne einer Spätzündung, und zwar in jeweils gleichem Maße ver­ stellt werden. Hieraus läßt sich lediglich entnehmen, daß man unterschiedliche Zündzeitpunkte für die Mehrzahl von Zylinder bestimmen und erfassen kann, da mit Hilfe dieser Steuervorrichtung ein Zündzeitpunkt für jeden einzelnen Zylinder bestimmt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Steuern des Zündzeitpunktes und des Ladedrucks bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einem Turbolader der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß damit eine Vorrichtung zum Starten des Zündzeitpunkts und des Lade­ drucks einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bereitgestellt werden kann, welche eine Begrenzung des Brennkraftmaschinen­ abgabeleistungsverlustes und des Abgastemperaturanstieges auf möglichst niedrige Werte ermöglicht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Steuern des Zündzeitpunkts und des Ladedrucks bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einem Turbolader mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern des Zünd­ zeitpunkts und des Ladedrucks bei einer Mehrzylinder-Brenn­ kraftmaschine mit einem Turbolader wird ein Zündzeitpunkt für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine gesondert bestimmt, wobei man sich die Tatsache zunutze macht, daß der Klopf­ zustand häufig immer in ein und demselben Zylinder auftritt. Durch diese jeweils gesonderte Verstellung des Zündzeitpunkts für die jeweiligen Zylinder können der Brennkraftmaschinen­ abgabeleistungsverlust und der Abgastemperaturanstieg auf ein Minimum begrenzt werden. Das bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung erhaltene Steuersignal ist ein abschlie­ ßendes Zündzeitpunktsteuersignal, das direkt an die Brenn­ kraftmaschine angelegt wird, und der mit diesem Signal zu vergleichende Bezugswert ist eine Größe, die nicht nur auf der Basis der Brennkraftmaschinendrehzahl sondern auf der Brennkraftmaschinendrehzahl und der Brennkraftmaschinenbe­ lastung bestimmt wird. Somit wird dieser Bezugswert auf ähnliche Art und Weise wie der Grundzündzeitpunkt bestimmt. Hierdurch wird erreicht, daß der momentane Verbrennungs­ zustand in den Zylindern der Brennkraftmaschine effektiver bei der Entscheidung des Zeitpunkts der Ladedruckreduzie­ rung Berücksichtigung finden kann. Das mit dem Bezugswert zu vergleichende Signal ist ein Mittelwert des Signales, das aus den Signalen aller Zylinder ermittelt wird, da somit die Zündzeitpunktverstellung im Sinne einer Spät­ zündung beim Auftreten eines Klopfzustandes in einem Zylin­ der mit den Zündzeitpunkten der anderen Zylinder gemittelt wird, an denen beispielsweise kein Klopfen auftritt, wird die Wahrscheinlichkeit der Reduzierung des Ladedrucks herab­ gesetzt und hierdurch wird ein unnötiger Leistungsverlust vermieden. Bei der Vorrichtung zum Steuern des Zündzeit­ punkts und des Ladedrucks bei einer Mehrzylinder-Brennkraft­ maschine mit einem Turbolader nach dem Anspruch 2 wird der Ladedruck reduziert, selbst wenn der Mittelwert nicht den Bezugswert überschreitet und wenn der am stärksten im Sinne einer Spätzündung verstellte Wert des momentanen Zündzeit­ punkts aller vier Zylinder den Bezugszündzeitpunkt im Sinne einer Spätzündung überschreitet. Durch diese Ausgestaltungs­ form der Steuervorrichtung nach der Erfindung wird ermög­ licht, daß, wenn ein starker Klopfzustand in dem Zylinder auftritt, der Druck unmittelbar reduziert werden kann. Dies ist insbesondere im Hinblick auf eine Brennkraftmaschine von Vorteil, bei der leicht eine Beschädigung durch Klopfen verursacht werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Aus­ führungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht einer Vorrich­ tung zum Steuern des Zündzeitpunkts und des Ladedrucks bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einem Turbolader,

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung von näheren Einzelheiten der Einrichtungen der vorstehend ge­ nannten Steuervorrichtung,

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Steuervorrichtung,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung eines Bezugs­ wertes des Zündzeitpunkts zur Bestimmung der Ladedruck­ reduzierung,

Fig. 5 eine Tabelle zur Erläuterung der Art und Weise, mit der der Bezugswert für den Zündzeitpunkt in einem Mikroprozessor der Steuervorrichtung gespeichert wird,

Fig. 6 bis 9 schematische Diagramme zur Gegenüber­ stellung der Arbeitsweise einer üblichen Steuervorrichtung und der Steuervorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 10 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise einer zweiten Ausführungsform einer Steuervor­ richtung zum Steuern des Zündzeitpunkts und des Ladedrucks bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einem Turbo­ lader.

Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht der Vorrichtung zur Steuerung des Zündzeitpunktes und des Ladedrucks bei einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine mit einem Turbolader. Wie in der Figur der Zeichnung gezeigt ist, ist eine erste Einrichtung 10 zum Detektieren einer Kurbelwinkelposition, die als eine elektromagnetische Abtasteinrichtung oder dergleichen aus­ gelegt sein kann, in der Nähe eines Drehteils einer Vier­ zylinder-Brennkraftmaschine 12 zur Detektion von Änderungen des Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine 12 angeordnet, die durch die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 14 (nur einer ist gezeigt) bewirkt wird.

Die Einrichtung bzw. der Kurbelwinkelsensor 10 erzeugt ein Zylinderidentifizierungssignal einmal pro vorbestimmtem Drehwinkel der Kurbelwelle, insbesondere alle 720° der Drehbewegung der Kurbelwelle, währenddem ein Arbeitszyklus beispielsweise in der Reihenfolge erster, dritter, vierter und zweiter Zylinder beendet ist. Er erzeugt auch TDC- Signale einmal pro 180° Drehbewegung der Kurbelwelle zu dem Zeitpunkt, wenn die Kolben TDC (oberen Totpunkt) erreichen und ferner liefert er in vorbestimmten Winkel­ intervallen Einheitswinkelsignale als Unterteilungen der TDC-Winkelsignale. Wenn man daher die Anzahl der TDC-Winkel­ signale im Anschluß an die Erzeugung des Zylinderidentifi­ zierungssignals zählt, so ist es möglich, zu unterscheiden, welcher Zylinder sich am oberen Totpunkt (TDC) zu dem Zeit­ punkt befindet, wenn das jeweilige TDC-Signal erzeugt wird. Ferner kann die Brennkraftmaschinendrehzahl aus den Winkel­ einheitssignalen ermittelt werden.

Eine Drosselklappe 16 ist in einem Luftansaugkanal 18 der Brennkraftmaschine 12 vorgesehen, und eine zweite Einrichtung zum Detektieren eines Brennkraftmaschinenbelastungszustandes in Form eines Drucksensors 20 ist stromab der Drosselklappe 18 zur Detektion des Absolut­ druckes der an dieser Stelle strömenden Luft vorgesehen. An einem Zylinderblock 22 der Brennkraftmaschine ist ein Kühlmitteltemperatursensor 24 angebracht, um die Tempera­ tur des Brennkraftmaschinenkühlmittels zu detektieren. In ähnlicher Weise ist ein Temperatursensor 25 an einem ent­ sprechenden Teil des Luftansaugkanals 18 angeordnet, um die Temperatur der Ansaugluft zu detektieren. Die Brennkraft­ maschine 12 ist ferner in der Nähe jeder Brennkammer 26 mit einem Klopfsensor 28 versehen, der ein piezoelektrisches Ele­ ment zur Ermittlung des Verbrennungszustandes eines Luft/ Brennstoffgemisches in der Brennkammer 26 aufweist. Alterna­ tiv kann anstelle des Vorsehens eines Klopfsensors 28 für jede der vier Brennkammern 26 auch eine solche Auslegung getroffen werden, daß nur ein einziger Klopfsensor 28 für alle Brennkammern 26 vorgesehen ist und daß bestimmt wird, welcher Zylinder sich in der TDC-Position zum Zeitpunkt des Auftretens des Klopfens befindet, und zwar auf der Basis des Ausgangs des Kurbelwinkelsensors 10. Der Ausgang des Klopfsensors 28 wird an eine Steuervorrichtung 30 übergeben.

Die genaue Auslegung der Steuervorrichtung 30 ist in Fig. 2 gezeigt. In der Steuervorrichtung 30 wird das Signal von dem Klopfsensor 28 an eine dritte Einrichtung zum Detektieren eines Klopfzustands für jeden Zylinder in Form einer Klopfdetektionsschaltung 32 angelegt, in der es zu Beginn in ein Bandpaßfilter 34 eingegeben wird, um die Frequenzkomponenten einschließlich der Klopffrequenz­ komponente durchzulassen. Der Ausgang des Bandpaßfilters 34 ist einerseits mit einer Spitzenwerthalteschaltung 36 verbun­ den, in der der Spitzenwert des Klopfsignales detektiert und gehalten wird. Auch wird der Ausgang an einen Vergleichsbe­ zugswertgenerator 38 angelegt, in dem der Mittelwert des Signales von dem Klopfsensor 28 bestimmt wird. Die Ausgänge der Spitzenwerthalteschaltung 36 und des Vergleichsbezugs­ wertsgenerators 38 werden an einen Komparator 40 angelegt, in dem die beiden Ausgänge verglichen werden. Wenn der Spitzen­ wert den Mittelwert überschreitet, so wird bestimmt, daß ein Klopfen aufgetreten ist. Die der Klopfdetektionsschaltung 32 folgende Stufe ist ein Mikroprozessor 42. Die Hauptteile des Mikroprozessors 42 sind ein Eingangsteil 42 a, ein A/D- (Analog/Digital)Wandler 42 b, eine CPU (zentrale Verarbei­ tungseinheit) 42 c, ein ROM (Festspeicher) 42 d, ein RAM (Randomspeicher) 42 e und ein Ausgabeteil 42 f. Der Ausgang der Klopfdetektionsschaltung 32 wird in den Mikroprozessor 42 eingegeben und in RAM 42 e gespeichert.

