DE3783510T2

DE3783510T2 - Zuendzeitsteuereinrichtung fuer brennkraftmaschinen.

Info

Publication number: DE3783510T2
Application number: DE8787304183T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki C O Himeji Seis Kanno; Katsuya C O Himeji Se Nakamoto; Jiro C O Himeji Seisa Sumitani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-05-09
Filing date: 1987-05-11
Publication date: 1993-08-26
Anticipated expiration: 2007-05-12
Also published as: EP0245120A2; EP0245120A3; EP0245120B1; DE3783510D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Zündzeitpunktsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die den Saugluftdurchsatz in die Maschine unter Verwendung eines Luftdurchflußmengenmessers mißt und die Zündung der Zündkerzen der Maschine auf der Basis des Ausgangssignals des Luftdurchflußmengenmessers steuert.
Bei einer Brennkraftmaschine ist es üblich, einen Luftdurchflußmengenmesser (nachstehend auch als AFS bezeichnet) in einem Saugluftkanal an der Aufstromseite der Drosselklappe der Maschine anzuordnen und den Saugluftdurchsatz pro Maschinenumdrehung auf der Basis des Ausgangssignals des Luftdurchflußmengenmessers oder AFS zu berechnen. Der Zündzeitpunkt wird dann auf der Basis der berechneten Saugluftdurchflußmenge gesteuert.
Bei einer herkömmlichen Zündzeitpunktsteuervorrichtung ist das Ausgangssignal des Luftdurchflußmengenmessers im allgemeinen ein Analogsignal und muß in vorbestimmten Intervallen in einen Digitalwert umgewandelt und dann durch die Anzahl der Maschinenumdrehungen pro Zeiteinheit dividiert werden, um den Saugluftdurchsatz pro Maschinenumdrehung zu berechnen. Zur Durchführung der A/D-Umwandlung und der Division durch die Zahl von Maschinenumdrehungen pro Zeiteinheit, die sich ständig ändert, wird relativ viel Zeit benötigt. Infolgedessen ist das Ansprechverhalten der Zündzeitpunktsteuerung schlecht.
Da außerdem der Luftdurchflußmengenmesser an der Aufstromseite der Drosselklappe angeordnet ist, stimmt die von dem Luftdurchflußmengenmesser gemessene Luftdurchflußrate nicht immer mit der Ist-Luftdurchflußrate in die Maschinenzylinder überein. Insbesondere bei einem plötzlichen Öffnen der Drosselklappe tritt eine plötzliche Zunahme der Luftdurchflußmenge durch den Luftdurchflußmengenmesser auf, aber durch das Vorsehen eines Druckausgleichbehälters zwischen der Drosselklappe und den Maschinenzylindern erfolgt die Zunahme der Luftdurchflußmenge in die Zylinder eher schrittweise und ist von geringerer Größe als die Zunahme beim Eintritt in den Luftdurchflußmengenmesser. Demgemäß ist die von dem Luftdurchflußmengenmesser gemessene Luftdurchflußmenge größer als die Ist-Luftdurchflußmenge in die Maschine, und wenn der Zündzeitpunkt ausschließlich auf der Basis des von dem Luftdurchflußmengenmesser gemessenen Werts während einer einzigen kurzen Periode, in der sich die Luftdurchflußmenge in einem Übergangszustand befindet, gesteuert werden würde, wäre der Zündzeitpunkt ungenau.
Die US-PS 4 257 377 beschreibt eine Zündzeitpunktsteuervorrichtung, die ein plötzliches Öffnen und Schließen der Drosselklappe ausgleicht. Die Vorrichtung verwendet einen Mikroprozessor, um eine korrigierte Saugluftdurchflußmenge auf der Basis der vorhergehenden Saugluftdurchflußmenge nach Verarbeitung in dem A/D-Wandler und der Änderungsrate der Drehzahl der Maschine zu berechnen. Diese Berechnung zum Erhalt der Korrektur des Saugluftdurchflußmengensignals ist kompliziert und langsam, was zu einem schlechten Ansprechverhalten und ungenügenden Ausgleich führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Zündzeitpunktsteuervorrichtung anzugeben, die ein Minimum an Rechenvorgängen ausführt und gutes Ansprechverhalten hat.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Zündzeitpunktsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine anzugeben, die den Zündzeitpunkt auch dann exakt steuern kann, wenn sich die Saugluftdurchflußmenge in die Maschine in einem Übergangszustand befindet.
Gemäß der Erfindung wird eine Zündzeitpunktsteuervorrichtung gemäß Patentanspruch 1 angegeben.
Bei einer Zündzeitpunktsteuervorrichtung gemäß der Erfindung wird die Luftdurchflußmenge in die Saugluftleitung einer Maschine von einem Karinanwirbel-Luftdurchflußmengenmesser gemessen, und die Maschinenlast wird von einer Lastsensoreinrichtung auf der Basis der Zahl von Ausgangsimpulsen des Luftdurchflußmengenmessers zwischen vorgegebenen Kurbelwinkeln der Maschine gemessen. Der Zündzeitpunkt der Maschine wird von einer Steuereinrichtung auf der Basis des Ausgangssignals der Lastsensoreinrichtung und der Maschinendrehzahl berechnet, und der Strom zu der Zündspule der Maschine wird auf der Basis des berechneten Zündzeitpunkts gesteuert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschema, das das Konstruktionskonzept einer ersten Ausführungsform einer Zündzeitpunktsteuervorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau der Ausführungsform von Fig. 1 und der Ausführungsform von Fig. 9 konkreter zeigt.
