DE3923187A1

DE3923187A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln des zuendzeitpunktes einer brenkraftmaschine

Info

Publication number: DE3923187A1
Application number: DE3923187A
Authority: DE
Inventors: Akira Akimoto
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1988-07-13
Filing date: 1989-07-13
Publication date: 1990-01-18
Also published as: GB8915952D0; GB2220704B; US4996959A; GB2220704A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 5.

Bei einem Kraftstoffeinspritzregelsystem, das mit einem Ein spritzpulsbreitenrechner ausgestattet ist, der seine Berech nung, basierend auf der angesaugten Luft durchführt, muß die angesaugte Luftmenge präzis gemessen werden. Als Ansaugluft mengensensor werden beispielsweise Hitzdraht bzw. -filmluft durchflußsensoren verwendet, die im Ansaugkanal stromauf einer Drosselklappe der Maschine angebracht sind, um die Ansaugluftmenge festzustellen.

Nachdem ein solcher Sensor empfindlich ist, oszilliert der Sensorausgang, wie mit der strichpunktierten Linie in Fig. 6 gezeigt, aufgrund des Pulsierens der Ansaugluft, die in einen Zylinder der Maschine gesaugt wird. Bislang mittelt man darum den Ausgang Qs, um die Ansaugluftmenge Qs′ zu erhalten.

Beim Einspritzregelsystem wird die Einspritzpulsbreite Tp in Übereinstimmung mit der Ansaugluftmenge Qs′ und der Maschinendrehzahl N wie folgt bestimmt:

Tp = K · Qs′/N (K ist eine Konstante);

eine momentane Kraftstoffeinspritzpulsbreite Ti wird über eine Korrektur der Basiskraftstoffeinspritzpulsbreite Tp über verschiedene Koeffizienten, z.B. über einen Kühlmit teltemperaturkoeffizienten, einen Beschleunigungskoeffizien ten und einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten so durch geführt, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht zu fett oder zu mager wird.

Bei einem Zündzeitpunktregelsystem wird die Basiseinspritz pulsbreite Tp (die basierend auf der mittleren Luftmenge Qs′ gewonnen wurde) als Maschinenlast angesehen. Ein momen taner Zündzeitpunkt wird aus einer Zündzeitpunkteinstell tabelle in Übereinstimmung mit der Basiseinspritzpulsbreite Tp und der Maschinendrehzahl N abgeleitet.

Wenn die Drosselklappe zum Beschleunigen der Maschine schnell geöffnet wird, so mißt der Ansaugluftmengensensor den Betrag an Ansaugluft Qs, welcher die in die Zylinder der Maschine angesaugte Luftmenge und die in eine Luftkammer stromab der Drosselklappe und in den Ansaugkrümmer ange saugte Luft umfaßt.

In anderen Worten, die gesamte Luft, welche die Drosselklappe passiert, wird vom Sensor gemessen. Dementsprechend kann nicht gleichzeitig die tatsächlich in die Zylinder ange saugte Luft gemessen werden. Die tatsächliche, in die Zy linder gesaugte Luftmenge erscheint am Ausgang des Sensors mit einer Verzögerung D, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist.

Bei einem Ein-Punkt Einspritzsystem ist ein Einspritzer stromab der Drosselklappe montiert. Dementsprechend kann die Menge an einzuspritzendem Kraftstoff in Übereinstimmung mit der durch die Drosselklappe strömenden Luftmenge korrekt festgelegt werden. Man muß jedoch den Zündzeitpunkt der Maschine basierend auf der Luftmenge errechnen, die tat sächlich in die Zylinder strömt. Wenn demzufolge der Zünd zeitpunkt in Übereinstimmung mit der Basiseinspritzpuls breite Tp als Parameter festgelegt wird, so wird in einem Übergangszustand die Einstellung des Zündzeitpunktes zeit weise verzögert. Daraus wiederum ergibt sich eine Verzöge rung der Maschinenantriebsleistung für eine gewisse Zeit, was wiederum das Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges nachtei lig beeinflußt. Wenn weiterhin die Drosselklappe sehr schnell geschlossen wird, so weicht das Luft-Kraftstoff- Verhältnis wieder ab, was wiederum den Schadstoffausstoß nachteilig beeinflußt.

In den japanischen Patentanmeldungen mit den Offenlegungs nummern 61-2 29 954 und 62-2 65 449 sind Systeme zum Regeln des Zündzeitpunktes bekannt, bei denen die Ist-Ansaugluft menge, welche in die Zylinder strömt, über eine elektrische Ersatzschaltung abgeschätzt wird. Es ist jedoch schwierig, die Luftmenge im Übergangszustand abzuschätzen, so daß der Zündzeitpunkt nicht korrekt eingestellt werden kann.