Der Ausgang des Kurbelwinkelsensors 10 wird auch in die Steuer­ vorrichtung 30 eingegeben, in der das Signal zuerst mittels einer Wellenformformungsschaltung 44 geformt wird und dann wird das Signal in den Mikroprozessor 42 in das Eingabeteil 42 a zur Abspeicherung in RAM 42 e eingegeben. Die Ausgänge des Drucksensors 20 und des Ansauglufttemperatursensors 25 werden ebenfalls in die Steuervorrichtung 30 eingegeben, in der zuerst eine Pegelkonvertierung auf einen vorbestimmten Pegel in ei­ nem Pegelkonverter 46 erfolgt, und dann wird das mit Hilfe des A/D-Wandlers 42 b in eine digitale Form umgewandelte Signal weitergeleitet, das dann anschließend in RAM 42 e ge­ speichert wird.

Zurückkehrend zu Fig. 1 ist die Brennkraftmaschine 12 mit einem Turbolader 50 ausgestattet. Insbesondere ist eine Tur­ bine 52 in einer Abgasleitung 54 angeordnet, die einen Kom­ pressor 56 über eine Welle 55 antreibt und der Kompressor 56 drückt unter Druck gesetzte Ansaugluft in die Brennkammer 26. Die Abgasleitung 54 ist mit einem Bypass 58 versehen und ein Abgasabsperrventil 60 ist an der Verzweigungsstelle zwi­ schen der Abgasleitung 54 und dem Bypass 58 vorgesehen. Das Abgasabsperrventil 60 ist mit einer Abgasabsperrventilbe­ tätigungseinrichtung 62 verbunden, die derart arbeitet, daß sie das Abgasabsperrventil 60 öffnet und schließt, um die durch den Bypass 58 gehende Abgasmenge und somit den Lade­ druck zu regeln. Wenn insbesondere das Abgasabsperrventil offen ist, wird der Ladedruck reduziert. Auch ist eine Regel­ einrichtung, wie ein Überdruckventil (nicht gezeigt), vor­ gesehen, um zu verhindern, daß der Ladedruck über einen vor­ bestimmten Wert ansteigt. Bei dem System mit der vorstehend genannten Auslegung ermittelt CPU 42 c des Mikroprozessors 42 die Brennkraftmaschinendrehzahl aus dem Ausgang des Kurbel­ winkelsensors bzw. der ersten Einrichtung 10, und unter Verwendung der ermittelten Brenn­ kraftmaschinendrehzahl und des Ausgangs des Drucksensors bzw. der zweiten Einrichtung 20, die als Adreßdaten dienen, wird ein Grundzündzeitpunkt für die jeweiligen Zylinder aus einer in ROM 42 d gespeicherten Tabelle abgeleitet. Auch wird der so bestimmte Grundzündzeit­ punkt auf der Basis des Ausgangs der Temperatursensoren 24 und 25 und ferner in Abhängigkeit von dem Ausgang der Klopf­ detektionsschaltung bzw. der dritten Einrichtung 32 verstellt, die eine Verstellgröße zur Verhinderung des Klopfens ermittelt, die verwendet wird, um den Zündzeitpunkt auf eine Endgröße einzustellen. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird ein Zündbefehl über eine Zündzeitpunktsteuereinrichtung, basierend auf dem endgültigen Zündzeitpunkt, über eine erste Ausgabeschaltung 64 einer Zündeinrichtung 66 übermittelt, die von einer Zünd­ einrichtung und einem Zündverteiler (nichts hiervon ist ge­ zeigt) gebildet wird, um hierdurch ein Luft/Brennstoffgemisch in der Brennkammer 26 über eine Zündkerze (nicht gezeigt) zu zünden. Wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, liefert CPU 42 c auch einen Befehl zu der Abgasabsperrventil­ betätigungseinrichtung 62 über eine zweite Ausgabeschaltung 68, wodurch das Öffnen des Abgasabsperrventils 60 gesteuert wird, um den Ladedruck zu steuern.