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm des Hauptprogramms, das von der CPU 40 von Fig. 2 ausgeführt wird.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Ausgangsfrequenz Fa des Luftdurchflußmengenmessers der Ausführungsform von Fig. 2 und einer Funktion f&sub1; zur Bestimmung eines Grundeinspritzzeitpunkt-Umrechnungskoeffizienten zeigt.
Fig. 5 und Fig. 6 sind Flußdiagramme von Unterbrechungsbehandlungs-Routinen, die von der CPU 40 von Fig. 2 ausgeführt werden.
Fig. 7 ist ein Impulsdiagramm, das die Werte von verschiedenen Parametern beim Betrieb der Ausführungsform von Fig. 1 zeigt.
Fig. 8 ist ein Impulsdiagramm, das die Ausgangssignale des Kurbelwinkelsensors 17, des Zeitgebers 46, des Zeitgebers 47, des Flipflops 48 und der Zündspule 19 beim Betrieb der Ausführungsform von Fig. 1 zeigt.
Fig. 9 ist ein Blockschema, das das Aufbaukonzept einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung eines Modells des Saugluftsystems einer Brennkraftmaschine unter Anwendung der Erfindung.
Fig. 11 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen der Ansaugluft in den Luftdurchflußmengenmesser von Fig. 10 und der Ansaugluft in die Zylinder der Maschine.
Fig. 12 ist ein Wellenformdiagramm, das die Änderungen der Luftdurchflußmenge in das Saugluftsystem von Fig. 10 bei einem plötzlichen Öffnen der Drosselklappe zeigt.
Fig. 13 ist ein Flußdiagramm, das eine Unterbrechungsbehandlungs-Routine zeigt, die von der CPU der Ausführungsform von Fig. 9 ausgeführt wird.
In den Zeichnungen sind für gleiche oder entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachstehend werden einige bevorzugte Ausführungsformen einer Zündzeitpunktsteuervorrichtung gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt schematisch das Aufbaukonzept dieser Ausführungsform bei Anwendung in einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine 1. Die Maschine 1 hat ein Luftsaugrohr 15, an dessen auf stromseitigem Ende ein Karmanwirbel-Luftdurchflußmengenmesser 13 angebracht ist. Der Luftdurchflußmengenmesser 13 erzeugt elektrische Ausgangsimpulse mit einer Frequenz, die dem Saugluftdurchsatz durch den Luftdurchflußmengenmesser 13 entspricht. Ein Luftfilter 10 ist an der Aufstromseite des Luftdurchflußmengenmessers 13 angeordnet. Das Saugrohr 15 weist einen Druckausgleichbehälter 11, eine Drosselklappe 12 und vier Kraftstoffeinspritzer 14 auf, die jeweils einem der vier Zylinder der Maschine 1 Kraftstoff zuführen. Verbrennungsgase werden aus der Maschine 1 durch ein Abgasrohr 16 abgeleitet.
Die Maschine 1 weist ferner einen Kurbelwinkelsensor 17 auf, der den Drehwinkel der Kurbelwelle der Maschine 1 aufnimmt und elektrische Ausgangsimpulse zu vorbestimmten Kurbelwinkeln erzeugt, beispielsweise einen Impuls bei jeweils 180º Kurbeldrehung. Die Wassertemperatur des Maschinenkühlwassers wird von einem Wassertemperatursensor 18 gemessen, der einen Thermistor oder dergleichen aufweist, der ein der Temperatur entsprechendes elektrisches Ausgangssignal erzeugt. Jeder Zylinder der Maschine 1 ist mit einer Zündkerze 24 versehen, die über einen Zündverteiler 23 mit einer Zündspule 19 elektrisch verbunden ist.
Eine Zündzeitpunktsteuereinrichtung umfaßt den Luftdurchflußmengenmesser 13, den Kurbelwinkelsensor 17, einen Impulszähler 20, der die Anzahl Ausgangsimpulse des Luftdurchflußmengenmessers 13 zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen des Kurbelwinkelsensors 17 zählt, und eine Steuereinrichtung 22, die die Kraftstoffeinspritzer 14 und den Strom zu der Zündspule 19 auf der Basis der Ausgangssignale des Impulszählers 20, des Kurbelwinkelsensors 17 und des Wassertemperatursensors 18 steuert. Da die Anzahl Impulse, die der Impulszähler 20 zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen des Kurbelwinkelsensors 17 zählt, die auf die Maschine wirkende Last bezeichnet, bildet der Impulszähler 20 eine Einrichtung zur Aufnahme der Maschinenlast.
Fig. 2 zeigt den konkreten Aufbau dieser Ausführungsform. Der Impulszähler 20 und die Steuereinrichtung 22 bilden gemeinsam eine Steuereinheit 30, die die vier Einspritzer 14 und die Zündspule 19 steuert. Die Steuereinheit 30 wird von einer CPU 40 mit einem ROM 41 und einem RAM 42 gesteuert. Das Ausgangssignal des Luftdurchflußmengenmessers 13 wird einem Frequenzteiler 31 zugeführt, der ein Ausgangssignal mit der halben Frequenz des Luftdurchflußmengenmesser-Ausgangssignals bildet. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 31 wird einem der Eingänge eines Exklusiv-ODER-Glieds 32 zugeführt. Der andere Eingang ist mit einem Ausgabeanschluß P1 der CPU 40 verbunden, dessen Ausgangssignal dem Zustand eines Frequenzteilungs-Flags im RAM 42 entspricht.
