DE3917906A1 - SYSTEM FOR ADJUSTING THE IGNITION ANGLE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

SYSTEM FOR ADJUSTING THE IGNITION ANGLE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

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Abstract

A device for adjusting the timing angle of at least one cylinder of an internal combustion engine by means of a controller which controls the peak pressure in the combustion chamber in relation to the crank angle can be used in a process to optimize the timing angle in order to maximize the pressure in the combustion chamber. The control parameters can be finely adjusted in function of the ratio of the change in peak pressure to the change in the timing angle. The device also comprises a microprocessor in which an adaptive characteristic diagram for the reference values of the peak pressure is stored.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Einstellung des Zündwinkels einer Brennkraftmaschine, bei dem herstell­ spezifische Daten dazu benutzt werden, die Einstellung durch Verknüpfung von Einstellkriterien zu bewirken.The present invention relates to an adjustment system the ignition angle of an internal combustion engine in which manuf specific data can be used to adjust the setting Linking setting criteria.

Beim Otto-Motor beeinflußt der Zündzeitpunkt entscheidend die Motorleistung und den Kraftstoffverbrauch. Mit zunehmender Motordrehzahl und ansteigendem Luft/Kraftstoff-Verhältnis muß der Zündzeitpunkt in geeignetem Maße in Richtung "früh" ver­ stellt werden. Zusätzlich wirken Parameter, wie Motorlast und Temperatur, auf den optimalen Zündwinkel. Bisher wurden auf dem Motorprüfstand für einen jeweiligen Motortyp ein Kennfeld durch Versuche ermittelt und anschließend im Fahrzeug nach den vorge­ gebenen Kriterien Verbrauch, Abgas und Fahrverhalten optimiert. Die so ermittelte Zündcharakteristik wurde elektronisch ge­ speichert, so daß während der Betriebszeit des Motors keine Veränderung mehr auftreten konnte.The ignition timing has a decisive influence on the Otto engine Engine performance and fuel consumption. With increasing Engine speed and increasing air / fuel ratio must the ignition timing to a suitable degree in the direction of "early" ver be put. Parameters such as engine load and Temperature, to the optimal ignition angle. So far, on the Engine test bench for a particular engine type through a map Experiments determined and then in the vehicle according to the pre given criteria optimized consumption, exhaust gas and driving behavior. The ignition characteristic determined in this way was electronically generated stores so that none during the operating time of the engine Change could occur more.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dessen Hilfe mit einfachen Mitteln eine adaptive automatische Einstellung des Zündwinkels erreichbar ist.The present invention is based on the object To create a system of the type mentioned at the beginning with its help an adaptive automatic setting with simple means of the ignition angle is achievable.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein System der eingangs genannten Art und gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, das durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale charakterisiert ist.The object underlying the invention is achieved by a System of the type mentioned and according to the preamble of Claim 1 solved by the in the characterizing part of claim 1 is characterized.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are shown in the Characteristics indicated subclaims.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Figuren, die bevorzugte Ausführungsbeispiele betreffen, im einzelnen be­ beschrieben.In the following the invention with reference to several figures preferred embodiments relate to be in detail  described.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Zylinderkopfes mit einem in dem Arbeitsvolumen wirksamen Drucksensor. Fig. 1 shows a schematic representation of a cylinder head with a pressure sensor effective in the working volume.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für eine Schaltungsanordnung zur Durchführung der Funktionen des erfindungsgemäßen Systems. Fig. 2 shows a block diagram of a circuit arrangement for performing the functions of the inventive system.

Fig. 3 zeigt ein Schlußdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte eines sog. Strategie-Reglers. Fig. 3 is a circuit diagram showing the individual process steps of a so-called. Strategy controller.

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte in einem sog. Adaptiven-Regler. Fig. 4 shows a flowchart of the different steps in a so-called. Adaptive controller.