Die Arbeitsweise der Steuervorrichtung wird nachstehend unter Bezug­ nahme auf das Flußdiagramm nach Fig. 3 erläutert. Dieser pro­ grammatische Ablauf beginnt bei einem vorbestimmten Kurbel­ winkel oder zu vorbestimmten Zeitintervallen.

Im Schritt 100 wird der Zylinder auf der Basis des Zylinder­ identifizierungssignales und des TDC-Signalausgangs von dem Kurbelwinkelsensor 10 identifiziert und dem Zylinder wird eine Adresse C/A = n zugewiesen.

Im folgenden Schritt 102 wird dann der Grundzündzeitpunkt R b für den betreffenden Zylinder (C/A = n) ermittelt. Diese Er­ mittlung erfolgt im Mikroprozessor 42 mit Hilfe von CPU 42 c, die die Brennkraftmaschinendrehzahl aus dem Einheitswinkel­ signal von dem Kurbelwinkelsensor 10 ermittelt und das Er­ gebnis der Ermittlung und den durch den Drucksensor 20 detektierten Druckwert als Adreßdaten für die Ableitung des Grundzündzeitpunktes aus der Grundsteuertabelle verwendet, die in ROM 42 d gespeichert ist.

Der Verfahrensablauf wird dann mit dem Schritt 104 fortge­ setzt, in dem bestimmt wird, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Dies erfolgt dadurch, daß die in RAM 42 e während der vorangehenden Zündungen des betreffenden Zylinders (C/A = n) gespeicherten Klopfdaten gelesen werden, und wenn sich heraus­ stellt, daß ein Klopfen aufgetreten ist, wird der Verfahrens­ ablauf mit dem Schritt 106 fortgesetzt, indem eine Klopfein­ stellgröße R k für den betreffenden Zylinder (C/A = n) bei­ spielsweise um ein Grad pro jeweils detektiertem Klopfen für eine Zündzeitpunktverstellung im Sinne einer Spätzündung ermittelt wird.

Im nächsten Schritt 108 wird dann der tatsächliche Grundzündzeit­ punkt R ig für den betreffenden Zylinder (C/A = n) ermittelt. Dies erfolgt dadurch, daß die Klopfeinstellgröße R k zu dem im Schritt 102 ermittelten Grundzündzeitpunkt addiert wird und daß dann in entsprechender Weise diese Summe zu einer Einstellgröße addiert wird, die durch Ermittlung eines Tem­ peraturkompensationswertes, basierend auf den Ausgängen des Kühlmitteltemperatursensors 27 und des Temperatursensors 25 bestimmt wird. Wenn die Einstellgröße eine Zündzeitpunkt­ verstellung im Sinne einer Spätzündung darstellt, so wird sie als negativ definiert und wenn die Zündzeitpunktver­ stellung im Sinne einer Frühzündung erfolgt, so wird diese als positiv definiert. Wenn ein Klopfen im Schritt 104 nicht detektiert wird, wird der Verfahrensablauf direkt mit dem Schritt 108 fortgesetzt. Wenn dies unmittelbar nach dem Ver­ meiden des Klopfens jedoch auftritt, erfolgt eine entspre­ chende Verstellung im Schritt 108, um ein Rückführen des Zündzeitpunktes zur Verstellung im Sinne der Frühzündung zu bewirken.

Der Verfahrensablauf wird dann in dem Schritt 110 fortgesetzt, in dem ein Zündbefehl an den betreffenden Zylinder (C/A = n) abgegeben wird und dann wird der Verfahrensablauf mit dem Schritt 112 fortgesetzt, in dem bestimmt wird, ob in dem be­ treffenden Zylinder während der tatsächlichen Zündung ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Zum Ausführen dieser Schritte liefert CPU 42 c einen Befehl über das Ausgabeteil 42 f, mit dem der Spitzenwerthalteschaltung 36 vorgegeben wird, daß der Spitzenwertausgang von dem Bandpaßfilter 34 während einer vorbestimmten Zeitdauer nach der Zündung aufrechterhalten wird und hierdurch wird bewirkt, daß der Komparator 40 den Spitzenhaltewert mit dem Ausgang des Vergleichsbezugwert­ generators 38 vergleicht. Dieser Ausgang stellt den Mittel­ wert des Ausganges des Bandpaßfilters 34 über eine vorbe­ stimmte Zeitperiode hinweg dar. Das Ergebnis der Bestimmung wird dann an RAM 42 e abgegeben, in dem diese Größe ge­ speichert wird, um beim nächsten Programmbeginn verwendet zu werden.

