DE3930487C2

DE3930487C2 - Verfahren zur Steuerung des Zündzeitpunktes und Zündzeitpunktsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE3930487C2
Application number: DE3930487A
Authority: DE
Inventors: Toshiro Abe; Atsunori Hashimoto
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-09-12
Filing date: 1989-09-12
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2009-09-13
Also published as: JPH0814271B2; JPH0275760A; DE3930487A1; US4949691A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Zündzeitpunktes sowie eine Zündzeitpunkt steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 11.

In jüngerer Zeit haben sich die Leistungsanforderungen an Kraftfahrzeugmotoren erhöht, so daß auf jeweils höherem Niveau ein höheres Motorantriebsvermögen, niedrigere Kraftstoffverbrauchswerte und bessere Fahreigenschaften erreicht werden.

Insbesondere ist es vom Standpunkt des Antriebsvermögens her wünschenswert, Schwingungen des Motors, die infolge der Schwankungen der Motordrehzahl für die jeweiligen Zylinder auftreten, zu unterdrücken.

Das heißt, die Motordrehzahl erhöht sich während eines vorübergehenden Zustandes, wie z. B. einer Beschleunigung oder einer Abbremsung nicht glatt und gleichmäßig, sondern enthält Schwankungen in der Motordrehzahl. Solche Motordrehzahlschwankungen werden auf das Antriebssystem des Fahrzeuges in Form von Drehmomentschwankungen übertragen, wodurch niederfrequente Schwingungen in Längsrichtung des Fahrzeuges erzeugt werden, die nachfolgend als Stoßschwingung bezeichnet werden.

Diese Stoßschwingung gibt dem Fahrer ein unangenehmes Gefühl des Zittern oder Rüttelns, sogenannte Rüttelschwingungen, die überdies das Motorantriebsvermögen beeinträchtigen.

Um diese Rüttelschwingungen zu vermeiden, ist eine Steuereinrichtung für die Zündzeitpunkteinstellung bzw. eine Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung vorgeschlagen worden, in der eine Zündzeitpunkteinstellung gesteuert wird, um so die Schwankungen in der Motordrehzahl zu unterdrücken. Wenn z. B. die Motordrehzahl vermindert wird, während gleichzeitig Rüttelschwingungen auftreten, wird der Zündzeitpunkt vorverstellt, um das Motordrehmoment zu erhöhen. Wenn die Motordrehzahl erhöht wird, wird der Zündzeitpunkt verzögert, um das Motordrehmoment zu verringern. Infolgedessen werden Schwankungen in der Motordrehzahl und dem Drehmoment unterdrückt.

Das Maß, mit dem diese Stoßschwingungen bzw. Rüttelschwingungen unterdrückt werden, ist jedoch noch nicht ausreichend. Das heißt, die Erzeugung von Rüttelschwingungen verändert sich je nach dem Belastungszustand des Motors. Zum Beispiel wird bei weitgeöffnetem Drosselventil ein Motordrehmoment beträchtlich verändert, wenn der Zündzeitpunkt korrigiert wird. Andererseits ändert sich im Falle einer Teilbelastung das Motordrehmoment nicht sehr bedeutend, selbst wenn die Zündzeitpunkteinstellung korrigiert wird.

Es ist daher ein weiteres Zündzeitpunkt-Steuersystem vorgeschlagen worden, bei dem der Zündzeitpunkt korrigiert wird, wobei der Belastungszustand des Motors berücksichtigt wird, so daß die Erzeugung von Rüttelschwingungen weiter unterdrückt wird (s. japanische Patentanmeldung 1-1 25 566, veröffentlicht 18. Mai 1989).

Bei der bereits vorgeschlagenen Zündzeitpunkt-Steuer einrichtung wird ein erster Korrekturkoeffizient so festgelegt, daß die Zündzeitpunkt-Einstellung entsprechend der Motordrehzahl korrigiert wird, wenn sich der Motor in einem Übergangsbetriebszustand befindet, und ein zweiter Korrekturfaktor ist so festgelegt, daß der Zündzeitpunkt auf der Grundlage eines Belastungszustandes des Motors korrigiert wird, so daß Schwankungen in der Motordrehzahl entsprechend des Belastungszustandes während der Motorbeschleunigung bzw. Motorabbremsung unterdrückt werden. Folglich wird die Erzeugung von Rüttelschwingungen des Fahrzeuges verhindert.

Dieses früher vorgeschlagene Zündzeitpunkt-Steuersystem hat jedoch die folgenden Nachteile:

Auf der Basis einer vorgegebenen Zündzeitpunkt-Winkeltabelle wird der zugrunde liegende Zündzeitpunktwinkel voreilend verschoben, wenn die Motordrehzahl während der Erzeugung von Rüttelschwingungen vermindert wird. Andererseits wird dann, wenn die Motordrehzahl erhöht wird, der grundsätzliche Zündzeitpunkt verzögert bzw. nacheilend verschoben. Wenn der grundsätzliche Zündzeitpunkt auf einen Winkel festgelegt ist, der einen minimalen Winkel für ein bestes Drehmoment, sogenanntes MBT, übersteigt, kann infolge einer Schwankung der Motorkühlmitteltemperatur oder einer Alterungswirkung des Motors eine optimale Steuerung für die Rüttelschwingungen nicht erreicht werden. Im schlechtesten Falle tritt sogar noch eine Schwingungsverstärkungskraft auf, die die Erzeugung von Rüttel- oder Zitterschwingungen noch unterstützt.