Wie bereits erläutert, zeigt Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems. Aus einem Funktionsblock "Strategie" wird ein Sollwert der Spitzendruck­ lage in dem Arbeitsvolumen über eine Leitung G einem Subtrahier­ glied A zugeführt. Einem zweiten Eingang dieses Subtrahiergliedes wird ein Istwert der Spitzendrucklage zugeführt. Das Ausgangs­ signal dieses Subtrahiergliedes, das den Wert D = 0 annehmen soll, wird einem Proportional-Integral-Differenzial-Regler oder PID-Regler B zugeführt, der vorzugsweise mit einem Mikroprozessor, z. B. des Typs 80 C 196 KA realisiert ist. Das Ausgangssignal dieses Reglers α z wird zum einen einem Identifikator C, der ebenfalls vorteilhafterweise als Mikroprozessor realisiert ist, und zum anderen der Meßstrecke, die den in Fig. 1 gezeigten Zylinderkopf mit dem Drucksensor enthält, an einem Eingang a zugeführt wird. Ein Ausgang b dieser Meßstrecke ist, wie bereits angedeutet, dem zweiten Eingang des Subtrahiergebietes und einem zweiten Eingang des Identifikators C zugeführt. Der Identifikator stellt fest, bei welchem Zündwinkel sich welche Spitzendrucklage ergibt. Mit dem Identifikator korrespondiert ein Zuordner, der vorteilhafterweise als RAM ausgebildet ist und dem aus der Funktionseinheit "Strategie" ein Wert für die angestrebte Regler-Güte zugeführt wird. Andererseits gibt der Zuordner Streckendaten an die Funktionseinheit "Strategie" aus. As already explained, FIG. 2 shows a block diagram of an exemplary embodiment of the system according to the invention. From a function block "strategy" a setpoint of the peak pressure was in the working volume via a line G to a subtractor A fed. An actual value of the peak pressure position is fed to a second input of this subtractor. The output signal of this subtractor, which should assume the value D = 0, is fed to a proportional-integral-differential controller or PID controller B , which is preferably connected to a microprocessor, e.g. B. the type 80 C 196 KA is realized. The output signal of this regulator α z is supplied on the one hand to an identifier C , which is also advantageously implemented as a microprocessor, and on the other hand to the measuring section, which contains the cylinder head shown in FIG. 1 with the pressure sensor, at an input a . As already indicated, an output b of this measuring section is fed to the second input of the subtracting area and to a second input of the identifier C. The identifier determines at which ignition angle which peak pressure position results. An identifier corresponds to the identifier, which is advantageously designed as a RAM and to which a value for the desired controller quality is supplied from the "Strategy" functional unit. On the other hand, the assignor outputs route data to the "strategy" functional unit.

Die Funktionseinheit "Strategie", die unter anderem vorteil­ hafterweise einen Mikroprozessor und ein ROM bzw. EPROM ent­ hält, gibt die Streckendaten in aufbereiteter Form, z. B. zur Steuerung der Einspritzmenge, zu Diagnosezwecken usw. an eine übergeordnete Einrichtung ab. Andererseits werden der Funktions­ einheit "Strategie" Herstellerdaten F eingegeben, aufgrund derer die Funktion in Abhängigkeit von den technischen Kenndaten der betreffenden Bandschaftmaschiene gesteuert werden. Außerdem werden der Funktionseinheit "Strategie" Kurbelwellen- und Nockenwellenpositionsdaten, ein Wert p betreffend den Druck­ verlauf in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel, ein Wert betreffend Abgaswerte aus einem Abgassensor, ein Wert n betreffend die Drehzahl aus einem Drehzahlsensor und ein Wert v betreffend den Drosselklappenöffnungswinkel aus einem Drosselklappensensor eingegeben.The functional unit "strategy", which among other things advantageously contains a microprocessor and a ROM or EPROM ent, gives the route data in a prepared form, eg. B. to control the injection quantity, for diagnostic purposes, etc. from a higher-level device. On the other hand, the functional unit "strategy" manufacturer data F is entered, on the basis of which the function can be controlled as a function of the technical characteristics of the relevant band shaft machine. In addition, the functional unit "strategy" crankshaft and camshaft position data, a value p relating to the pressure curve as a function of the crank angle, a value relating to exhaust gas values from an exhaust gas sensor, a value n relating to the speed from a speed sensor and a value v relating to the throttle valve opening angle from a Throttle valve sensor entered.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren entfallen langwierige Prüfstands- und Fahrversuche. Die Reaktion, die auf einen Zündvorgang folgt, wird mit einem im Brennraum positionierten Drucksensor beobachtet. Aus dem Druckverlauf werden Kriterien zur Zündwinkelverstellung gewonnen.In the method according to the invention, lengthy test bench and driving tests. The reaction that follows an ignition process is observed with a pressure sensor positioned in the combustion chamber. The pressure curve becomes criteria for adjusting the ignition angle won.