Der Verfahrensablauf geht dann mit dem Schritt 114 weiter, in dem der tatsächliche Grundzündzeitpunkt R ig für den betreffenden Zylinder (C/A = n) und die restlichen drei Zylinder (C/A = n-1 bis C/A = n-3) gemittelt werden, um einen Mittelwert R igave zu erhalten.

In dem anschließenden Schritt 116 wird dann ein Bezugswert R T für den Zündzeitpunkt bei der Bestimmung ermittelt, ob der Ladedruck reduziert werden soll oder nicht.

Dieser Bezugswert R T wird nachstehend unter Bezug­ nahme auf Fig. 4 näher erläutert. Da es bei einer Brennkraft­ maschine mit einem Turbolader prinzipiell zweckmäßig ist, die­ se mit einem hohen Ladedruck zu betreiben, wenn die Kühlmit­ teltemperatur ansteigt, verschiebt sich der Klopfbereich in dem Zündzeitpunktsbereich mit einer Verstellung im Sinne einer Spätzündung, der mit den gebrochenen Linienzügen Tw 1 und Tw 2 (hohe und niedrige Kühlmitteltemperaturen) angedeutet ist. Somit wird der tatsächliche Grundzündzeitpunkt R ig bezüglich des Grundzündzeitpunktes R b beispielsweise im Sinne einer Spät­ zündung auf einen Wert verstellt, der durch den Punkt A dar­ gestellt ist. (Während der Grundzündzeitpunkt R b in Wirklich­ keit selbst durch die Kühlmitteltemperatur und den Ladedruck beeinflußt wird, wird der Einfluß dieser Einflußgrößen hier vernachlässigt, um die Erklärungen zu vereinfachen). Als Folge hiervon fällt der tatsächliche Grundzündzeitpunkt R ig unter (wird stärker im Sinne einer Spätzündung verstellt als) den Bezugswert R T. Wie vorstehend bereits erläutert worden ist, beginnt die Steuervorrichtung nach der Erfindung zur Reduzierung des Ladedrucks ausgehend von diesem Zeitpunkt zu arbeiten. Auch ist noch zu erwähnen, daß, wenn der Ladedruck einmal re­ duziert worden ist, sich der Klopfbereich in Richtung einer Zündzeitpunktsverstellung im Sinne einer Frühzündung zu der Stelle verschiebt, die mit durchgezogenen Linienzügen Tw 1 und Tw 2 eingetragen sind, so daß der tatsächliche Grundzündzeit­ punkt R ig wiederum im Sinne einer Frühzündung zur Annäherung an den Grundzündzeitpunkt R b verstellt wird. Als Folge hier­ von, wie dies noch nachstehend näher erläutert wird, wird der Ladedruck wiederum erhöht, womit ein Anstieg der Brenn­ kraftmaschinenabgabeleistung verbunden ist.

Ferner ist die Steuervorrichtung derart ausgelegt, daß der Bezugswert R T, auf dem die Entscheidung basiert, ob der Lade­ druck reduziert wird oder nicht, in Abhängigkeit von dem Brenn­ kraftmaschinenbetriebszustand, genauer gesagt in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinendrehzahl und/oder des Ansaugluft­ druckes verändert bzw. erhöht oder erniedrigt wird. Ähnlich wie bei dem dem tatsächlichen Grundzündzeitpunkt R ig, der sich in Ab­ hängigkeit von dem Brennkraftmaschinenzustand ändert, ändert sich auch der Bezugswert R T. Fig. 5 zeigt die Werte des Bezugswertes R T, die in ROM 42 d des Mikro­ prozessors 42 in Form einer Tabelle gespeichert sind. Die in Form einer Tabelle aufgelisteten Werte werden unter Ver­ wendung der Brennkraftmaschinendrehzahl Ne und des Ansaug­ druckes Pb als Adreßdaten abgeleitet. Alternativ ist es mög­ lich, eine solche Auslegung vorzusehen, bei der eine Ableitung der Daten in Fig. 5 unter Verwendung der Brennkraftmaschinen­ drehzahl oder des Ansaugluftdruckes als alleinige Daten für die Adreßdaten erfolgt.