Der Ausgang des Exklusiv-ODER-Glieds 32 ist mit einem Zähler 33 und einem Unterbrechungs-Eingabeanschluß P3 der CPU 40 verbunden. Das Ausgangssignal des Temperatursensors 18, das ein Analogwert ist, wird einem A/D-Wandler 35 durch eine Schnittstelle 34 zugeführt, und der digitalisierte Wert wird in die CPU 40 eingegeben. Das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 wird einem Wellenformer 36 zugeführt, und die geformte Wellenform wird einem Unterbrechungs-Eingabeanschluß P4 der CPU 40, einem Zähler 37 und einem Zeitgeber 47 als Triggersignal zugeführt. Das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 wird außerdem einer Schnittstelle 45 zugeführt, die Ausgangsimpulse mit einer Frequenz erzeugt, die das 180fache derjenigen des Kurbelwinkelsensors 17 beträgt.
Jeder Impuls von der Schnittstelle 45 entspricht daher 10 Kurbelwellendrehung. Das Ausgangssignal der Schnittstelle 45 wird dem Zeitgeber 47 und einem weiteren Zeitgeber 46 als Taktsignal zugeführt.
Ein Zeitgeber 38 ist mit einem Unterbrechungs-Eingabeanschluß PS der CPU 40 verbunden. Eine nicht gezeigte Batterie für die Maschine ist mit einem A/D-Wandler 39 verbunden, der ein digitales Ausgangssignal bildet, das der Spannung VB der Batterie entspricht, und liefert das Signal an die CPU 40. Ein Zeitgeber 43 wird von der CPU 40 auf einen Anfangswert gesetzt und von einem Ausgangssignal vom Ausgabeanschluß P2 der CPU 40 getriggert. Das Ausgangssignal des Zeitgebers 43 wird einem Treiber 44 zugeführt, der mit jedem der vier Kraftstoffeinspritzer 14 verbunden ist. Die Werte, auf die die Zeitgeber 46 und 47 eingestellt sind, werden von der CPU 40 gesteuert. Das Ausgangssignal des Zeitgebers 47 wird dem Zeitgeber 46 als Triggersignal und dem Rücksetzeingang eines S-R-Flipflops 48 zugeführt, und das Ausgangssignal des Zeitgebers 46 wird dem Setzeingang des Flipflops zugeführt. Ein Ausgangssignal ( ) des Flipflops 48 wird einem Treiber 49 zugeführt, der der Zündspule 19 Strom zuführt.
Nachstehend wird der Betrieb der Ausführungsform von Fig. 2 beschrieben. Das Ausgangssignal des Luftdurchflußmengenmessers 13 wird von dem Frequenzteiler 31 in der Frequenz geteilt, und dessen Ausgangssignal, das eine Frequenz hat, die der halben Frequenz des Ausgangssignals des Luftdurchflußmengenmessers entspricht, wird dem Zähler 33 durch das Exklusiv-ODER-Glied 32 zugeführt, das von der CPU 40 gesteuert ist. Der Zähler 33 mißt die Periode zwischen den abfallenden Flanken des Ausgangssignals des Exklusiv-ODER-Glieds 32. Jedesmal bei einem Abfall im Ausgangssignal des Exklusiv-ODER- Glieds 32, das dem Unterbrechungs-Eingabeanschluß P3 zugeführt wird, führt die CPU 40 eine Unterbrechungsbehandlungs- Routine aus, und die Periode des Zählers 33 wird gemessen. Die Unterbrechungsbehandlung wird einmal in jeder oder in jeder zweiten Periode des Ausgangssignals des Luftdurchflußmengenmessers 13 durchgeführt, und zwar in Abhängigkeit von dem Zustand vom Ausgabeanschluß P1 der CPU 40, der von dem Zustand des Frequenzteilungs-Flags in dem RAM 42 abhängig ist. Das Ausgangssignal des Wassertemperatursensors 18 wird von der Schnittstelle 34 in eine Spannung umgewandelt, das Ausgangssignal der Schnittstelle 34 wird von dem A/D-Wandler 35 in vorgegebenen Intervallen in einen Digitalwert umgewandelt, und das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 35 wird der CPU 40 zugeführt.
Das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 wird dem Unterbrechungs-Eingabeanschluß P4 der CPU 40, dem Zähler 37 und dem Zeitgeber 47 durch den Wellenformer 36 zugeführt. Die CPU 40 führt eine Unterbrechungsbehandlung bei jeder Anstiegsflanke des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 aus, und die Periode zwischen den Anstiegsflanken des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 wird auf der Basis des Ausgangssignals des Zählers 37 bestimmt. In vorgegebenen Intervallen erzeugt der Zeitgeber 38 eine Unterbrechungsanforderung, die dem Unterbrechungs-Eingabeanschluß PS der CPU 40 zugeführt wird.
Der A/D-Wandler 39 führt die A/D-Umwandlung der Spannung VB der nicht gezeigten Batterie durch, und in vorbestimmten Intervallen liest die CPU 40 diese Batteriespannungsinformation aus. Der Zeitgeber 43 wird von der CPU 40 voreingestellt und von dem Ausgabeanschluß P2 der CPU 40 getriggert. Der Zeitgeber 43 liefert Impulse einer vorbestimmten Dauer, und dieser Ausgangsimpuls treibt die Kraftstoffeinspritzer 14 durch den Treiber 44. Die CPU 40 setzt den Zeitgeber 46 auf einen mit T'DW bezeichneten Wert und setzt den Zeitgeber 47 auf den Wert des Zündzeitpunkts . T'DW ist die Anzahl von Graden der Kurbelwinkeldrehung, bei der der Strom zur Zündspule 19 jedesmal beim Zünden der Zündkerzen 24 unterbrochen wird.