Die Lage des Spitzendrucks ist eine sofort zur Verfügung stehen­ de, repräsentative Information über den unmittelbar abgelaufen­ en Verbrennungsvorgang. Mit Hilfe eines adaptiven Regelkreises wird der Zündzeitpunkt so verstellt, daß die Spitzendrucklage einem von außen vorgegebenen Wert entspricht. Eine Identifikation der Strecke Zündwinkel-Spitzendruck ermöglicht ein Nachführen der Reglerparameter und somit ein optimales Einschwingverhalten. Dieser Regelkreis wird zur schnellen Reaktion verwendet, die einsetzt, wenn die gemessene Spitzendrucklage ein zur Initialisierung des Systems vorgegebenes Fenster verläßt oder wenn eine schnelle Betriebspunktänderung von z. B. einem über­ geordneten Managementsystem gefordert ist.The location of the peak pressure is immediately available de, representative information about the immediately expired en combustion process. With the help of an adaptive control loop the ignition timing is adjusted so that the peak pressure position corresponds to an externally specified value. An identification the distance between the ignition angle and peak pressure enables tracking the controller parameters and thus optimal settling behavior. This control loop is used for quick response that begins when the measured peak pressure position Initialization of the system leaves the specified window or if a quick change in the operating point of e.g. B. one over orderly management system is required.

Innerhalb dieses Fensters arbeitet ein vergleichsweise langsamer Regler, der den Zündwinkel auf maximale Motorleistung bei ge­ gebenem Betriebspunkt fährt. Der indizierte Mitteldruck, also das Linienintegral pdV, ist ein Maß der abgegebenen Motorleistung. Zur Bestimmung wird das Drucksignal mit dem zum jeweiligen Kurbelwinkel gehörigen Volumenänderungsbetrag mulitipliziert, aufsummiert und nach jedem Arbeitsspiel ausgewertet.A comparatively slower one works within this window Regulator that sets the ignition angle to maximum engine power at ge  given operating point. The indicated medium pressure, so the line integral pdV is a measure of the engine power output. To determine the pressure signal with the respective The volume change amount associated with the crank angle is multiplied, added up and evaluated after each work cycle.

Bei einem über mehrere Motorzyklen konstanten Lastzustand, der charakterisiert ist durch geringe Drehzahl- und Fahrerwunsch­ änderungen, wird die Spitzendrucklage bei dem optimalen Betriebs­ punkt automatisch in ein Kennfeld eingetragen.With a constant load condition over several engine cycles, the is characterized by low engine speed and driver requirements changes, the peak pressure will be at optimal operation point is automatically entered in a map.

Die ermittelten Spitzendrucklagen werden nach weiteren Kriterien, wie Klopfen und Abgasverhalten, selektiert. Diese Selektion ist dem Regler überlagert und wirkt begrenzend, um Motorschäden zu verhindern und Abgasnormen einzuhalten. Es entsteht während des Betriebs ein an den Motor angepaßtes Kennfeld, das die Sollwerte für den adaptiven Regler liefert.The determined peak pressure levels are based on further criteria, such as knocking and exhaust behavior. This selection is superimposed on the controller and has a limiting effect in order to damage the engine prevent and comply with emissions standards. It arises during of operation a map adapted to the engine, which the Provides setpoints for the adaptive controller.

Die motorspezifische, statistische Streuung der Spitzendruck­ lage bedingt ein entsprechend angepaßtes Fenster. Zur Abhilfe wird die Steuerung aus einer repräsentativen Anzahl von Spitzen­ drucklagen aufgezeichnet und daraus die Fensterbreite adaptiv variiert.The engine-specific, statistical spread of the peak pressure location requires a correspondingly adapted window. As a remedy the control is made up of a representative number of peaks pressure positions recorded and from this the window width adaptive varies.