Aus der DE-OS 37 17 368 ist eine Zündzeitpunkt-Steuer einrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Diese soll dazu dienen, das Auftreten eines Beschleunigungsstoßes bei Beschleunigung des Fahrzeuges sowie Längsschwingungen der Karosserie unmittelbar nach der Fahrzeugbeschleunigung zu verhindern. Hierbei wird dann, wenn ein derartiger Beschleunigungszustand erfaßt wird, der Zündzeitpunkt vorverstellt, um das Motordrehmoment zu erhöhen, wenn die Motordrehzahl vermindert wird, und der Zündzeitpunkt wird spät verstellt, um das Drehmoment zu vermindern, wenn die Motordrehzahl zunimmt.

Aus der DE-OS 35 45 808 ist eine Anordnung zum Regeln des Zündzeitpunktes eines Verbrennungsmotors bekannt, bei der während eines Beschleunigungszustandes der Grundzündzeitpunkt (der für den stationären Betrieb erhalten wird) mit einer Größe korrigiert, die aus einer Tabelle erhalten wird, um den Beschleunigungsbedingungen zu entsprechen. Eine derartige Steuerung (Vorverstellung des Zündzeitpunktes bei Beschleunigungsvorgängen) ist zur Erzeugung eines höheren Drehmomente seit langem bekannt. Auch dieser Lösung sind jedoch die bereits im Zusammenhang mit der JP-A-1-1 25 566 erläuterten Nachteile eigen.

Aus der DE-OS 36 17 750 ist ein Steuerverfahren zur Einstellung des Zündzeitpunktes bekannt, das es ermöglichen soll, selbst abrupten Drehzahländerungen des Motors zu folgen, indem der Einstellwert für den Zündzeitpunkt in Richtung eines Korrekturwertes aktualisiert wird. Eine verbesserte Lösung der Schwingungsprobleme wird hierdurch jedoch nicht erreicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung des Zündzeitpunktes sowie eine Zündzeitpunktsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges anzugeben, durch das dann, wenn die Brennkraftmaschine sich in einem Übergangsbetriebszustand, insbesondere Beschleunigungszustand, befindet, Schwingungen, die infolge von Schwankungen der Motordrehzahl entstehen, besser als bisher unterdrückt werden und das Motorantriebsvermögen vorteilhaft beeinflußt wird.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens zur Steuerung des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges erfindungsgemäß gelöst durch einen neunten Verfahrensschritt zur Speicherung eines Motordrehwinkels, der einen minimalen Voreilwinkel für das beste Drehmoment in bezug auf einen oberen Totpunkt zumindest eines Zylinders des Motors, bei dem der Druck in einer Verbrennungskammer desselben sein Maximum erreicht hat, speichert, und
einen zehnten Verfahrensschritt, um festzustellen, ob der Grundzündzeitpunkt den minimalen Voreilwinkel für das beste Drehmoment in Voreilrichtung übersteigt, wenn sich der Motor in einem Übergangsbetriebszustand befindet, wobei in dem ersten Verfahrensschritt der Grundzündzeitpunkt korrigiert wird, wenn sich der Motor in einem Übergangsbetriebszustand befindet, derart, daß dann, wenn die Einstellung des Grund zündzeitpunktes den minimalen Voreilwinkel für das beste Drehmoment übersteigt, der Grundzündzeitpunkt in Richtung einer Voreilung korrigiert wird, wenn die Motordrehzahl er höht wird und der Grundzündzeitpunkt in Richtung einer Spät verstellung korrigiert wird, wenn die Motordrehzahl vermindert wird.

Die vorgenannte Aufgabe wird hinsichtlich einer Zündzeit punktsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges erfindungsgemäß gelöst durch eine zentrale Steuereinheit zur Berechnung eines endgültigen Zündzeit punktes in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen, die durch einen Drosselklappensensor, einen Kurbelwinkelsensor, einen Motortemperatursensor, einen O₂-Sensor, einen Zylinder-Innendrucksensor sowie einen Ansaugluftströmungs messer erfaßt sind.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs beispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zündzeit punkt-Steuereinrichtung als Blockschaltbild nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein Kennliniendiagramm für das Motordrehmoment zum Zeitpunkt eines Hochlastzustandes des Motors,

Fig. 3 ein Kennliniendiagramm für einen Motordreh moment zum Zeitpunkt eines Niedriglastzustandes des Motors,

Fig. 4 ein Kennliniendiagramm einer Beziehung zwischen einem grundsätzlichen Zündzeitpunkt bzw. einer Grund-Zündzeitpunkteinstellung und einer minimalen Voreilung für ein bestes Drehmoment (MBT),

Fig. 5 (A) und 5 (B) in ihrer Verbindung einen Programmablaufplan für eine Zündzeitpunkt- Steuerung, ausgeführt durch die Steuereinrichtung, wie in Fig. 1 gezeigt ist,

Fig. 6 (A) und 6 (B) Kennliniendiagramme für das Motordrehmoment in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt, ausgeführt bzw. realisiert durch die Einrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt eine Gesamtdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles einer Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, mündet jeder Zweigkanal in einen Ansaugkrümmer 4 in ein Ansaugrohr 3. Ein Luftreiniger 2 ist über dem Ansaugrohr 3 zum Ansaugen von Frischluft in jeden Zylinder angeordnet. Durch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 5, installiert in jedem Zylinder, wird Kraftstoff auf der Grundlage eines Einspritzsignals Si eingespritzt. Das Abgas, das in jedem Zylinder als Verbrennungsgas erzeugt wird, wird über ein Abgasrohr 6 in einen katalytischen Wandler bzw. Katalysator 7 eingeführt. Der Katalysator 7 reinigt das Abgas von schädlichen Bestandteilen und gibt es nach außen über einen Auspufftopf 8 ab.