Fig. 8 ist ein Impulsdiagramm, das die Ausgangssignale des Kurbelwinkelsensors 17, der Schnittstelle 45, des Zeitgebers 47, des Zeitgebers 46, des Flipflops 48 und der Zündspule 19 im Betrieb der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie diese Figur zeigt, werden die Zeitgeber 46 und 47 von den Ein- Grad-Impulsen der Schnittstelle 45 getaktet. Der Zeitgeber 47 beginnt mit der Anstiegsflanke des Ausgangssignals, vom Kurbelwinkelsensor 17 auf Null herunterzuzählen, und wenn der Zeitgeber 47 Null erreicht, setzt er das Flipflop 48 zurück und unterbricht den Strom zu der Zündspule 19, so daß das Zünden der Zündkerzen 24 veranlaßt wird. Der Zeitgeber 46 beginnt auf Null herunterzuzählen, wenn der Zeitgeber 47 Null erreicht, und wenn der Zeitgeber 46 Null erreicht, setzt er das Flipflop 48 und läßt das erneute Fließen von Strom zu der Zündspule 19 zu.
Nachstehend wird der Betrieb der CPU 40 unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme der Fig. 3, 5 und 6 erläutert. Fig. 3 zeigt das Hauptprogramm der CPU 40. Wenn der CPU 40 ein Rücksetzsignal zugeführt wird, werden in Schritt 100 der RAM 42, die Eingabeanschlüsse und dergleichen initialisiert. In Schritt 101 wird die A/D-Umwandlung des Ausgangssignals des Wassertemperatursensors 18 durchgeführt, und das Ergebnis wird als WT im RAM 42 gespeichert. In Schritt 102 erfolgt die A/D-Umwandlung der Batteriespannung, und das Ergebnis wird als VB im RAM 42 gespeichert. In Schritt 103 wird die Drehzahl Ne in Form von Umdrehungen der Maschine bestimmt durch Berechnen des Werts von 30/TR, wobei TR die Periode des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 in Sekunden ist und gleich der Zeit ist, in der sich die Kurbelwelle um 180º dreht.
In Schritt 104 wird die Frequenz Fa des Ausgangssignals des Luftdurchflußmengenmessers 13 mittels der Gleichung AN · Ne/30 berechnet. AN ist eine Lastinformation; sie ist gleich der Anzahl Ausgangsimpulse, die von dem Luftdurchflußmengenmesser 13 zwischen den Anstiegsflanken von zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Kurbelwinkelsensors 17 erzeugt werden,und bezeichnet die Maschinenlast. In Schritt 105 wird auf der Basis der Ausgangsfrequenz Fa ein Grundeinspritzzeitpunkt-Umrechnungskoeffizient Kp berechnet unter Anwendung einer Funktion f&sub1;, die in bezug auf Fa einen Wert hat, wie er in Fig. 4 gezeigt ist.
In Schritt 106 wird der Grundeinspritzzeitpunkt-Umrechnungskoeffizient Kp durch eine Funktion f&sub2; korrigiert, die von dem Wert der Wassertemperaturinformation WT abhängt, und der korrigierte Wert wird im RAM 42 als Einspritzzeitpunkt-Umrechnungskoeffizient KI gespeichert. In Schritt 107 wird auf der Basis der Batteriespannungsinformation VB eine Datentabelle f&sub3;, die vorher im ROM 41 gespeichert wurde, ausgelesen, und die Totzeit TD (die Ansprechverzögerung der Kraftstoffeinspritzer 14) wird berechnet und in dem RAM 42 gespeichert. In Schritt 108 wird der Leitungswinkel TDW der Zündspule 19 (die Anzahl Grade der Kurbelwinkeldrehung, während welcher der Zündspule 19 zwischen Zündvorgängen der Zündkerzen Strom zugeführt wird) bei einer Drehzahl Ne berechnet, in Schritt 109 wird T'DW = 180 - TDW berechnet, und in Schritt 110 wird der Zeitgeber 46 auf T'DW gesetzt. Nach Schritt 110 springt das Programm zu Schritt 101 zurück.
Fig. 5 zeigt eine Unterbrechungsbehandlungs-Routine, die von der CPU 40 jedesmal ausgeführt wird, wenn das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Glieds 32 abfällt. In Schritt 201 wird das Ausgangssignal TF des Zählers 33 ausgelesen, und dann wird der Zähler 33 gelöscht. TF ist die Periode zwischen aufeinanderfolgenden Anstiegen des Ausgangssignals des Exklusiv- ODER-Glieds 32. In Schritt 202 wird die Periode TF in dem RAM 42 als Periode TA des Ausgangssignals des Luftdurchflußmengenmessers 13 gespeichert. In Schritt 204 wird ein Wert, der als Restimpulsinformation PD bezeichnet ist, zu der kumulativen Impulsinformation PR hinzuaddiert, um einen neuen Wert für die kumulative Impulsinformation PR zu erhalten.
Die kumulative Impulsinformation PR ist die Gesamtzahl von Impulsen, die von dem Luftdurchflußmengenmesser 13 zwischen den Anstiegen aufeinanderfolgender Impulse im Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 abgegeben werden, und wird in Schritt 104 von Fig. 3 als Wert AN genutzt. Zur leichteren Verarbeitung wird PR bei jedem Impuls von dem Luftdurchflußmengenmesser 13 um 156 inkrementiert, so daß der Wert von PR gleich dem 156-fachen der tatsächlichen Zahl von Ausgangs impulsen des Luftdurchflußmengenmessers 13 ist. In Schritt 204 wird die Restimpulsinformation PD gleich 156 gesetzt. In Schritt 205 wird der Pegel vom Ausgabeanschluß P1 invertiert, und die Unterbrechungsbehandlung ist beendet.