In der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungs nummer 62-2 61 645 ist ein Verfahren zum Abschätzen der in die Zylinder angesaugten Ist-Luftmenge bekannt. Bei dem Verfahren wird der Druck der Ansaugluft stromab der Dros selklappe als Funktion des Drosselklappenöffnungsgrades und der Luftmenge hergeleitet, die von einem Luftströmungs messer unter Atmosphärendruck festgestellt wird. Die in eine Druckkammer und in einen Ansaugkanal stromab der Drosselklappe im Übergangszustand geladene Luftmenge wird aus einer Differenzierung des errechneten Drucks über die Zeit und das Volumen der Kammer und des Ansaugkanals er rechnet. Die Ist-Ansaugluftmenge wird durch Subtraktion der in den Ansaugkrümmer und die Luftkammer gesaugten Luft von der durch den Luftströmungsmesser festgestellten Luft menge hergeleitet.

Nachdem jedoch die Ist-Menge von Luft, welche in die Zylin der der Maschine angesaugt wird, lediglich eine Abschätzung aus der Drosselklappenposition ist, kann der Zündzeitpunkt nicht korrekt eingestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiter zubilden, daß eine genaue Herleitung der Ist-Menge von Luft, die in die Zylinder der Maschine angesaugt wird, und der dieser Menge entsprechenden Last derart ermöglicht wird, daß der korrekte Zündzeitpunkt auch im Übergangszu stand der Maschine festlegbar ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Re geln des Zündzeitpunktes einer Maschine aufgezeigt, das einen Computer umfaßt, der periodisch ein Programm durch führt. Der Computer umfaßt einen Drehzahlrechner zum Er rechnen der Maschinendrehzahl und zum Abgeben eines Maschi nendrehzahlsignales, einen Luftmengenrechner, zum Errechnen der Ansaugluft, die an der Drosselklappe der Maschine vor beiströmt und zum Abgeben einer Drosselströmungsmenge, Ge wichtserstellungseinrichtungen, die auf das Maschinendreh zahlsignal hin ein Gewicht für Gewichtungseinrichtungen her leiten, ein Lastdatenrechner, der frühere Maschinenlast daten aus einem zurückliegenden Programmdurchlauf und einen Quotienten addiert, der über Dividieren der Diffe renz zwischen der Drosselströmungsmenge (errechnet vom Drosselströmungsrechner) pro Maschinenumdrehung und der früheren Maschinenlastdaten durch ein Momentangewicht aus einem momentanen Programmdurchlauf gewonnen wird, und der im momentanen Programmdurchlauf Momentanlastdaten der Ma schine abgibt, Speichereinrichtungen, in denen eine Viel zahl von Zündzeitpunkten in Übereinstimmung mit den momen tanen Maschinenlastdaten und der momentanen Maschinendreh zahl gespeichert sind, Herleiteinrichtungen, zum Herleiten eines Zündzeitpunktes in Übereinstimmung mit der momenta nen Maschinenlast aus dem Lastdatenrechner und der momen tanen Maschinendrehzahl aus dem Maschinendrehzahlrechner.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevor zugter Ausführungsformen der Erfindung. Diese werden an hand von Abbildungen erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausfüh rungsform des Systems gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm der elektronischen Regel einheit;

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Berech nungsroutine für die Zündzeitpunktregelung des Systems;

Fig. 4 eine Kurbelwellen-Scheibe, die im System vor gesehen ist;

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Einlaßsystems;

Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Ansaugluftmenge;

Fig. 7 ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines Haupt teils des Systems gemäß einer zweiten bevor zugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Hauptteils einer drit ten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines Hauptteils einer vier ten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 10 und 11 Koeffiziententabellen (in schematisierter Dar stellung).

In Fig. 1 ist eine Vierzylinder-Boxermaschine 1 gezeigt, deren Zylinderköpfe 2 Einlaßöffnungen 2 a und Auslaßöffnun gen 2 b umfassen, die mit einem Ansaugkrümmer 3 bzw. einem Auslaßkrümmer 4 kommunizieren. In jeder Brennkammer 1 a im Zylinderkopf 2 ist eine Zündkerze 5 montiert. Mit dem An saugkrümmer 3 steht eine Drosselkammer 7 mit einer Drossel klappe 7 a über eine Luftkammer 6 in Verbindung. Die Drossel kammer 7 steht über ein Einlaßrohr 8 mit einem Luftfilter 9 in Verbindung. Die Drosselkammer 7 stromab der Drossel klappe 7 a, die Luftkammer 6, der Ansaugkrümmer 3 und die Einlaßöffnung 2 a stromauf eines Einlaßventiles bilden eine Kammer C.

Ein Luftmengensensor 10 (Hitzdrahtanemometer ist im Ansaug rohr 8 stromab des Luftfilters 9 vorgesehen. Es ist ein Drosselklappenpositionssensor 11 zum Abtasten des Öffnungs grades der Drosselklappe 7 a vorgesehen. Im Einlaßrohr 8 ist ein Kraftstoffeinspritzer 12 stromauf der Drosselklappe 7 a vorgesehen. Ein Kühlmitteltemperatursensor 13 ist an einem nicht gezeigten Kühlmantel der Maschine 1 angebracht. An der Kurbelwelle 1 b der Maschine 1 ist eine Kurbelwellen scheibe 14 befestigt. Bei der Kurbelwellenscheibe 14 sitzt ein Kurbelwinkelsensor 15 (ein magnetischer Aufnehmer).

Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Zylinder der Maschine in zwei Gruppen aufgeteilt. Die erste Gruppe besteht aus den Zylindern 1 und 2, die zweite Gruppe aus den Zylindern 3 und 4. In jeder Gruppe liegen die oberen Totpunkte für beide Zylinder beim selben Zeitpunkt bzw. Kurbelwinkel. Die Kurbelwellenscheibe 14 weist ein Paar von Vorsprüngen 14 a auf, welche einen Basis-Kurbelwinkel darstellen, sowie ein Paar von Vorsprüngen 14 b, die einen Basispunkt zur Er rechnung der Winkelgeschwindigkeit darstellen. Die Vor sprünge 14 a stehen einander ebenso diamentral gegenüber, wie die Vorsprünge 14 b.

Die Vorsprünge 14 b liegen beispielsweise jeweils bei einem Winkel R ₁ nämlich 10° vor dem oberen Totpunkt (BTDC). Ein Winkel R ₂ zwischen den Vorsprüngen 14 b und 14 a beträgt 110°, ein Winkel R ₃ zwischen den Vorsprüngen 14 a und dem anderen Vorsprung 14 b beträgt 70°.

Wenn die Kurbelwellenscheibe 14 dreht, so tastet der Kurbel winkelsensor 15 die Positionen der Vorsprünge 14 a und 14 b ab und gibt Ausgangssignale in Form von Pulsen ab.

Ein O₂-Sensor 17 und ein Katalysator 18 sind in einer Abgas leitung 16 angebracht, die mit dem Auslaßkrümmer 4 in Verbin dung steht.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine elektronische Regelein heit 19 vorgesehen, die einen Mikrocomputer umfaßt. Dieser weist eine CPU 20, ein ROM 21, ein RAM 22 und ein Eingangs-/ Ausgangsinterface 23 auf, die untereinander über eine Bus leitung 24 verbunden sind.

Einrichtungen 25 zur Feststellung der Betriebsbedingungs parameter (siehe Fig. 2), umfassend die Sensoren 10, 11, 12, 13, 15 und 17, sind mit Eingangsanschlüssen des Ein gangs-/Ausgangsinterface 23 verbunden. Ein Ausgangsanschluß des Interface 23 ist mit einem Treiber 26 verbunden, der mit dem Einspritzer 12 den Zündkerzen 5 entsprechender Zy linder über eine Zündspule 28 und einen Verteiler 27 ver bunden ist.

Steuerprogramme und feste Daten, wie z.B. eine Zündzeit punkttabelle sind im ROM 21 gespeichert. Die Ausgangssig nale der Sensoren werden im RAM 22 gespeichert. Die CPU 20 errechnet die Einspritzpulsbreite und den Zündzeitpunkt in Übereinstimmung mit den im ROM 21 gespeicherten Pro grammen und basierend auf verschiedenen Daten aus dem RAM 22.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Steuereinheit 19 eine Kurbelsignalentscheidungseinheit 29, der die Kurbelwinkel signale vom Kurbelwinkelsensor 15 zugeführt werden. Die Kurbelsignalentscheidungseinheit 29 unterscheidet ein Be zugskurbelwinkelsignal A (entsprechend einem Vorsprung 14 a) von einem Winkelsignal B (entsprechend einem Vor sprung 14 b). Insbesondere wird auf der Basis eines ersten Kurbelwinkelsignales aus dem Sensor 15 ein Intervall T 1 zwischen dem ersten Kurbelwinkelsignal und einem zweiten Kurbelwinkelsignal gemessen. Dann wird auf der Basis des zweiten Kurbelwinkelsignales ein Intervall T 2 zwischen dem zweiten Kurbelwinkelsignal und einem dritten Kurbelwinkel signal gemessen, das nach dem zweiten Kurbelwinkelsignal erzeugt wurde. Das Intervall T 1 wird mit dem Intervall T 2 verglichen. Wenn T 2 kleiner als T 1 ist, so wird festge legt, daß das dritte Kurbelwinkelsignal, das nach dem zweiten Kurbelwinkelsignal erzeugt wurde, das Signal B ist. Wenn T 2 größer ist als T 1, so wird festgelegt, daß das dritte Kurbelwinkelsignal das Signal A ist. Wenn das Kurbelwinkelsignal A festgestellt wurde, so erzeugt die Kurbelsignalentscheidungseinheit 29 ein Triggersignal, das einem Zeitgeber 42 zugeführt wird.

Diese Signale A und B werden einem Winkelgeschwindigkeits rechner 30 zugeführt, in welchem eine Winkelgeschwindigkeit ω der Kurbelwelle 1 b aus dem Winkel R ₂ (der im ROM 21 ge speichert ist) in Übereinstimmung mit einem Zeitintervall T R zwischen dem Signal B und dem Signal A hergeleitet wird.

Die Winkelgeschwindigkeit ω wird einem Drehzahlrechner 31 zur Errechnung der Maschinendrehzahl N zugeführt.

Ein Drosselströmungsmengenrechner 33 berechnet die Menge Qs an Einlaßluft, welche an der Drosselklappe 7 a und durch einen Bypass um die Drosselklappe mit einem Leerlaufdreh zahlsteuerventil (nicht gezeigt) strömt und zwar entspre chend dem Kurvenverlauf eines Ausgangssignales aus dem Ansaugluftmengensensor 10.