Wiederum bezugnehmend auf Fig. 3 wird der Verfahrensablauf dann mit dem Schritt 118 fortgesetzt, in dem bestimmt wird, ob der Mittelwert R igave des tatsächlichen Zündzeitpunkts für die vier Zylinder nicht größer als der vorstehend genannte Bezugs­ wert R T ist, d. h. ob der Mittelwert R igave über den Bezugswert R T hinaus nachverstellt ist. Wenn heraus­ gefunden wird, daß der Mittelwert R igave um mehr als den Bezugswert R T nachverstellt ist, so wird bestimmt, daß es unmöglich geworden ist, das Klopfen lediglich durch die Zündzeitpunktverstellung und deren Steuerung zu beseitigen. In diesem Fall wird der Verfahrens­ ablauf zur Reduzierung des Ladedrucks mit dem Schritt 120 fortgesetzt, in dem ein Ladedruckreduzierungssteuermerker FTD (nicht gezeigt) im Mikroprozessor gesetzt wird und dann wird der Verfahrensablauf mit dem Schritt 122 fortgesetzt, in dem bestimmt wird, ob eine vorbestimmte Verzögerungszeit abge­ laufen ist. Der Zweck dieser Verzögerungszeit bzw. dieser Zeitverzögerung ist darin zu sehen, daß ein Hochdrehen der Brennkraftmaschine aufgrund von schnellen Schwankungen des Ladedrucks verhindert wird. Wenn im Schritt 122 ermittelt worden ist, daß die vorbestimmte Verzögerungszeit abgelaufen ist, wird der Verfahrensablauf mit dem Schritt 124 fortge­ setzt, in dem der Ladedruck reduziert wird. Dies erfolgt da­ durch, daß ein Magnet (nicht gezeigt) in der Abgassperrven­ tilbetätigungseinrichtung 62 verdreht wird, so daß das Abgas­ absperrventil 60 geöffnet wird und der Abgasstrom im Bypass geführt wird, wodurch der Ladedruck reduziert wird.

Wenn andererseits im Schritt 118 festgestellt wird, daß der Mittelwert R igave nicht den Bezugswert R T im Sinne einer Spätzündung überschritten hat, wird der Verfahrensablauf mit dem Schritt 126 fortgesetzt, in dem bestimmt wird, ob der vorstehend genannte Ladedruckreduk­ tionssteuermerker gesetzt ist. Wenn dieser gesetzt ist, be­ deutet dies, daß ein Klopfen direkt dadurch verhindert wor­ den ist, daß der Ladedruck reduziert wurde. Daher wird der Verfahrensablauf mit dem Schritt 128 fortgesetzt, in dem be­ stimmt wird, ob eine vorbestimmte Verzögerungszeit zur Ver­ hinderung eines Hochdrehens verstrichen ist. Dann wird im Schritt 130 der FTD-Merker zurückgesetzt. Der Verfahrensab­ lauf wird dann mit dem Schritt 132 fortgesetzt, in dem der Magnet (nicht gezeigt) der Abgasabsperrventilbetätigungsein­ richtung 62 entregt wird, so daß der Ladedruck wiederum ansteigen kann. Wenn hingegen im Schritt 126 herausgefunden wird, daß der FTD-Merker zurückgesetzt ist, so ist es nicht notwendig, den Ladedruck zurückzuführen und der programma­ tische Verfahrensablauf wird beendet.