Fig. 6 zeigt eine Unterbrechungsbehandlungs-Routine, die von der CPU 40 jedesmal dann ausgeführt wird, wenn eine Unterbrechungsanforderung an dem Unterbrechungs-Eingabeanschluß P4 eingegeben wird, was bei jedem Anstieg im Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 der Fall ist. In Schritt 301 wird aus dem Zähler 37 die Periode zwischen dem momentanen Anstieg und dem vorhergehenden Anstieg des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 ausgelesen und im RAM 42 als Periode TR gespeichert. Dann wird der Zähler 37 gelöscht. In Schritt 302 wird Einspritzzeitpunktinformation TI berechnet auf der Basis der Lastinformation AN, des Zündzeitpunkt-Umrechnungskoeffizienten KI und der Totzeit TD entsprechend TI = AN · KI + TD. In Schritt 303 wird der Zeitgeber 43 auf den Wert der Einspritzzeitpunktinformation TI gesetzt.
In Schritt 304 wird der Zeitgeber 43 getriggert, und die vier Kraftstoffeinspritzer 14 werden gleichzeitig vom Treiber 44 nach Maßgabe der Information TI angesteuert. In Schritt 305 wird die Drehzahl Ne auf der Basis von TR auf die gleiche Weise wie in Fig. 3 berechnet. In Schritt 306 wird der Zündzeitpunkt bestimmt auf der Basis der Werte von AN (dem in Schritt 203 bestimmten Wert von PR) und Ne durch Auslesen einer Datentabelle f&sub5;, die im ROM 41 gespeichert ist. Der Zündzeitpunkt ist gleich der Anzahl von Graden der Kurbelwellendrehung nach einem Anstieg des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17, bei dem die Zündkerzen 24 gezündet werden. In Schritt 307 wird der Zeitgeber 47 auf den Zündzeitpunkt A gesetzt, und die Unterbrechungsbehandlung wird beendet.
Fig. 7 ist ein Impulsdiagramm, das (a) das Ausgangssignal des Frequenzteilers 31, (b) das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17, (c) den berechneten Wert von PD und (d) den berechneten Wert von PR während der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Abarbeitung zeigt. Wie Fig. 7 zeigt, wird der Wert der Restimpulsinformation PD jedesmal auf 156 gesetzt, wenn das Ausgangssignal des Frequenzteilers 31 ansteigt oder abfällt (entsprechend jedem Anstieg im Ausgangssignal des Luftdurchflußmengenmessers 13). Bei jedem Anstieg im Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 wird der Wert von PD um ΔP verringert, das gleich 156 · TS/TA ist, und die kumulative Impulsinformation PR wird um den Wert von PD bei jedem Anstieg oder Abfall des Ausgangssignals des Frequenzteilers 31 erhöht.
Auf die oben beschriebene Weise steuert eine erste Ausführungsform einer Zündzeitpunktsteuervorrichtung den Zündzeitpunkt auf der Basis der Saugluftdurchflußmenge durch den Luftdurchflußmengenmesser während der vorhergehenden halben Umdrehung der Maschine und der Drehzahl der Maschine. Infolgedessen wird die Zahl von Rechenvorgängen, die zur Festlegung des Zündzeitpunkts erforderlich ist, minimiert, die Verarbeitungsgeschwindigkeit ist daher hoch, und die Vorrichtung kann eine hochempfindliche Steuerung durchführen.
Die erste Ausführungsform der Erfindung hat zwar ein sehr gutes Ansprechverhalten für die Steuerung, sie berücksichtigt aber nicht, daß während der Übergangszustände der Luftdurchflußmenge in die Maschine die von dem Luftdurchflußmengenmesser 13 gemessene Luftdurchflußmenge von der Ist-Durchflußmenge in die Zylinder der Maschine verschieden ist. In manchen Fällen kann daher die Steuerung des Zündzeitpunkts, die von der Ausführungsform von Fig. 1 durchgeführt wird, ungenau sein.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist daher mit einer Recheneinrichtung ausgestattet, die die Ist-Luftdurchflußmenge in die Maschinenzylinder auf der Basis des Ausgangssignals des Luftdurchflußmengenmessers 13 berechnet. Die physische Konstruktion dieser zweiten Ausführungsform ist identisch mit der in Fig. 2 für die erste Ausführungsform gezeigten, aber das Programm, das den Betrieb der CPU 40 steuert, unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform. Infolgedessen entspricht das Konzept der zweiten Ausführungsform dem in Fig. 9 gezeigten Schema. Es unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß eine Recheneinrichtung 21 zwischen den Impulszähler 20 und die Steuereinrichtung 22 geschaltet ist. Die Recheneinrichtung 21 empfängt das Ausgangssignal des Impulszählers 20 und berechnet die Ist-Luftdurchflußmenge in die Zylinder der Maschine 1 auf eine Weise, die nachstehend beschrieben wird, und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. Der Impulszähler 20 und die Recheneinrichtung 21 bilden gemeinsam eine Einrichtung zum Messen der Maschinenlast. Die Steuereinrichtung 22 steuert dann die Kraftstoffeinspritzer 14 und die Zündspule 19 der Maschine 1 auf der Basis der Ausgangssignale der Recheneinrichtung 21, des Kurbelwinkelsensors 17 und des Wassertemperatursensors 18.
Bevor der Betrieb der Ausführungsform von Fig. 9 im einzelnen beschrieben wird, sollen die Prinzipien der Rechenvorgänge, die von der CPU 40 durchgeführt werden, unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 12 erläutert werden. Fig. 10 zeigt ein Modell des Ansaugluftsystems der Brennkraftmaschine 1 von Fig. 9. Die Verdrängung der Maschine 1 ist VC, während das Volumen von der Drosselklappe 12 zu den Einlaßventilen der Maschine 1 den Wert VS hat.
Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Luftdurchflußmenge Qa in den Luftdurchflußmengenmesser 13 und der Luftdurchflußmenge Qe in die Zylinder der Maschine 1. In Fig. 11 bezeichnet (a) das Ausgangssignal (mit SGT abgekürzt) des Kurbelwinkelsensors 17, der bei jeweils 180º Kurbelwellendrehung einen Impuls abgibt, während (d) das Ausgangssignal des Luftdurchflußmengenmessers 13 zeigt.