Eine Zündkerze 9, angeordnet in jedem Zylinder, empfängt Hochspannungsimpulse Pi, abgeleitet von einer Zündeinrichtung 10 über einen Verteiler 11. Die Zündkerze 9, die Zündeinrichtung 10 und der Verteiler 11 bilden eine Zündeinrichtung 12 zur Zündung des Luft/Kraftstoffgemisches. Die Zündeinrichtung 12 ergibt Hochspannungsimpulse Pi auf der Grundlage des Zündsignales Sp ab. Das Luft/Kraftstoffgemisch, das in jeden Zylinder eingesaugt ist, wird gezündet, explodiert und wird ausgestoßen in Abhängigkeit von den Zündimpulsen Pi.

Die Luftströmungsmenge Qa wird durch einen Luftströmungsmesser 13 vom Heißdrahtzylinder erfaßt. Ein Drosselventil 15, angeordnet in einer Drosselkammer 14, steuert die Luftströmungsmenge Qa. Ein Öffnungswinkel R_th des Drosselventiles 14 wird durch einen Sensor 16 für den Drosselventil-Öffnungswinkel erfaßt. Ein Kurbelwinkel des Motors (der Kurbelwelle des Motors) wird durch einen Kurbelwinkelsensor 17 erfaßt, der in einer Kurbelwinkelsensoreinrichtung 17 vorhanden ist. Der Kurbelwinkelsensor 17 gibt ein Referenzsignal Ca ab, das bei einer bestimmten Lage ein Impulssignal mit dem Signalwert HOCH (H) ist, d. h. bei BTDC 70°C (vor einem oberen Totpunkt bei einem Verdichtungshub) für jedes Explosionsintervall (im Falle eines Sechszylindermotors 120° und im Falle eines Vierzylindermotors 180°) und gibt eine Winkeleinheit C₁ mit einem Impuls (d. h. 2°) ab. Es wird darauf hingewiesen, daß die Anzahl der Impulse des Referenzsignales Ca die Motordrehzahl N mißt.

Ein Wassertemperatursensor 18 erfaßt eine Kühlmitteltemperatur Tw des Kühlmittels, das durch einen Kühlmittelmantel des Motors 1 strömt. Die Konzentration V_s von Sauerstoff O₂ im Abgas wird durch einen Sauerstoffsensor 19 erfaßt. Ein Verbrennungsdruck (Innendruck eines Zylinders) wird durch einen im Zylinder befindlichen Drucksensor 20 erfaßt, gebildet durch ein piezoelektrisches Element. Der mit dem Innenraum des Zylinders verbundene Sensor 20 ist als eine Scheibe jeder Zündkerze 9 ausgeführt bzw. ausgeformt. Der den Zylinderinnendruck erfassende Drucksensor 20 erfaßt den Innendruck, der auf das piezoelektrische Element einwirkt, über die Zündkerze 9 und gibt ein elektrisches Ladungssignal S_E ab, das einen elektrischen Ladungswert besitzt, der dem Innendruck des Zylinders entspricht. Der innere Zylinderdrucksensor 20 ist in jedem Zylinder installiert und das Ausgangssignal S_E jedes inneren Zylindersensors 20 wird als Eingangssignal einer Signalverarbeitungsschaltung 21 gelegt. Der Signalverarbeitungsschaltkreis 21 erfaßt eine physikalische Größe, verbunden mit einer Schwingungsenergie des Verbrennungsvorganges auf der Grundlage eines Ausgangssignales S_E des inneren Zylinderdrucksensors 20.

Eine Steuereinheit 30 nimmt die erfaßten Signale von dem Luftströmungsmesser 13, dem Öffnungswinkelsensor 16, dem Kurbelwinkelsensor 17, dem Wassertemperatursensor 18, dem Sauerstoffkonzentrationssensor 20 und der Signalverarbeitungsschaltung 21 auf. Das Zündsignal Sp wird von der Steuereinheit 20 erzeugt, welches das Ergebnis der notwendigen Berechnungen repräsentiert, die in der Steuereinheit 20 ausgeführt werden.

Ein grundsätzliches Konzept des vorliegenden Ausführungsbeispieles wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 erläutert.

Fig. 2 zeigt eine Drehmoment-Voreilkurve bei hoher Motorbelastung.