Diese Ausbildungsform der Steuervorrichtung führt die Klopf­ steuerung separat für jeden Zylinder durch und daher ist es möglich, eine unnötige Reduzierung der Brennkraftma­ schinenabgabeleistung zu verhindern, die ansonsten aufgrund der Veränderung beim Auftreten des Klopfens in den verschie­ denen Zylindern auftreten würde. Auch wird hierdurch ermög­ licht, die Beschädigungsgefahr der Brennkraftmaschine in­ folge einer Zunahme der Abgastemperatur zu reduzieren. Ins­ besondere hängt das Auftreten des Klopfens oder das Nichtauf­ treten desselben von der Form der Brennkammer und verschiedenen anderen Einflußgrößen ab, die sich alle leicht von einem zum anderen Zylinder ändern können. Es ist daher sehr wahrschein­ lich, daß das Klopfen nicht gleichzeitig in allen Zylindern auftritt, sondern daß es nur in einem speziellen Zylinder oder in speziellen Zylindern auftritt. Wenn wie in Fig. 6a gezeigt ist, bei der üblichen Steuervorrichtung jedoch der Zündzeitpunkt, an dem das Klopfen aufzutreten beginnt (Klopfgrenze R ig in der Figur) in Richtung einer Zündzeitpunktverstellung im Sinne einer Spätzündung nur für den dritten Zylinder vorgenommen werden soll (d. h. in dem Fall, wenn das Klopfen nur im dritten Zylinder auftritt) wird der Anfangszündzeitpunkt für alle Zylinder gleichzeitig im Sinne einer Spätzündung ver­ schoben. Bei der Steuervorrichtung nach der Erfindung hingegen, wie dies in Fig. 6b gezeigt ist, wird nur der Zündzeitpunkt für den betreffenden Zylinder, d. h. den dritten Zylinder, im Sinne einer Spätzündung verstellt und der Mittel­ wert R igave, der aus der Mittelung der Zündzeitpunkte für alle Zylinder erhalten wird, ist relativ im Sinne einer Früh­ zündung verstellt. Wie daher in Fig. 7 gezeigt ist, ist die Größe des aus der Zündzeitpunktverstellung im Sinne einer Spätzündung resultierenden Leistungsverlustes nur ein Bruch­ teil von jenem, der auftreten würde, wenn der Zündzeitpunkt für alle Zylinder im Sinne einer Spätzündung verschoben würde (in Fig. 7 "MBT" bedeutet die minimale Vorverstellung für das günstigste Drehmoment). Wenn darüber hinaus der Zünd­ zeitpunkt im Sinne einer Spätzündung verstellt wird, so tritt es manchmal auf, daß ein Teil des Luft/Brennstoffgemi­ sches, ohne verbrannt zu sein, zur Abgasseite der Brennkraft­ maschine geleitet wird und dort verbrennt, wodurch ein An­ stieg der Abgastemperatur bewirkt wird. Wie jedoch in Fig. 8a im Vergleich zu dem Fall einer üblichen Steuervorrichtung gezeigt ist, bei dem der Zündzeitpunkt für alle Zylinder gleichzeitig im Sinne einer Spätzündung verstellt wird, ist die Menge dieses unverbrannten Luft/Brennstoffgemisches, das in die Abgasan­ lage gelangt, kleiner, wenn wie bei der Steuervorrichtung nach der Erfin­ dung die Zündzeitpunktverstellung im Sinne einer Spätzündung nur für einen speziellen Zylinder oder spezielle Zylinder vorgenommen wird. Die Zunahme der Abgastemperatur ist daher ebenfalls proportional geringer. Wenn, wie in Fig. 9 gezeigt ist, der Zündzeitpunkt für spezielle Zylinder im Sinne einer Spät­ zündung verstellt wird, ist die Größe der Zündzeitpunktsver­ stellung im Sinne einer Spätzündung resultierend aus der Ver­ wendung eines Mittelwertes, den man durch Mitte­ lung der Zündzeitpunkte sowohl des nachverstellten Zylinders als auch der restlichen Zylinder erhält, relativ klein. Selbst wenn der Zeitpunkt zum Einleiten der Ladedruckreduzierung auf der Basis des Zündzeitpunktes bestimmt wird, so ergibt sich bei der Steuervorrichtung nach der Erfindung generell die Möglichkeit, das Klopfen zu beseitigen, ohne den Ladedruck zu reduzieren, da bei der Er­ findung der Zündzeitpunkt nur für einen speziellen Zylinder oder spezielle Zylinder im Sinne einer Spätzündung verstellt wird. Selbst wenn es notwendig werden sollte, den Ladedruck zu reduzieren, kann der Zeitpunkt tb, zu dem die Reduzierung erfolgt, zeitlich im Vergleich zu dem Reduktionszeitpunkt ta bei der üblichen Steuervorrichtung verzögert werden. Als Folge hiervon ist das Ausmaß der Brennkraftmaschinenabgabeleistungsreduzie­ rung entsprechend klein, wie dies in Fig. 8a dargestellt ist.

Obgleich angegeben ist, daß die Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem die Ladedruckreduzierung einzuleiten ist, auf der Basis des Zündzeitpunktes sowohl bei der üblichen Steuervorrichtung als auch bei der Steuervorrichtung nach der Erfindung erfolgt, so ist dennoch ein nennenswerter Unterschied zwischen den beiden Steuervorrichtungen diesbezüglich vorhanden. Bei der üblichen Steuervorrichtung erfolgt die Be­ stimmung basierend nur auf einer Einflußgröße, die von dem tatsächlichen Zündzeitpunkt gebildet wird, insbesondere der Größe der Zündzeitpunktnachverstellung, während bei der Steuervorrichtung nach der Erfindung die Bestimmung, basierend auf dem tatsächlichen Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine erfolgt, d. h. basierend auf dem tatsächlichen Zündzeitpunkt einschließlich der Größe der Zündzeitpunktnachverstellung. Hierdurch kann die Steuervorrichtung nach der Erfindung in besserer Weise jegliche Änderungen einer Brennkraftmaschinensteuerung wiedergeben, die im Hin­ blick auf den Brennkraftmaschinenbetriebszustand als auch die Betriebsumgebung auftreten können.