Die Länge der Zeit zwischen dem (n-2)ten Anstieg und dem (n-1)ten Anstieg von SGT ist tn-1, und die Zeitdauer zwischen dem (n-1)ten Anstieg und dem n-ten Anstieg ist tn. Die Saugluftmengen, die während der Perioden tn-1 und tn durch den Luftdurchflußmengenmesser 13 gehen, sind Qa(n-1) bzw. Qa(n), und die Luftmengen, die in die Zylinder der Maschine 1 während der gleichen Perioden tn-1 und tn eintreten, sind Qe(n-1) bzw. Qe(n). Außerdem sind der mittlere Druck und die mittlere Sauglufttemperatur im Druckausgleichbehälter 11 während der Perioden tn-1 und tn jeweils Ps(n-1) bzw. Ps(n) und Ts(n-1) bzw. Ts(n). Qa(n-1) entspricht der Zahl von Ausgangsimpulsen vom Luftdurchflußmengenmesser 13 in der Periode tn-1. Da die Änderungsrate der Sauglufttemperatur klein ist, ist Ts(n-1) angenähert gleich Ts(n), und wenn der Ladungs-Wirkungsgsrad der Maschine 1 konstant ist, gelten die folgenden Beziehungen:
Ps(n-1) · Vc = Qe(n-1) · R · Ts(n) (1),
Ps(n) · Vc = Qe(n) · R · Ts(n) (2),
wobei R eine Konstante ist. Wenn die Luftmenge, die im Ausgleichsbehälter 11 und in der Saugleitung 15 während der Periode tn verbleibt, ΔQa(n) ist, dann ist
ΔQa(n) = Qa(n) - Qe(n)
= Vs · (1/RTs) · (Ps(n) - Ps(n-1)) (3),
und aus den Gleichungen (1) bis (3) wird die folgende Gleichung erhalten:
Qe(n) = [1/(1 + Vc/Vs)] ·Qe(n-1)+ [1 - 1/(1 + Vc/Vs)] · Qa(n) (4).
Infolgedessen kann die Luftmenge Qe(n), die in der Periode tn in die Zylinder der Maschine 1 gelangt, auf der Basis der durch den Luftdurchflußmengenmesser 13 gehenden Luftmenge Qa(n) berechnet werden. Wenn beispielsweise Vc = 0,5 Liter und Vs = 2,5 Liter, so gilt:
Qe(n) = 0,83 · Qe(n-1) + 0,17 · Qa(n) (5).
Fig. 12 zeigt den Zustand in der Saugluftleitung 15, wenn die Drosselklappe 12 plötzlich geöffnet wird. In Fig. 5 zeigt (a) den Öffnungsgrad der Drosselklappe 12, und (b) zeigt die Luftdurchflußmenge Qa durch den Luftdurchflußmengenmesser 13. Wie aus (b) ersichtlich ist, erhöht sich die Luftdurchflußmenge Qa abrupt und geht über einen stationären Wert hinaus, wonach sie auf den stationären Wert abnimmt. (c) zeigt, wie die Luftdurchflußmenge Qe in die Zylinder der Maschine allmählich auf den gleichen stationären Wert ansteigt, ohne darüber hinauszugehen, und (d) zeigt die Änderung des Drucks in dem Druckausgleichbehälter 11.
Das Grundprogramm, das von der CPU 40 dieser zweiten Ausführungsform ausgeführt wird, ist identisch mit dem in Fig. 3 ausgeführten Programm, und eine Unterbrechungsbehandlungs- Routine, die jedesmal ausgeführt wird, wenn das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Glieds 32 abfällt, ist mit derjenigen von Fig. 5 identisch. Der Unterschied zwischen dem Betrieb der ersten und dem der zweiten Ausführungsform liegt in der Unterbrechungsbehandlungs-Routine, die jedesmal dann ausgeführt wird, wenn eine Unterbrechungsanforderung zum Unterbrechungs-Eingabeanschluß P4 vorliegt, wenn das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 ansteigt.
Die zu diesem Zeitpunkt von der Ausführungsform von Fig. 9 ausgeführte Unterbrechungsbehandlungs-Routine wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 13 beschrieben. Dieses Flußdiagramm wird für den Fall erläutert, daß eine Unterbrechungsanforderung zum Zeitpunkt t&sub1;&sub3; in Fig. 7 an dem Unterbrechungs-Eingabeanschluß P4 eingegeben wird. In Schritt 401 wird aus dem Zähler 37 die Periode zwischen dem aktuellen Anstieg (zum Zeitpunkt t&sub1;&sub3;) und dem vorhergehenden Anstieg (zum Zeitpunkt t&sub7;) im Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 ausgelesen und im RAM 42 als Periode TR gespeichert. Dann wird der Zähler 37 gelöscht.
In Schritt 402 wird abgefragt, ob während der Periode TR ein Ausgangsimpuls des Exklusiv-ODER-Glieds 32 aufgetreten ist. Wenn das der Fall ist, wird in Schritt 403 die Zeitdifferenz TS zwischen dem Zeitpunkt des unmittelbar vorhergehenden Ausgangsimpulses des Exklusiv-ODER-Glieds 32 (zum Zeitpunkt t&sub1;&sub2;) und dem Zeitpunkt der aktuellen Unterbrechungsanforderung (Zeitpunkt t&sub1;&sub3;) berechnet. Im Fall von Fig. 7 ist TS = t&sub1;&sub3; - t&sub1;&sub2;. Wenn in der Periode TR kein Ausgangsimpuls vom Exklusiv-ODER-Glied 32 aufgetreten ist, wird in Schritt 404 die Periode TS gleich der Periode TR gesetzt.