Fig. 3 zeigt eine Drehmoment-Voreilkurve bei niedriger Motorbelastung.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, hat eine MBT-Kurve bei hoher Belastung und bei normaler Betriebstemperatur eine konvexe Kurvenform, während die MBT-Kurve im wesentlichen während des Zustandes hoher Belastung flach verläuft, so daß eine Beeinflussung bzw. Sensibilität des Drehmomentes in bezug auf den Zündvoreilwinkel gering ist. Da jedoch die Drehmoment-Voreilkurve bei niedriger Temperatur durch eine Kurve gebildet wird, wie sie in Fig. 2 durch eine unterbrochene Linie dargestellt ist, ist in diesem Fall die Abhängigkeit des Drehmomentes von dem Zündvoreilwinkel groß. Zum Beispiel ändert bei der Ausführung einer Voreilwinkelsteuerung während des Betriebes mit niedriger Motorbelastung, um Schwingungen zu dämpfen, wenn es notwendig ist, das Drehmoment in dem Maß ΔT₁ zu ändern, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, ein früher vorgeschlagenes Zündzeitpunkt-Steuersystem, wie es in der Beschreibungseinleitung als zum Stand der Technik gehörig erläutert wird, die Größe des Voreilwinkels um ΔIGN₁. Das heißt, da der Temperaturfaktor in diesem Zündzeitpunkt-Steuerverfahren nicht berücksichtigt wird, ist die Änderungsgröße des Drehmomentes ΔT₂<ΔT₁. Dies rührt daher, das ΔIGN die gleiche Größe hat, wie im Falle der normalen Betriebstemperatur, wenn der Schwingungszustand, erfaßt von ΔN/ΔT (wobei ΔN/ΔT die Änderungsgröße der Motordrehzahl pro Zeiteinheit bezeichnet) selbst unter niedriger Temperatur der gleiche ist. Die gesteuerte Erzeugung und/oder Begrenzung des schädlichen Abgases kann so nicht erfolgen.

Daher wird die Drehmoment/Voreilwinkel-Abhängigkeit mit der Temperatur als Parameter abgeleitet. Außerdem wird eine Drehmomentsteuerungsgröße gleichzeitig abgeleitet, um die Änderungsgröße des Voreilwinkels ΔIGN entsprechend der Motorlast und der Temperatur (Kühlmitteltemperatur) zu erfassen und zu speichern, um eine adaptive, "lernende" Steuerung auszuführen. Da die einzelnen Motoren 1 unterschiedliche Kennwerte haben, wird die Drehmoment/Voreilwinkel-Kurve während des tatsächlichen Fahrens des Fahrzeuges aktualisiert (zu diesem Zeitpunkt kann die MBT-Steuerung verwendet werden). Bei einem bestimmten Betriebszustand werden die Größe des Drehmomentes und die Größe der Voreilung erfaßt. Zu diesem Zeitpunkt wird gleichzeitig die Erzeugung von Zitter- oder Rüttelschwingungen erfaßt. Eine Änderungsgröße des Voreilwinkels ΔIGN, welche mit einer Größe des erforderlichen verminderten Drehmomentes übereinstimmt, wird nach der Aktualisierung von der Drehmoment-Voreilwinkel-Tabelle abgeleitet. Eine optimale Steuerung zur Vermeidung der Rüttelschwingungen wird so stets erreicht, unabhängig von der Kühlmitteltemperatur.

Der Zündzeitpunkt von gegenwärtig entwickelten Motoren wird üblicherweise in der Nähe des MBT festgesetzt. Der Wert des Zündzeitpunktes unterscheidet sich individuell entsprechend den einzelnen Motoren. Die Voreiltabelle wird für den Temperaturzustand von 80° unter einer gerade entwickelten Zentralwertspezifikation oder Mittelwert-Spezifikation festgelegt, unter der Annahme, daß in einer Situation, bei der die Rüttelschwingungen auftreten, das Drosselventil vollständig geöffnet ist.

Fig. 4 zeigt eine Drehmoment/Voreilwinkel-Kurve bzw. Drehmoment/Zündwinkel-Kurve für den Fall, bei dem der Grundzündzeitpunkt den MBT übersteigt, wenn eine Schaltstellung des die Motorleistung übertragenden Getriebes in den zweiten Gang gestellt und das Drosselventil vollständig offen ist (WOT-weit geöffnete Drosselklappe).

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält die Zündzeitpunkteinstellung, bestimmt wenn die Motorkühlmitteltemperatur niedrig ist, infolge der Schwankungen in der Abstimmung des Motors und unabhängig von der Temperatur (bestimmt nach der Motordrehzahl und Ladedruck) einen Fall, bei dem die Grundeinstellung des Zündzeitpunktes auf eine Kurbelwinkelstellung festgelegt ist, die den MBT übersteigt. Bei solch einem Zustand wird, wie oben erläutert, wenn das früher vorgeschlagene Zündzeitpunkt-Steuersystem verwendet wird, bei Auftreten von Rüttelschwingungen der Zündzeitpunkt während der Zunahme der Motordrehzahl verzögert, um das Drehmoment zu vermindern bzw. zu unterdrücken. Außerdem wird, wenn die Motordrehzahl vermindert wird, der Zündzeitpunkt voreilend verstellt, um das Drehmoment zu erhöhen und es wird die Motordrehzahl erhöht unter Nacheilen der Verstellung des Zündzeitpunktwinkels und es wird die Motordrehzahl vermindert unter Voreilen der Verstellung des Zündzeitpunktwinkels, so daß eine Kraft erzeugt wird, die die Rüttelschwingungen noch unterstützt.