Einem Gewichtsrechner 32 wird ein Maschinendrehzahlsignal N aus dem Maschinendrehzahlrechner 31 zugeführt, so daß ein Gewicht α errechnet werden kann.

Das Gewicht α wird durch Differenzierung der Zeitkonstan te τ eines Verzögerungsgliedes erster Ordnung mit einer Rechenperiode t erhalten.

α = τ/Δ t;

die Zeitkonstante τ des Verzögerungsgliedes erster Ordnung ergibt sich zu:

hierin ist N die Maschinendrehzahl (min^-1),
Vc ist die Kapazität der Kammer C (m³),
η V ist die volumetrische Effizienz bezüglich Druck (kg/m²) und Temperatur (°K) in der Kammer C,
VH ist der Hubraum der Maschine (m³).

Das Gewicht α kann folglich umgeschrieben werden:

Die Kapazität Vc und der Hubraum VH sind Maschinenkonstanten. Weiterhin ist die volumetrische Effizienz η V eine Konstante, da sie sich mit der Last nur wenig ändert.

Damit kann man eine Größe Kv darstellen:

die Zeitkonstante τ ist eine Funktion der Maschinendrehzahl N und zwar ein Wert, der umgekehrt proportional zur Maschinen drehzahl N ist:

τ = Kv/N (2)

Die Rechenperiode Δ t wird durch das Programm und die Lei stungsfähigkeit der CPU 20 festgelegt und ist unabhängig von der Maschinendrehzahl.

Dementsprechend ergibt sich

daher ist

α = Kv′/N (2-1)

Ein Maschinenlastdatenrechner 36 errechnet Maschinenlast daten TQa(tn) in Übereinstimmung mit dem Gewicht α und der Einlaßluftmenge Qs vom Drosselströmungsmengenrechner 33.

Unter der Annahme, daß die Feststellzeit der Einlaßluftmenge Qs, die vom Einlaßluftmengensensor 10 festgestellt wird, mit der Zeit übereinstimmt, wenn die Luft an der Drosselklappe 7 a und durch den Bypass strömt, so ergibt sich das Gewicht Wat (kg) an Einlaßluft, die in die Kammer C (siehe Fig. 5) während einer Rechenperiode Δ t strömt, zu

Wat = Qs × Δ t (3)

Das Gewicht Wae (kg) an Einlaßluft, die in die Brennkammern 1 a von der Kammer C in der Rechenperiode strömt, ergibt sich zu

Wae = Q × Δ t (4)

Die momentane Einlaßluftmenge Q kann andererseits weiterhin in Übereinstimmung mit dem Volumenstrom Vae (m³/sec) pro Zeiteinheit und der spezifischen Masse ε der Luft in der Kammer C wie folgt errechnet werden:

Q = Vae × ε (5)

Der Volumenstrom Vae ergibt sich zu

Hierin ist N/2 die Anzahl von Ansaughüben pro Sekunde einer Viertaktmaschine.

Das spezifische Gewicht ε der Luft wird durch folgende Zu standgleichung hergeleitet:

Hierin ist RC die Gaskonstante (kgm/kg°K) der Luft
Tc ist die Temperatur der Luft in der Kammer C (°K), Pc ist der Druck in der Kammer C (kg/m²).

Daher ergibt sich die Gleichung (5) zu

Das spezifische Gewicht ε ergibt sich als Verhältnis vom Gewicht Wc (kg) der Luft in der Kammer C zur Kapazität Vc (m³) der Kammer C. Auf diese Weise läßt sich die Glei chung (8) umformen in

Das Gewicht Wc(tn) der Luft in der Kammer C zum Zeitpunkt (tn) wird durch Subtraktion des Gewichtes Wae der Einlaß luft, die in die Brennkammer 1 a gesaugt wird, von der Summe des Gewichtes Wc(tn-1) an Einlaßluft beim letzten Mal (Zyklus) (tn-1) und dem Gewicht Wat(tn) neu in die Kammer C zum momentanen Zeitpunkt (tn) eingesaugter Luft erhalten.

Der Zeitpunkt, zu welchem Einlaßluft in die Brennkammer 1 a gesaugt wird, ist entweder der letzte Zeitpunkt (tn-1) oder der momentane Zeitpunkt (tn). Wenn es der letzte Zeitpunkt ist, so wird das Einlaß/Auslaßverhältnis von Gewichten von Einlaßluft in die Kammer C als Differentialgleichung wie folgt ausgedrückt:

Wc(tn) = Wc(tn-1) + Wat(tn) - Wae(tn-1)
= Wc(tn-1) + Qs(tn) × Δ t - Q(tn-1) × Δ t (10)

Im Falle des Gewichtes Wae(tn) an Einlaßluft zum momentanen Zeitpunkt (tn) ergibt sich das Gewicht Wc(tn) an Luft zu

Wc(tn) = Wc(tn-1) + Wat(tn) - Wae(tn)
= Wc(tn-1) + Qs(tn) × Δ t - Q(tn) × Δ t (10′)

Wenn die Gleichung (1), welche die Zeitkonstante τ wieder gibt für die Gleichung (8) substituiert wird, so ergibt sich

Wc = Q × τ.