In Schritt 405 wird die Zeitdifferenz TS in Impulsinformation ΔP umgerechnet unter Anwendung der Formel ΔP = 156 · TS/TA. Die Impulsinformation ΔP ist der Betrag, um den die kumulative Impulsinformation PR für die Länge der Zeit TS erhöht werden sollte. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist der exakte Wert von ΔP 156 · TS/(t&sub1;&sub4; - t&sub1;&sub2;). Da jedoch t&sub1;&sub4; erst auftreten muß, wird angenommen, daß (t&sub1;&sub4; - t&sub1;&sub2;) gleich TA ist, oder, mit anderen Worten, es wird angenommen, daß das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Glieds 32 über zwei Zyklen im wesentlichen konstant bleibt.
Wenn in Schritt 406 der Wert der Impulsinformation ΔP kleiner oder gleich 156 ist, geht das Programm zu Schritt 408, und wenn er größer ist, wird ΔP in Schritt 407 auf 156 verringert. In Schritt 408 wird die Restimpulsinformation PD um die Impulsinformation ΔP verringert, und der verringerte Wert wird nunmehr zu der Restimpulsinformation PD gemacht. Wenn in Schritt 409 die Restimpulsinformation PD positiv oder Null ist, dann geht das Programm zu Schritt 412, und wenn der berechnete Wert der Impulsinformation ΔP sehr viel größer als der Ausgangsimpuls des Luftdurchflußmengenmessers 13 ist, wird in Schritt 410 die Impulsinformation ΔP gleich PD gesetzt, und in Schritt 411 wird die Restimpulsinformation PD gleich Null gesetzt.
In Schritt 412 wird die kumulative Impulsinformation PR um die Impulsinformation ΔP erhöht, und es wird ein neuer Wert für die kumulative Impulsinformation PR erhalten. PR ist der Anzahl von Impulsen proportional, von denen angenommen wird, daß sie von dem Luftdurchflußmengenmesser 13 zwischen aufeinanderfolgenden Anstiegen im Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17, d. h. zwischen den Zeitpunkten t&sub7; und t&sub1;&sub3;, abgegeben werden.
In Schritt 413 wird eine Berechnung entsprechend der Gleichung (5) ausgeführt, und ein neuer Wert der Lastinformation AN wird berechnet auf der Basis des alten Werts der Lastinformation AN, der bis zu dem vorhergehenden Anstieg im Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 17 (zum Zeitpunkt t&sub7;) berechnet wurde, und der kumulativen Impulsinformation PR, die soeben berechnet wurde. Dabei wird AN berechnet unter Anwendung der Formel AN = (K&sub1;)AN + (1-K&sub1;)PR, mit K&sub1; = eine Konstante. Wenn in Schritt 414 die neue Lastinformation AN größer als ein vorgegebener Wert ist, dann wird sie in Schritt 415 auf verringert, so daß auch dann, wenn die Drosselklappe der Maschine 1 vollständig geöffnet ist, die Lastinformation AN den Istwert nicht zu stark überschreitet.
In Schritt 416 wird die kumulative Impulsinformation PR gleich Null gesetzt. In Schritt 417 wird die Einspritzzeitpunktinformation TI berechnet auf der Basis der Lastinformation AN, des Einspritzzeitpunkt-Umrechnungskoeffizienten K&sub1; und der Totzeit TD, und zwar gemäß TI = (AN · KI) + TD. In Schritt 418 wird der Zeitgeber 43 auf den Wert von TI gesetzt, und in Schritt 419 wird der Zeitgeber 43 getriggert, so daß die vier Kraftstoffeinspritzer 14 gleichzeitig von dem Treiber 44 nach Maßgabe der Einspritzzeitpunktinformation TI angesteuert werden.
In Schritt 420 wird die Drehzahl Ne auf der Basis des Werts von TR berechnet. In Schritt 421 wird auf der Basis der Werte von AN und Ne der Zündzeitpunkt A durch Auslesen einer Datentabelle f&sub5;, die vorher im ROM 41 gespeichert wurde, ermittelt. In Schritt 422 wird der Zeitgeber 47 auf den Wert des Zündzeitpunkts gesetzt, und die Unterbrechungsbehandlung wird beendet.
Gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform der Erfindung werden also die Kraftstoffeinspritzer 14 und die Zündspule 19 nach Maßgabe der Ist-Luftdurchflußmenge in die Zylinder der Maschine 1 gesteuert. Daher können sowohl die Kraftstoffzufuhr als auch der Zündzeitpunkt exakt gesteuert werden, auch wenn sich die Luftdurchflußmenge in einem Übergangszustand befindet.
Bei den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird das Exklusiv-ODER-Glied 32 so gesteuert, daß sich sein Ausgangsimpuls mit der zweifachen Rate des Ausgangssignals des Frequenzteilers 31 ändert, d. h. also, so daß er sich mit der gleichen Rate wie das Ausgangssignal des Luftdurchflußmengenmessers 13 ändert. Die Frequenz des Ausgangssignals des Luftdurchflußmengenmessers 13 hängt jedoch von der Maschinenlast ab und ändert sich typischerweise zwischen 40 und 1200 Hz. Außerdem schwankt die Frequenz des Ausgangssignals des Luftdurchflußmengenmessers stark unter hoher Last.