Um dies zu vermeiden, wird daher in der vorliegenden Erfindung eine Differenz zwischen dem gegenwärtigen Voreilwinkel und der Grundzündzeitpunkteinstellung abgeleitet und es wird in Abhängigkeit von einem Vorzeichen der Differenz die umgekehrte Zündzeitpunkt-Steuerungslogik angewandt, so daß die Steuerung des Zündzeitpunktes in eine solche Richtung wirkt, daß die Schwingungen stets vermindert werden.

Fig. 5 zeigt einen Programmablauf an, der ein Zündzeitpunkt-Steuerprogramm angibt, auf der Grundlage des grundsätzlichen Konzeptes der obigen Erfindung, wie sie bereits oben erläutert ist.

Der Programmablauf, wie er in Fig. 5 dargestellt ist, wird für eine bestimmte Zeit abgearbeitet.

In einem Schritt P₁ ist die CPU (zentrale Steuerungseinheit 30), die Motordrehzahl N, der Grund-Zündvoreilwinkel IGNM, die Kraftstoffeinspritzungs-Impulsbreite Tp und die Kühlwassertemperatur Tw ein. Die Kraftstoffeinspritz-Impulsbreite Tp wird aus der Motordrehzahl N und der angesaugten Luftmenge Qa berechnet. Der grundsätzliche Zündzeitpunktwinkel IGNM wird aus einer Tabelle mit der Motordrehzahl N und der Kraftstoffeinspritz-Impulsbreite Tp als Parameter abgelesen.

In einem Schritt P₂ vergleicht die CPU 30 eine Änderungsgröße ΔTp der Kraftstoffeinspritz-Impulsbreite Tp mit einem bestimmten Wert ΔTpset, um festzustellen, ob der Motor beschleunigt wird (flüchtiger oder vorübergehender Zustand). Wenn er nicht beschleunigt wird, wird eine endgültige Zündzeitpunkteinstellung IGN auf der Grundlage der Grundzündzeitpunkteinstellung IGNM in einem Schritt P₃ abgeleitet.

Der Wert auf der Grundlage von IGN wird anschließend in ein bestimmtes Register in der Steuereinheit 30 aufgenommen und das Zündsignal Sp wird an die Zündeinrichtung 12 zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgegeben. Anschließend endet das vorliegende Programm.

Wenn andererseits die CPU im Schritt ΔP₂ feststellt, daß der Motor beschleunigt wird, geht das Programm zu einem Schritt P₄ über, indem die Änderungsgröße ΔN der Motordrehzahl N berechnet wird. In einem Schritt P₅ wird die Korrekturgröße ΔIGNL eingelesen, die der abgeleiteten Änderungsgröße ΔN entspricht.

In einem Schritt P₆ wird ein Korrekturkoeffizient K_N eingelesen, der der Motordrehzahl N entspricht. In einem Schritt P₇ greift die CPU 30 einen Korrekturkoeffizienten K_T auf, der der Kühlmitteltemperatur Tw entspricht. In einem Schritt P₈ berücksichtigt die CPU 30 den Zündzeitpunkt IGNMBT, der die minimale Voreilung für einen besten Drehmomentwinkel (MBT) vorsieht. Das Verfahren der Ableitung der MBT ist in der US-PS 46 60 535 und US-PS 47 74 922 dargelegt.

In einem Schritt P₉ berechnet die CPU 30 eine Differenz ΔA zwischen der Grundzündzeitpunkteinstellung IGNM und dem Zündzeitpunkt IGNMBT zum Zeitpunkt des maximalen Drehmomentes (entsprechend ΔA = IGNM-IGNMBT).

Anschließend bestimmt die CPU 30 in einem Schritt P₁₀ ein Vorzeichen von ΔA. Wenn das Vorzeichen von ΔA negativ ist (ΔA<0), stellt die CPU fest, daß die Grundzündzeitpunkteinstellung IGNM den Zündzeitpunkt IGNMBT, wie in Fig. 6(A) gezeigt, nicht übersteigt und das Programm geht zu einem Schritt P₁₁ über. Wenn das Vorzeichen von ΔA positiv ermittelt wird (ΔA<0) stellt die CPU 30 fest, daß die Grundzündzeitpunkteinstellung IGNM, wie in Fig. 6(B) gezeigt, die Zündzeitpunkteinstellung für das beste Drehmoment überschreitet und das Programm geht zu einem Schritt P₁₂ über.

In den Schritten P₁₁ und P₁₂ stellt die CPU 30 fest, ob ein Vorzeichen von ΔN positiv ist.

Wenn ΔN als positiv ermittelt wird, stellt die CPU 30 fest, daß die Motordrehzahl erhöht wird. Wenn ΔN als negativ ermittelt wird, stellt die CPU 30 fest, daß die Motordrehzahl vermindert wird.

Wenn die Grundzündzeitpunkteinstellung IGNM den Zündzeitpunkt IGNMBT, den Zeitpunkt des besten Drehmomentes, nicht überschreitet, wird die Zündzeitpunkteinstellung voreilend in einen Bereich verschoben, indem die Motorleistung und das Motordrehmoment erhöht wird, wie er durch einen schraffierten Abschnitt in Fig. 6(A) dargestellt ist. Daher wird während der Verringerung der Motordrehzahl die Grundzündzeitpunkteinstellung IGNM voreilend verstellt, um so das Motordrehmoment zu erhöhen, wobei dies in den Schritten P₁₃ bis P₁₇ erfolgt. Während der Zunahme der Motordrehzahl wird der Grundzündzeitpunkt nacheilend bzw. verzögernd verstellt, um so das Motordrehmoment zu vermindern, wobei dies in den Schritten P₁₈ bis P₂₀ erfolgt.