Fig. 10 ist ein Flußdiagramm einer zweiten Ausführungs­ form der Steuervorrichtung nach der Erfindung, die nachstehend im Hinblick auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform erläutert wird. Nach dem Schritt 118 ist zusätzlich ein Schritt 200 vorgesehen, der die Steuervorrichtung dahingehend modifiziert, daß selbst dann, wenn der Mittelwert R igave nicht mehr verzögert ist als der Bezugswert R T der Lade­ druck dennoch unmittelbar reduziert wird, wenn der am stärk­ sten im Sinne einer Spätzündung verstellte Wert R igmin des tatsächlichen Zündzeitpunkts aller vier Zylinder den Bezugswert R T in Richtung einer Spätzündung überschreitet. Durch diese Variante kann die Steuervorrichtung die Vorteile erzielen, die auch bei der ersten Ausführungsform vorhanden sind und zusätzlich noch zusätzliche Vorteile, die darin zu sehen sind, daß der Ladedruck unmittelbar reduziert wird, wenn ein star­ kes Klopfen, selbst nur in einem einzigen Zylinder, auftritt, obgleich eine solche Reduktion, basierend auf einem Mittel­ wert, an sich nicht notwendig wäre. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von Brennkraftmaschinen zweckmäßig, die sehr empfindlich gegen Beschädigungen durch Klopfen sind. Die restlichen Schritte 100 bis 118 und 120 bis 132 stimmen mit jenen der ersten Ausführungsform überein.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Steuern des Zündzeitpunkts und des Ladedrucks bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einem Turbolader zum Anlegen eines Ladedrucks an die Brennkammer der Brennkraftmaschine, die aufweist:

• - eine erste Einrichtung (10) zum Detektieren einer Winkelposition einer Brennkraftmaschinenkurbelwelle zur Erzeugung eines die Brennkraftmaschinendrehzahl wiedergebenden Ausgangssignals,
• - eine zweite Einrichtung (20) zum Detektieren eines Brennkraftmaschinenbelastungszustandes zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit hiervon,
• - eine dritte Einrichtung (32) zum Detektieren eines Klopfzustands für jeden Zylinder der Brennkraft­ maschine zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit hiervon,
• - eine Zündzeitpunktsteuereinrichtung, welche die Aus­ gangssignale der ersten, zweiten und dritten Einrich­ tung zur Bestimmung eines Grundzündzeitpunkts (R ig) der Brennkraftmaschine auf der Basis der Brennkraft­ maschinendrehzahl und der Brennkraftmaschinenbelastung erhält und welche den Grundzündzeitpunkt im Sinne einer Spätzündung um eine Größe verstellt, wenn der Klopfzustand festgestellt wird,
• - eine Zündeinrichtung, welche mit der Zündzeitpunkt­ steuereinrichtung zum Zünden eines Luft/Brennstoff- Gemisches in der Brennkammer der Brennkraftmaschine verbunden ist,
• - eine Ladedrucksteuereinrichtung, welche ein Signal der Zündzeitpunktsteuereinrichtung erhält und das Signal mit einem Bezugswert vergleicht, wobei die Ladedrucksteuereinrichtung eine Reduzierung des Ladedrucks vornimmt, wenn das Signal den Bezugswert überschreitet, und
• - eine Betätigungseinrichtung, welche mit der Ladedruck­ steuereinrichtung zur Reduktion des an der Brennkammer der Brennkraftmaschine anliegenden Ladedrucks ver­ bunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - die Zündzeitpunktsteuereinrichtung jeweils den Zünd­ zeitpunkt für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine bestimmt,
• - das von der Zündzeitpunktsteuereinrichtung an die Lade­ drucksteuereinrichtung abgegebene Signal der bestimmte Zündzeitpunkt zum unmittelbaren Betreiben der Zündein­ richtung ist,
• - der mit diesem Signal zu vergleichende Bezugswert (R T) ein Wert ist, der basierend auf der festgestellten Brennkraftmaschinendrehzahl und Brennkraftmaschinen­ belastung bestimmt ist, und
• - die Ladedrucksteuereinrichtung bei Erhalt des Signals einen Mittelwert (R igave) des Signals aller Zylinder ermittelt und den Mittelwert (R igave) mit dem Bezugs­ wert (R T) vergleicht, wobei der Ladedruck reduziert wird, wenn der Mittelwert (R igave) den Bezugswert (R T) im Sinne einer Spätzündung überschreitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ladedrucksteuer­ einrichtung die Reduktion des Ladedrucks bestimmt, wenn der am stärksten im Sinne einer Spätzündung verstellte Wert (R igmin) von allen Zylindern den Bezugswert (R T) für eine Verstellung im Sinne einer Spätzündung über­ schreitet, selbst wenn der Mittelwert (R igave) diesen nicht überschreitet.