Wenn also die Maschinenlast hoch ist und die Frequenz des Ausgangssignals des Luftdurchflußmengenmessers extrem hoch ist, kann eventuell nicht genügend Zeit verfügbar sein, damit die CPU 40 den Ausgangssignalen nachkommt. Es ist daher auch möglich, die CPU 40 so zu programmieren, daß dann, wenn die Maschinenlast über einem bestimmten Wert liegt (der durch die Anzahl Ausgangsimpulse des Luftdurchflußmengenmessers pro Ausgangsimpuls des Kurbelwinkelsensors 17 gegeben ist), das Exklusiv-ODER-Glied 32 so gesteuert wird, daß sich sein Ausgangssignal mit der gleichen Rate wie der Frequenzteiler 31 ändert, d. h. mit der halben Rate des Ausgangssignals des Luftdurchflußmengenmessers, um dadurch ausreichend Verarbeitungszeit für die CPU 40 zu garantieren und ihr zu ermöglichen, daß sie die Kraftstoffzufuhr und den Zündzeitpunkt über den gesamten Betriebsbereich der Maschine exakt steuert. Das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Glieds 32 kann zu einer Änderung mit der gleichen Rate wie der Frequenzteiler 31 einfach dadurch veranlaßt werden, daß der Pegel des Ausgabeanschlusses P1 konstantgehalten wird.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden die Ausgangsimpulse des Luftdurchflußmengenmessers 13 zwischen den Anstiegsflanken des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 gezählt, aber die Zählung kann auch zwischen den Abfallflanken durchgeführt werden. Außerdem kann die Zahl der Ausgangsimpulse des Luftdurchflußmengenmessers 13 über mehrere Perioden des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 17 anstatt über eine einzige Periode gezählt werden. Außerdem wurde zwar die tatsächliche Zahl von Ausgangsimpulsen des Luftdurchflußmengenmessers 13 gezählt, aber es kann auch ein Wert gezählt werden, der gleich der Anzahl der Ausgangsimpulse des Luftdurchflußmengenmessers 13, multipliziert mit einer der Ausgangsfrequenz des Luftdurchflußmengenmessers 13 entsprechenden Konstanten, ist. Ferner braucht der Winkel der Kurbelwelle nicht von einem Kurbelwinkelsensor 17 aufgenommen zu werden, und die gleichen Auswirkungen können unter Nutzung des Zündsignals für die Maschine erreicht werden.

Claims

1. Zündzeitpunktsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1), wobei die Vorrichtung aufweist: eine Luftdurchflußmengen-Meßeinrichtung (13), die relativ zu einer Drosselklappe der Maschine stromaufwärts positioniert ist, um ein Luftdurchflußmengensignal zu erzeugen, das die Luftdurchflußmenge in die Maschine (1) angibt;

eine Kurbelwinkelsensoreinrichtung (17), um einen Impulszug von Impulsen an vorbestimmten Kurbelwinkelpositionen zu erzeugen; eine Lastsensoreinrichtung (20), um ein Lastsignal zu erzeugen, das die Maschinenlast in Abhängigkeit von dem Luftdurchflußmengensignal zwischen benachbarten Kurbelwinkelimpulsen angibt; eine Steuereinrichtung (22), um den Zündzeitpunkt der Maschine in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine und dem Lastsignal zu bestimmen und um die Zündspule (19) in Abhängigkeit von dem bestimmten Zündzeitpunkt zu steuern;

dadurch gekennzeichnet, daß die Lastsensoreinrichtung (20) eine Einrichtung aufweist, um die Luftmenge (Qe(n)), die in die Zylinder der Maschine angesaugt wird, auf der Basis der folgenden Beziehung zu berechnen:

Qe(n) = [1/(1+Vc/Vs)] · Qe(n-1) + [1-1/(1 + Vc/Vs)] Qa(n);

wobei Vc und Vs die Luftvolumenverdrängung in der Maschine bzw. das Luftvolumen zwischen der Drosselklappe (12) und Einlaßventilen der Maschine sind; Qe(n) und Qe(n-1) die Luftmengen sind, die während der Perioden tn bzw. tn-1 in die Zylinder eintreten; und Qa(n) die von der Luftdurchflußmengen-Meßeinrichtung (13) gemessene Luftdurchflußmenge ist; und um das Lastsignal in Abhängigkeit von der in die Zylinder angesaugten Luftmenge zu erzeugen und dadurch die Steuerung des Zündzeitpunkts auch dann zu erleichtern, wenn sich die Ansaugluftdurchflußmenge in einem Übergangszustand befindet.

2. Zündzeitpunktsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Luftdurchflußmengen-Meßeinrichtung (13) ein impulsförmiges Ausgangssignal erzeugt und die Lastsensoreinrichtung (20) eine Impulszähleinrichtung aufweist, um die Zahl von Ausgangsimpulsen von der Luftdurchflußmengen-Meßeinrichtung zwischen aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen von der Kurbelwinkelsensoreinrichtung (17) bei der Erzeugung des Lastsignals zu zählen.

3. Zündzeitpunktsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Luftdurchflußmengen-Meßeinrichtung (13) ein Karmanwirbel-Luftdurchflußmengenmesser ist.

4. Zündzeitpunktsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kurbelwinkelsensoreinrichtung (17) eine Einrichtung aufweist, um einen Ausgangsimpuls bei jeweils 180º Kurbelwellendrehung zu erzeugen.

5. Zündzeitpunktsteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (22) folgendes aufweist: - einen Speicher (41), in dem eine Funktionstabelle gespeichert ist, die den Zündzeitpunkt als eine Funktion von Lastdaten und Maschinendrehzahl liefert; - eine Einrichtung (40), um den Wert des Zündzeitpunkts aus der Funktionstabelle auf der Basis der Lastdaten von der Lastsensoreinrichtung (20) und der Maschinendrehzahl zu bestimmen; und - eine Einrichtung (43), um den Strom zu der Zündspule (19) auf der Basis des Zündzeitpunkts zu steuern, der aus der Funktionstabelle bestimmt wird.