Das Gewicht (Wc(tn)) an Einlaßluft in der Kammer C zum mo mentanen Zeitpunkt ergibt sich zu

Wc(tn) = Q(tn) × τ (tn) (11)

und das Gewicht Wc(tn-1) an Einlaßluft beim letzten Mal ergibt sich zu

Wc(tn-1) = Q(tn-1) × τ (tn-1) (12)

Wenn man die Gleichungen (11) und (12) für die Gleichung (10) substituiert, so ergibt sich die Einlaßluftmenge Q(tn) zum momentanen Zeitpunkt zu

Nachdem α=τ/Δ t, kann die obige Gleichung wie folgt aus gedrückt werden:

Wenn man die Gleichungen (11) und (12) für die Gleichung (10′) einsetzt, so ergibt sich die Einlaßluftmenge Q(tn) zum momentanen Zeitpunkt wie folgt:

In den Gleichungen (13a) und (13a′) sind α (tn-1) und α (tn) Gewichte zum letzten (Ansaug-) Zeitpunkt bzw. zum momentanen Zeitpunkt aus dem Gewichtsrechner 32. Die Einlaßluftmenge Q(tn) wird durch die Gewichtseinrichtungen über die Gewichte beim letzten Zeitpunkt und zum momentanen Zeitpunkt herge leitet.

Im Maschinenlastdatenrechner 36 wird die Einlaßluftmenge Q(tn) in Übereinstimmung mit der Gleichung (13a) errechnet.

Die Summe der Gewichte

in Gleichung (13a) ist α (tn-1)/α (tn). Die Zeitkonstante τ und die Maschinen drehzahl N in der Gleichung (2-1) sind umgekehrt proportio nal zueinander. Aus diesem Grund ist die Summe der Gewichte beim Beschleunigen der Maschine:

α (tn-1) / α (tn) < 1

Die Summe der Gewichte beim Verlangsamen ergibt sich zu

α (tn-1) / α (tn) < 1

Insbesondere variiert das Gewichtsverhältnis (Korrekturwert) mit der Maschinendrehzahl. Dementsprechend ändert sich der Wert der errechneten Einlaßluftmenge Q(tn) in Übereinstim mung mit einer Änderung der Maschinendrehzahl, so daß die Einlaßluftmenge Q(tn) auch dann genau errechenbar ist, wenn sich die Maschine in einem Übergangszustand befindet.

In der Gleichung (13a′) ergibt sich die Summe der Gewichte zu

Diese Gleichung wird zu α (tn-1)/α (tn), wenn 1 fortge lassen wird.

Dementsprechend ändert sich das Gewichtsverhältnis ebenso wie oben die Maschinendrehzahl.

Fig. 6 zeigt Ergebnisse von durchgeführten Versuchen. Hieraus geht hervor, daß die errechnete Einlaßluftmenge Q im wesent lichen gleich der tatsächlich angesaugten Luftmenge Q′ ist, die im Experiment in einer Betriebsart I erhalten wurde, nämlich in einem breiten Betriebsbereich der Maschine ein schließlich des Betriebs bei niedrigen Drehzahlen.

Die Einlaßluftmenge Q(tn) basiert nicht auf der Maschinen last. Um den Zündzeitpunkt korrekt einstellen zu können, muß man Maschinenlastdaten TQa(tn) entsprechend der Einlaß luftmenge zur Verfügung stellen. Die Maschinenlastdaten, die proportional zum Maschinendrehmoment sind, werden durch Korrektur der Menge Q(tn) und der Menge an Einlaßluft pro Umdrehung der Maschine wie folgt hergeleitet:

TQa(tn) = Q(tn) / N(tn) (13b)

Dementsprechend wird die Gleichung (13a) wie folgt modi fiziert:

Die Gleichung (13c) kann weiterhin umgeformt werden:

Insbesondere werden die momentanen Maschinenlastdaten TQa(tn) durch Addition der vorherigen (zuvor hergeleiteten) Maschinenlastdaten (TQa(tn-1)) und des Quotienten aus der Differenz zwischen der Drosselklappenströmungsmenge pro Maschinenumdrehung (Qs(tn)/N(tn)) und der letzten Maschi nenlastdaten (TQa(tn-1)) dividiert durch das momentane Ge wicht α (tn) erhalten.