Das heißt, der Korrekturkoeffizient K_A wird verwendet, der dem Grundzündzeitpunkt IGNM entspricht. In einem Schritt P₁₄ wird die Zündzeitpunkt-Korrekturgröße ΔIGN (=f (ΔIGNL, K_A, K_N, K_T) von einer Tabelle bzw. gespeicherten Kurve mit den Parametern von ΔIGNL, K_A, K_N und K_T abgelesen bzw. aufgegriffen. In einem Schritt P₁₅ bestimmt die CPU 30, ob die Differenz (ΔIGN-ΔA) gleich oder kleiner als Null ist. Wenn ΔIGN-ΔA<0 ist, geht das Programm zu einem Schritt P₁₆ über, indem die CPU 30 den endgültigen Zündzeitpunkt IGN nach der folgenden Gleichung (1) ermittelt:

IGN = IGNM + ΔIGN. (1)

Wenn andererseits ΔIGN-ΔA<0 ist, was die CPU 30 feststellt, wenn der Zündzeitpunkt in irgendeiner Weise weiter voreilend verstellt ist als dies in Fig. 6(A) gezeigt ist, dann tritt die endgültige Zündzeitpunkteinstellung IGN in einen Bereich ein, indem der Endzündzeitpunkt IGN den Zündzeitpunkt zum Zeitpunkt des besten Drehmomentes IGNMBT überschreitet und das Motordrehmoment wird vermindert. Anschließend wird im Schritt P₁₇ ΔN durch die Zündzeitpunkt-Korrekturgröße ΔIGN ersetzt, um die maximale Zunahme des Motordrehmomentes zu erreichen. In einem Schritt P₁₈ wird der Korrekturkoeffizient K_R, der der Grundzündzeitpunkt-Korrekturgröße IGNM entspricht, ermittelt.

Anschließend liest im Schritt P₁₉ die CPU 30 die Korrekturgröße ΔIGN aus einer Tabelle bzw. einem Diagramm mit den Parametern ΔIGNL, K_R, K_N und K_T ab.

Der endgültige Zündzeitpunkt IGN wird nach der folgenden Gleichung (2) berechnet:

IGN = IGNM - ΔIGN. (2)

Wenn andererseits die Grundzündzeitpunkteinstellung IGNM den Zündzeitpunkt IGNMBT übersteigt, tritt der Zündzeitpunkt in einen Bereich ein, indem die Motorausgangsleistung vermindert wird und das Motordrehmoment vermindert wird, wie durch einen schraffierten Abschnitt in Fig. 6(B) dargestellt ist.

Wenn die Motordrehzahl erhöht wird, wird der Grundzündzeitpunkt IGNM voreilend verstellt, um das Motordrehmoment zu vermindern, wobei dies in den Schritten P₂₁ bis P₂₃ erfolgt.

Wenn die Motordrehzahl vermindert wird, wird die Grundzündzeitpunkteinstellung IGNM verzögert bzw. nacheilend verstellt, um das Motordrehmoment zu erhöhen, wobei dies in den Schritten P₂₄ bis P₂₇ erfolgt.

Im Schritt P₂₁ wird der Korrekturkoeffizient K_A erfaßt, der der Grundzündzeitpunkteinstellung IGNM entspricht.

Im Schritt P₂₂ liest die CPU 30 die Korrekturgröße ΔIGN (=f (ΔIGNL, K_A, K_N, K_T)) aus einer Tabelle bzw. einem Diagramm mit ΔIGNL, K_A, K_N und K_T als Parameter ab.

Im Schritt P₂₃ berechnet die CPU 30 den endgültigen Zündzeitpunkt IGN gemäß der Gleichung (1). In einem Schritt P₂₄ bestimmt die CPU 30, ob die Differenz zwischen der Korrekturgröße der ΔIGN und ΔA gleich oder kleiner als Null ist.

Wenn ΔIGN-ΔA0 ist, geht das Programm zu einem Schritt P₂₇ über, indem die abschließende Zündzeitpunkteinstellung IGN entsprechend der Gleichung (2) berechnet wird. Wenn ΔIGN-ΔA<0 ist, stellt die CPU 30 fest, daß der Motor in einem Bereich betrieben wird, bezeichnet durch einen schraffierten Abschnitt in Fig. 6(A), indem das Motordrehmoment vermindert wird und die endgültige Zündzeitpunkteinstellung IGN berechnet nach der Gleichung (2) die Zündzeitpunkteinstellung IGNMBT überschreitet, wobei die mehr verzögerte Korrektur ausgeführt wird. Anschließend wird im Schritt P₂₈ ΔA durch die Korrekturgröße ΔIGN ersetzt, um so eine maximale Zunahme bezüglich des Motordrehmomentes zu erreichen und das Programm geht zum Schritt P₂₇ über.

Die Korrekturgröße für den Zündzeitpunkt, bezeichnet mit ΔIGN, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 erläutert.