Im einzelnen sieht das erfindungsgemäße System vor, daß die Spitzendruckanlage des Kompressionsdruckverlaufs in dem Arbeits­ volumen der Brennkraftmaschine erfaßt wird, daß aus der er­ faßten Spitzendrucklage eine diese repräsentierende Information abgeleitet wird, die unmittelbar als Regelgröße in einem Regelkreis zum Einstellen verwendet wird, daß dem Regelkreis eine erzeugte Führungsgröße zugeführt wird und daß der Zündzeit­ punkt mit Hilfe des Regelkreises so eingestellt wird, daß die Spitzendrucklage der erzeugten Führungsgröße entspricht.In particular, the system according to the invention provides that the Peak pressure system of the compression pressure curve in the work Volume of the internal combustion engine is detected that from which it summarized the peak pressure situation this information is derived directly as a controlled variable in one Loop used to adjust that loop a generated reference variable is supplied and that the ignition time point is set using the control loop so that the The peak pressure position corresponds to the reference variable generated.

Die Regelparameter werden entsprechend den von Drahzahl, Last, Luftfeuchtigkeit, Gemischzustand und Motortemperatur abhängigen Parametern der Übertragungsfunktionen zwischen Zündwinkel und Spitzendrucklage nachgeführt. Die Abstimmung der Regelparameter wird zusätzlich von einer erzeugten Hilfsgröße betreffend die Reglergüte, nämlich das Einschwingverhalten des Regelkreises, durchgeführt. Die erzeugte Führungsgröße wird aus einer von dem Hersteller der Brennkraftmaschine festgelegten Verknüpfung ver­ schieden gewichteter Zielgrößen, wie Abgaswerte, Leistung, Fahrkomfort, Betriebssicherheit (Kaltstart, Überhitzung, Klopfen usw.) abgeleitet.The control parameters are set according to the number of wires, load, Humidity, mixture condition and engine temperature depend Parameters of the transfer functions between the ignition angle and  Tracked peak pressure situation. The coordination of the control parameters is additionally generated by an auxiliary variable relating to the Controller quality, namely the transient response of the control loop, carried out. The reference variable generated is one of those Manufacturer of the internal combustion engine established link ver different weighted target values, such as exhaust gas values, performance, Driving comfort, operational safety (cold start, overheating, Knock etc.) derived.

Die den Zielgrößen entsprechenden erforderlichen Sollwerte für den Regelkreis in Phasen niedriger Drehzahl und kleiner Last­ änderung werden automatisch mittels einer selbstlernenden An­ ordnung, wie sie aus dem Stand der Technik in Form eines neuro­ nalen Netzes bekannt ist, ermittelt und gespeichert.The required setpoints corresponding to the target values for the control loop in phases of low speed and low load Changes are automatically made using a self-learning method order as they are from the prior art in the form of a neuro national network is known, determined and stored.

Vorteilhafterweise wird die erzeugte Hilfsgröße abhängig von dynamischen Vorgängen, z. B. Fahrerwunschänderung, Betriebs­ punktänderung, Gemischzustandsänderung, Laufruheänderung, Klopfen usw., verändert.The auxiliary variable generated is advantageously dependent on dynamic processes, e.g. B. Change driver request, operation point change, mixture state change, smoothness change, Knock etc. changed.

Die Hilfgröße kann auch abhängig von einer Überschreitung einer Fensterbreite durch Sollwerteabweichungen geändert werden. Die Einstellung der Fensterbreite wird zweckmäßigerweise abhängig von den statistischen Schwankungen der Sollwertabweichungen berechnet.The auxiliary size can also depend on exceeding one Window width can be changed by setpoint deviations. The Setting the window width is expediently dependent from the statistical fluctuations of the setpoint deviations calculated.

Zur Erfassung des Kompressionsdruckverlaufs ist erfindungsgemäß vorgesehen, in dem Arbeitsvolumen der Brennkraftmaschine einen Drucksensor, vorzugsweise in der Wandung des Zylinderkopfes, anzuordnen.According to the invention, the compression pressure curve is recorded provided one in the working volume of the internal combustion engine Pressure sensor, preferably in the wall of the cylinder head, to arrange.