Die Maschinenlastdaten TQa(tn), die aus dem Rechner 36 stammen und das Gewicht a (tn) aus dem Rechner 32 werden an vorbestimmten Speicheradressen eines Speichers 22 a im RAM 22 gespeichert. Die Maschinenlastdaten TQa(tn) und die Maschi nendrehzahl N werden einer Zündeinstelleinrichtung 40 zuge führt. In der Einrichtung 40 ist ein entsprechender Betriebs bereich in einer Zündwinkeltabelle MP _IG in Übereinstimmung mit diesen Signalen TQa(tn) und N hergeleitet und ein Zünd winkel R _SPK wird aus diesem ausgewählten Betriebsbereich abgeleitet. Der Zündwinkel R _SPK wird einem Zündzeitpunkt rechner 41 zugeleitet, dem weiterhin die Winkelgeschwindig keit ω aus dem Rechner 30 zugeführt wird. Der Zündzeitpunkt T _SPK wird wie folgt berechnet:

T _SPK = R _SPK/ω

Der Zündzeitpunkt T _SPK wird im Zeitgeber 42 gesetzt, der nun die Zeit in Übereinstimmung mit dem Winkelsignal A (entsprechend 80° BTDC) startet. Wenn der Zeitgeber den eingestellten Zündzeitpunkt T _SPK erreicht, so wird ein Zünd signal spk der Zündspule 28 über den Treiber 43 zugeführt.

Nachdem der Zündzeitpunkt T _SPK in Übereinstimmung mit den Maschinenlastdaten TQa(tn) als Lastparameter (diese werden basierend auf der Einlaßluftmenge Q(tn) erhalten) hergelei tet wird, kann ein optimaler Zündzeitpunkt beim Übergangs zustand der Maschine ebenso wie im stetigen Laufzustand der Maschine schnell hergeleitet werden.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Ein stellung des Zündzeitpunktes unter Bezug auf das Flußdia gramm nach Fig. 3 beschrieben. In einem Schritt S 101 wird das Bezugskurbelwinkelsignal A aus dem Kurbelwinkelsignal B hergeleitet. In Schritten S 102 und S 103 werden die momen tane Winkelgeschwindigkeit ω und Maschinendrehzahl N(tn) basierend auf der Winkelgeschwindigkeit ω in Übereinstim mung mit dem Ausgangssignal aus dem Kurbelwinkelsensor 15 hergeleitet. In einem Schritt S 104 wird die Einlaßluftmenge Qs(tn) aus dem Ausgangssignal des Einlaßluftmengensensors 10 errechnet.

In einem Schritt S 105 wird das Gewicht α (tn) in Überein stimmung mit der Maschinendrehzahl N(tn) und der Rechen periode Δ t über folgende Gleichungen errechnet:

α (tn) = τ (tn) / Δ t = Kv′ / N(tn)

τ (tn) wird aus der Gleichung (1) hergeleitet.

In einem Schritt S 106 werden die Maschinenlastdaten TQa(tn) durch Ausrechnen der Gleichung (13d) hergeleitet.

Wenn das Programm zum ersten Mal durchlaufen wird, so exi stieren beim Schritt S 104 noch keine Daten aus einem vor herigen Zeitpunkt. Dementsprechend springt das Programm zu einem Schritt S 107, in welchem das Verhältnis der Maschinen drehzahl N zur Einlaßluftmenge Qs aus den Schritten S 103 bzw. S 104 im RAM 22 als Daten für den letzten Durchgang ge speichert werden. Dann springt das Programm aus der Routine.

Nach dem ersten Mal schreitet das Programm vom Schritt S 106 zum Schritt S 107, in welchem die Maschinenlastdaten TQa(tn) im RAM 22 als Daten für den zurückliegenden Zeitpunkt ge speichert werden.

In einem Schritt S 108 wird der Zündwinkel R _SPK aus der Zündwinkeltabelle MP _IG in Übereinstimmung mit den Signalen N und TQa(tn) abgeleitet. In einem Schritt S 109 wird der Zündzeitpunkt T _SPK in bezug auf das Signal A basierend auf der Winkelgeschwindigkeit ω und dem Zündwinkel R _SPK (T _SPK=R _SPK/ω) errechnet. In einem Schritt S 110 wird der Zündzeitpunkt T _SPK in dem Zeitgeber 42 gesetzt, der die Zeit bezüglich des Signales A zu messen beginnt.

Wenn der Zeitgeber den eingestellten Zündzeitpunkt T _SPK er reicht, so wird das Zündsignal spk der Zündspule 28 zuge führt, so daß deren Primärkreis ausgeschaltet wird. Die Zündkerze 5 des entsprechenden Zylinders wird nun über den Verteiler 27 gezündet.

Fig. 7 zeigt einen Hauptabschnitt des Systems gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform wurde die volumetrische Effizienz ε V in Gleichung (1) als konstant angenommen. Die volumetrische Effizienz sinkt jedoch (ε V < 1) aufgrund des Rückstromes (Zurückblasen) der Einlaßluft bei niedrigen Maschinendrehzahlen und niedriger Last. Dementsprechend muß man das Gewicht α der Gleichung (1-1) in Übereinstimmung mit den Maschinenbetriebsdaten korrigieren.

Beim System nach der zweiten bevorzugten Ausführungsform sind, wie in Fig. 7 gezeigt, Einrichtungen 45 zur Herlei tung eines Korrekturkoeffizienten sowie eine Korrektur koeffiziententabelle MPx vorgesehen. Korrekturkoeffizienten x werden in Versuchen bei verschiedenen Drosselklappenöff nungsgraden R Th und Maschinendrehzahlen N gewonnen und in der Tabelle MPx gespeichert. Die Einrichtungen 45 zur Her leitung des Korrekturkoeffizienten leiten aus der Tabelle MPx einen Korrekturkoeffizienten in Übereinstimmung mit der Maschinendrehzahl N und dem Drosselklappenöffnungsgrad R Th her. Der Gewichtsrechner 32 errechnet das Gewicht α wie oben beschrieben und korrigiert dieses Gewicht α mittels des Korrekturkoeffizienten x, um so ein korrigiertes Ge wicht α x herzuleiten.

Der Maschinenlastdatenrechner 36 errechnet die Maschinen lastdaten TQa(tn) basierend auf dem korrigierten Gewicht α x und der Drosseldurchströmungsmenge QS wie oben be schrieben. Die übrigen Baugruppen und Verfahrensschritte sind wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform ausge bildet.

Mit der hier gezeigten Ausführungsform der Erfindung können Maschinenlastdaten schnell errechnet werden, ohne daß dabei ein Mikrocomputer mit hoher Leistungsfähigkeit vonnöten wäre, so daß die Herstellungskosten niedrig sind.

Bei dem erfindungsgemäßen System gemäß einer dritten bevor zugten Ausführungsform, dessen Hauptteil in Fig. 8 gezeigt ist, sind Einrichtungen 46 zur Herleitung des Gewichtes und eine Gewichtstabelle MP α vorgesehen.

Die Einrichtungen 46 zur Herleitung des Gewichtes werden mit der Maschinendrehzahl N aus dem Maschinendrehzahlrechner 31 und mit dem Drosselklappenöffnungsgrad R aus dem Drossel klappenpositionssensor 11 versorgt und leiten ein Gewicht α aus der Gewichtskarte MP a ab, die im ROM 21 gespeichert ist, und zwar in Übereinstimmung mit den Signalen N und R als Parameter.

Nachdem das Gewicht α aus der Tabelle abgeleitet wird, muß keine Gewichtsberechnung durchgeführt werden. Dadurch ergibt sich eine Verminderung der zur Herleitung des Gewichtes not wendigen Zeit. Weiterhin kann man Gewichte in der Tabelle speichern, welche den Korrekturkoeffizienten x bezüglich der Veränderung der volumentrischen Effizienz abhängig vom Rückstrom an Einlaßluft und Veränderung der Drosselklappen öffnung bei niedrigen Maschinendrehzahlen umfassen.

Wenn das Gewicht (α (tn)-1)/α (tn) und das Gewicht 1/α (tn) in Gleichung (13c) als Einlaßmengenkoeffizient β ₁ bzw. als Drosselklappendurchströmungsmengenkoeffizient β ₂ angenommen werden, so ergeben sich die beiden Gewichte wie folgt:

( α (tn - 1) / α (tn) = β₁

1/α (tn) = β₂

Die Maschinenlastdaten TQa(tn) aus Gleichung (13c) lassen sich wie folgt ausdrücken:

Aus der Gleichung (2-1) ist ersichtlich, daß die Koeffizien ten β ₁ und β ₂ als Funktionen ausdrückbar sind, die nur von der Maschinendrehzahl N abhängen.

Bei der vierten bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 9 gezeigt ist, sind eine Tabelle MP ₁ für β ₁ und eine Tabelle MP ₂ für b ₂ vorgesehen, in denen die Koeffizienten β ₁ bzw. β ₂ gespeichert sind, die man durch Versuche erhält. Fig. 10 zeigt die Tabelle MP ₁ für β ₁, in welcher die Luftmengen koeffizienten β ₁ in einer Adresse in Übereinstimmung mit der momentanen Maschinendrehzahl N(tn) und der zuletzt ge messenen Maschinendrehzahl N(tn-1) gespeichert sind. Fig. 11 zeigt die Tabelle MP ₂ für β ₂, in welcher die Drossel durchströmungsmengenkoeffizienten β ₂ in Übereinstimmung mit der momentanen Maschinendrehzahl N(tn) gespeichert sind.

Das System umfaßt einen Maschinendrehzahlspeicher 22 b im RAM 22 zum Speichern der zurückliegenden Maschinendrehzahl N(tn-1), sowie Herleitungseinrichtungen 47 und 48 für b ₁ bzw. β ₂.

Die Herleitungsmittel 47 für β ₁ leiten den Einlaßluftmengen koeffizienten b ₁ aus der Tabelle MP ₁ in Übereinstimmung mit der momentanen Maschinendrehzahl N(tn) aus dem Maschinen drehzahlsensor 31 und die zurückliegende Maschinendrehzahl N(tn-1) aus dem Speicher 22 b her. Die Einrichtungen 48 für β ₂ leiten einen Drosseldurchströmungsmengenkoeffizienten b ₂ aus der Tabelle für β ₂ in Übereinstimmung mit der momentanen Maschinendrehzahl her. Die Koeffizienten β ₁ und β ₂ werden dem Maschinenlastdatenrechner 36 a zugeführt, der die Maschi nenlastdaten TQa(tn) in Übereinstimmung mit der Gleichung (14) errechnet. Im übrigen entspricht dieses System der ersten bevorzugten Ausführungsform.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden Maschinenlastdaten basierend auf der Einlaßluftmenge ent sprechend der momentan angesaugten Luftmenge exakt errech net.