Claims (9)

1. System zur Einstellung des Zündwinkels einer Brennkraft­ maschine, bei dem herstellerspezifische Daten dazu benutzt werden, die Einstellung durch Verknüpfung von Einstellkriterien zu bewirken, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Spitzendrucklage des Kompressionsdruckverlaufs in dem Arbeitsvolumen der Brennkraftmaschine erfaßt wird,
  • - daß aus der erfaßten Spitzendrucklage eine diese repräsentierende Information abgeleitet wird, die unmittelbar als Regelgröße in einem Regelkreis zum Einstellen verwendet wird,
  • - daß dem Regelkreis eine erzeugte Führungsgröße zugeführt wird und
  • - daß der Zündzeitpunkt mit Hilfe des Regelkreises so einge­ stellt wird, daß die Spitzendrucklage der erzeugten Führungs­ größe entspricht.
1. System for setting the ignition angle of an internal combustion engine, in which manufacturer-specific data are used to effect the setting by linking setting criteria, characterized in that
  • that the peak pressure position of the compression pressure curve is recorded in the working volume of the internal combustion engine,
  • that information representative of this is derived from the peak pressure situation which is used directly as a controlled variable in a control circuit for setting,
  • - That a control variable is fed to the control loop and
  • - That the ignition timing is set with the help of the control circuit so that the peak pressure position corresponds to the generated guide size.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regler­ parameter entsprechend den von Drehzahl, Last, Umgebungsbe­ dingungen, wie Luftfeuchtigkeit, barometischer Druck und Luft­ temperatur, Gemischzustand und Motorbetriebszustand abhängigen Parametern der Übertragungsfunktionen zwischen Zündwinkel und Spitzendrucklage nachgeführt werden.2. System according to claim 1, characterized in that the regulator parameters according to the speed, load, environment conditions such as air humidity, barometric pressure and air temperature, mixture condition and engine operating condition Parameters of the transfer functions between the ignition angle and Peak pressure position to be tracked. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ stimmung der Reglerparameter zusätzlich von einer erzeugten Hilfsgröße betreffend die Reglergüte, nämlich das Einschwingver­ halten des Regelkreises, durchgeführt wird.3. System according to claim 2, characterized in that the Ab tuning the controller parameters additionally from a generated one Auxiliary variable regarding the controller quality, namely the transient response keeping the control loop is carried out. 4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Führungsgröße aus einer von dem Hersteller der Brennkraft­ maschine festgelegten Verknüpfung verschieden gewichteter Ziel­ größen, wie Abgaswerte, Leistung, Fahrkomfort, Betriebssicher­ heit (Kaltstart, Überhitzung, Klopfen usw.) abgeleitet wird.4. System according to one of the preceding claims, characterized in that the generated Reference variable from one of the manufacturers of the internal combustion engine machine-defined link of differently weighted target sizes, such as emissions, performance, driving comfort, operational reliability  unit (cold start, overheating, knocking, etc.) is derived. 5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zielgrößen entsprechenden erforderlichen Sollwerte für den Regelkreis in Phasen niedriger Drehzahl und kleiner Last­ änderung automatisch mittels einer selbstlernenden Anordnung ermittelt und gespeichert werden.5. System according to claim 4, characterized in that the Target values corresponding to the required setpoints for the Control loop in phases of low speed and low load change automatically by means of a self-learning arrangement be determined and saved. 6. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Hilfsgröße abhängig von dynamischen Vorgängen, z. B. Fahrer­ wunschänderung, Betriebspunktänderung, Gemischzustandsänderung, Laufruheänderung, Klopfen usw., verändert wird.6. System according to claim 3, characterized in that the generated Auxiliary variable depending on dynamic processes, e.g. B. Driver change of request, change of operating point, change of mixture state, Change in smoothness, knocking, etc. is changed. 7. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs­ größe abhängig von einer Überschreitung einer Fensterbreite durch Sollwerteabweichungen geändert wird.7. System according to claim 3, characterized in that the auxiliary size depends on exceeding a window width is changed by setpoint deviations. 8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ stellung der Fensterbreite abhängig von den statistischen Schwankungen der Sollwertabweichungen berechnet wird.8. System according to claim 7, characterized in that the one position of the window width depending on the statistical Fluctuations in the setpoint deviations is calculated. 9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Arbeitsvolumen der Brennkraftmaschine, vorzugsweise in der Wandung des Zylinderkopfes, ein Drucksensor zur Erfassung des Kompressionsdruckverlaufs angeordnet ist.9. System according to claim 1, characterized in that in the Working volume of the internal combustion engine, preferably in the Wall of the cylinder head, a pressure sensor for detecting the Compression pressure curve is arranged.
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