Auf diese Weise ist ein optimaler Zündzeitpunkt feststell bar, so daß das Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges und der Maschinenwirkungsgrad verbessert und die Abgasemission ver ringert werden.

Claims

1. Verfahren zum Regeln des Zündzeitpunktes einer Brennkraft maschine, wobei die Einstellung des Zündzeitpunktes in Ab hängigkeit von der Einlaßluftmenge für die Maschine bestimmt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Berechnen der Maschinendrehzahl (N) und Erzeugen eines Ma schinendrehzahlsignales (S 101-S 108);
Berechnen der Menge von Einlaßluft, welche die Drosselklappe der Maschine durchströmt und Herleiten der Durchströmungs luftmenge (S 104),
Herleitung eines Gewichtes (α (tn) für Gewichtungseinrich tungen aus dem Maschinendrehzahlsignal (N(tn)) (S 105),
Addieren von Lastdaten (TQa(tn-1)) aus einem vorherigen Programmdurchlauf (tn-1) zu einem Quotienten (Qs(tn)/N-TQa(n-1))/α (tn), der errechnet wurde durch eine Division der Differenz zwischen der Drosseldurch strömungsluftmenge pro Maschinenumdrehung und der vor her gewonnenen Maschinenlastdaten mit dem momentanen Ge wicht (α (tn)), das im momentanen Programmdurchlauf er stellt wird, und Abgeben von momentanen Maschinenlast daten im momentanen Programmdurchlauf (S 106, 107), und
Herleiten eines Zündzeitpunktes aus einem Speicher in Übereinstimmung mit den momentanen Maschinenlastdaten und dem momentanen Maschinendrehzahlsignal (S 108-S 110).

2. Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes einer Brenn kraftmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfah rens nach Anspruch 1, umfassend einen Computer (19) zum periodischen Abarbeiten eines Programmes, und einen Ma schinendrehzahlrechner (31) zum Errechnen der Maschinen drehzahl und Abgeben eines Maschinendrehzahlsignales (N), gekennzeichnet durch
einen Luftmengenrechner (33) zum Errechnen der Menge von Einlaßluft, die an einer Drosselklappe (7 a) der Maschine pro Umdrehung der Maschine vorbeiströmt und zum Erzeugen eines Luftmengensignales (Qs);
Gewichtbildungseinrichtungen (32), die auf das Maschinen drehzahlsignal (N) ein Gewicht (α) für Gewichtungsein richtungen bilden,
einen Lastdatenrechner (36) zum Addieren der letzten Ma schinenlastdaten (TQa(tn-1)) aus einem letzten Programm durchlauf zu einem Quotienten (Qs(tn)/N-TQa(n-1))/α (tn), der errechnet wurde durch Division der Differenz zwischen dem Luftmengensignal (Qs(tn)/T(tn)) und den letzten Maschinenlastdaten (TQa(tn-1)) durch ein momentanes Ge wicht (α (tn)), das in einem momentanen Programm (tn) hergeleitet wird und zum Abgeben von momentanen Maschinen lastdaten (TQa(tn)) im momentanen Programmdurchlauf,
Speichereinrichtungen (21, MP _IG) zum Speichern mehrerer Zündzeitpunkte (R _SPK), die in Übereinstimmung mit den Maschinenlastdaten (TQa(tn)) und der momentanen Maschinen drehzahl (N(tn)) gespeichert sind, und
Herleitungseinrichtungen (40) zum Herleiten eines Zünd zeitpunktes (T _SPK) in Übereinstimmung mit den momentanen Maschinenlastdaten aus dem Maschinenlastdatenrechner und einem momentanen Maschinendrehzahlsignal (ω) aus dem Maschinendrehzahlrechner.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Drosselklappenpositionssensor (11) und Einrichtungen (32) zum Erstellen eines Gewichtes umfassend eine erste Tabelle (MP α), in der eine Vielzahl von Gewichten in Übereinstimmung mit der Maschinendrehzahl und der Drossel klappenposition gespeichert sind, die vom Drosselklappen positionssensor (11) abgetastet wird und die ein Gewicht (α) aus der ersten Tabelle (MP α) herleitet.

4. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Drosselklappenpositionssensor (11), eine zweite Ta belle (MPx), in der eine Vielzahl von Korrekturkoeffi zienten gespeichert ist und zwar in Übereinstimmung mit der Maschinendrehzahl und der Drosselklappenposition, die vom Drosselklappenpositionssensor (11) abgetastet wird, wobei die Gewichtungseinrichtungen so ausgebildet sind, daß ein Gewicht (α) hergeleitet wird, das über einen Korrekturkoeffizienten korrigiert ist, der aus der zweiten Tabelle abgeleitet wurde.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Gewichtes aus dem letzten Programm durchlauf zum Gewicht im momentanen Programmdurchlauf und die Reziprokwerte der Gewichte im momentanen Programm in einer dritten und einer vierten Tabelle (β ₁, β ₂) in Über einstimmung mit der Maschinendrehzahl gespeichert sind, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, daß das ausgelesene Gewicht und ein Reziprokwert zur Berechnung der Maschinenlastdaten verwendet wird.