Wie in den Fig. 2 und 3 erläutert ist, ist die Empfindlichkeit des Motordrehmomentes in Abhängigkeit von dem Zündzeitpunkt dann größer, wenn die Kühlmitteltemperatur niedriger als die Normaltemperatur (d. h. niedriger als 80°C) ist und diese Beeinflußbarkeit unter diesen Temperaturverhältnissen ist größer als dies der Fall ist, wenn die Kühlmitteltemperatur höher liegt als die Normaltemperatur, wobei dies sowohl für hohe als auch für niedrige Belastungen des Motors gilt. Die Korrekturgröße ΔIGN für den Zündzeitpunkt wird auf der Grundlage der Drehmoment/Voreilwinkel-Kurve für Normaltemperatur festgelegt.

Um das Drehmoment um ΔT₁ zu vermindern, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, wird der Zündzeitpunkt um ΔIGN₁ verzögert. In diesem Falle gibt ΔT₂ (<ΔT₁) die tatsächliche Änderungsgröße des Drehmomentes an, wenn die Kühlmitteltemperatur niedrig ist. Somit kann dann, wenn die Motorkühlmitteltemperatur niedrig ist, die erforderliche Änderungsgröße des Drehmomentes nicht erreicht werden.

Die Drehmoment-Voreilwinkel-Kurve mit der Temperatur des Motors 1 als einen Parameter wird vorher abgeleitet und die Änderungsgröße des Drehmomentes, die für die Zündzeitpunktsteuerung erforderlich ist, wird ebenfalls vorher durch Versuche ermittelt. Anschließend wird die Korrekturgröße ΔIGN für den Zündzeitpunkt entsprechend der Änderungsgröße des Drehmomentes mit den vorerläuterten Faktoren ΔIGNL, K_N, K_T und K_R als Parameter festgelegt und in dem Speicher der Steuereinheit 30 als ein veränderlicher ("lernender") in der adaptiven Steuerung gespeichert.

Der adaptive Zündzeitpunkt-Korrekturwert ΔIGN wird als "Lernwert" immer dann aktualisiert, wenn der Motor in einen Übergangsbetriebszustand gelangt. Die Korrekturgröße für den Zündzeitpunkt ΔIGN entsprechend der Änderungsgröße des erforderlichen Drehmomentes wird bei Auftreten von Rüttelschwingungen verwendet, um den Zündzeitpunkt auf der Grundlage der abgelesenen bzw. erfaßten Korrekturgröße zu korrigieren. Daher wird das Motordrehmoment durch die erforderliche Größe geändert, derart, daß Rüttelschwingungen über einen weiten Bereich von einer niedrigen Kühlmitteltemperatur bis zu einer hohen Kühlmitteltemperatur unterdrückt werden können.

Wenn der Motor während des Fahrens des Fahrzeuges in den vorübergehenden bzw. flüchtigen Betriebszustand (Beschleunigung, Abbremsung) gelangt, wird das Motordrehmoment unter Korrektur der Grundzündzeitpunkteinstellung IGNM vermindert, wobei die Korrektur in Richtung einer Voreilung erfolgt, wenn die Motordrehzahl erhöht wird und die Grundzündzeitpunkteinstellung IGNM den Zündzeitpunkt IGNMBT für das beste Drehmoment übersteigt. Wenn die Motordrehzahl vermindert wird, wird die Grundzündzeitpunkteinstellung IGNM verzögert, um das Motordrehmoment zu erhöhen. Wenn die Grundzündzeitpunkteinstellung IGNM im Zündzeitpunkt von IGNMBT nicht überschreitet, wird das Motordrehmoment unter Erhöhung der Motordrehzahl vermindert und der Zündzeitpunkt in Richtung einer Verzögerung bzw. nacheilend korrigiert. Während der Verringerung der Motordrehzahl wird der grundsätzlich eingestellte Zündzeitpunktwinkel voreilend verschoben und das Motordrehmoment wird erhöht. Somit können die Rüttelschwingungen unterdrückt werden.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Korrekturgröße ΔIGN für den Zündzeitpunkt während des Fahrens des Fahrzeuges beständig aktualisiert, wobei die Korrekturgröße ΔIGN für den Zündzeitpunkt auf der Grundlage jedes der Parameter ΔIGNL, K_N, K_T und K_A unter Berücksichtigung der Motortemperatur festgelegt wird. Daher bleibt die Genauigkeit der Datentabelle bzw. der Diagramme im jeweils jüngsten und aktuellsten Zustand erhalten, unabhängig von der Alterungswirkung des Motors und der Steuereinrichtung. Die Nachteile der Wirkung der Abweichungen in der Motorabstimmung und den Motorkennwerten zwischen einzelnen Motoren kann so vermieden werden. Die Unterdrückung von Rüttelschwingungen kann über einen weiten Bereich von niedriger Kühlmitteltemperatur bis zu hoher Kühlmitteltemperatur sichergestellt werden. Infolgedessen kann das Antriebsverhalten des Motors beträchtlich verbessert werden.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung des Zündzeitpunktes für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit

(a) einem ersten Verfahrensschritt zur Erfassung der Motorbetriebsbedingungen,
(b) einem zweiten Verfahrensschritt zur Festlegung eines Grundzündzeitpunktes auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen,
(c) einem dritten Verfahrensschritt zur Ableitung einer Motordrehzahl aus den erfaßten Motorbetriebsbedingungen und zum Bereitstellen eines die Motordrehzahl repräsentierenden Signals,
(d) einem vierten Verfahrensschritt, um eine Richtungsänderung des die Motordrehzahl repräsentierenden Signals festzustellen,
(e) einem fünften Verfahrensschritt, um eine Korrekturgröße des Grundzündzeitpunktes abzuleiten, die einer Veränderungsgröße bzw. -geschwindigkeit des die Motordrehzahl repräsentierenden Signals pro Zeiteinheit entspricht,
(f) einem sechsten Verfahrensschritt, um auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen festzustellen, ob sich der Motor in einem Übergangsbetriebszustand befindet,
(g) einem siebenten Verfahrensschritt, um den Zündzeitpunkt mit der Korrekturgröße zu korrigieren, die im fünften Verfahrensschritt auf der Grundlage der Richtungsänderung des die Motordrehzahl repräsentierenden Signals abgeleitet werden, um einen Endzündzeitpunkt abzuleiten, wenn sich der Motor in einem Übergangsbetriebszustand befindet, und
(h) einem achten Verfahrensschritt, um ein Luft/Kraftstoff- Gemisch, das zu jedem Zylinder des Motors zugeführt wird, zu einem Zeitpunkt zu zünden, der im siebenten Verfahrensschritt abgeleitet wird,

gekennzeichnet durch

(i) einen neunten Verfahrensschritt zur Speicherung eines Motordrehwinkels, der einen minimalen Voreilwinkel für das beste Drehmoment (MBT) in bezug auf einen oberen Totpunkt zumindest eines Zylinders des Motors, bei dem der Druck in einer Verbrennungskammer desselben sein Maximum erreicht hat, speichert, und
(j) einen zehnten Verfahrensschritt, um festzustellen, ob der Grundzündzeitpunkt (IGNM) den minimalen Voreilwinkel für das beste Drehmoment (MBT) in Voreilrichtung übersteigt, wenn sich der Motor in einem Übergangsbetriebszustand befindet, wobei in dem ersten Verfahrensschritt der Grundzündzeitpunkt (IGNM) korrigiert wird, wenn sich der Motor in dem Übergangsbetriebszustand befindet, derart, daß dann, wenn die Einstellung des Grundzündzeitpunktes (IGNM) den minimalen Voreilwinkel für das beste Drehmoment (MBT) übersteigt, der Grundzündzeitpunkt (IGNM) in Richtung einer Voreilung korrigiert wird, wenn die Motordrehzahl erhöht wird und der Grundzündzeitpunkt (IGNM) in Richtung einer Spätverstellung korrigiert wird, wenn die Motordrehzahl vermindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem siebenten Verfahrensschritt die Einstellung des Grundzündzeitpunktes (IGNM) durch eine Korrekturgröße (ΔIGNM) korrigiert wird, wobei die Korrekturgröße (ΔIGNM) zumindest von einer ersten Korrekturgröße (IGNL), die einer Änderungsgröße der Motordrehzahl (ΔN) entspricht, einem ersten Korekturkoeffizienten (K_T), der einer Motorkühlmitteltemperatur entspricht, einem zweiten Korrekturkoeffizienten (K_N), der der Motordrehzahl (N) entspricht und einer dritten Korrekturgröße (K_R), die der Grundzündzeitpunkteinstellung (IGNM) entspricht, abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem siebenten Verfahrensschritt eine endgültige Zündzeitpunkteinstellung (IGN) aus der Korrekturgröße nach der Gleichung IGN = IGNM-ΔIGNM bestimmt wird, wenn eine Differenz ΔA zwischen dem Grundzündzeitpunkt (IGNM) und einem MBT-Motorkurbelwinkel Null ist oder positiv ist und wenn die Änderungsgröße bzw. -geschwindigkeit der Motordrehzahl (ΔN/ΔT) Null oder positiv ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem siebenten Verfahrensschritt ein endgültiger Zündzeitpunkt (IGN) aus der Korrekturgröße nach der Gleichung IGN = IGNM-ΔIGN bestimmt wird, wenn eine Differenz ΔA zwischen dem Grundzündzeitpunkt (IGNM) und dem MBT-Motorkurbelwinkel negativ ist und wenn die Änderungsgröße bzw. Änderungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl (ΔN/ΔT) negativ ist.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem siebenten Verfahrensschritt der endgültige Zündzeitpunkt (IGN) mit der Differenz ΔA als die Korrekturgröße (ΔIGN) bestimmt wird, wenn eine Differenz zwischen der Korrekturgröße (ΔIGN) und der Differenz ΔA positiv ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem siebenten Verfahrensschritt der endgültige Zündzeitpunkt (IGN) nach der Gleichung IGN = IGNM+ΔIGN bestimmt wird, wenn die Differenz ΔA Null oder positiv ist, und wenn die Änderungsgeschwindigkeit (ΔN/ΔT) der Motordrehzahl Null oder positiv ist.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem siebenten Verfahrensschritt der endgültige Zündzeitpunkt (IGN) nach der Gleichung IGN = IGNM-ΔIGN bestimmt wird, wenn die Differenz ΔA Null oder positiv ist, und wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl (ΔN/ΔT) nach der Zeit einen negativen Wert ergibt.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem siebenten Verfahrensschritt der endgültige Zündzeitpunkt (IGN) mit der differenz ΔA bestimmt wird, wenn die Differenz zwischen der Korrekturgröße (ΔIGNM) und der Differenz ΔA Null ist oder positiv ist, nach der folgenden Gleichung: IGN = IGNM-ΔIGN (ungefähr A), wenn die Differenz ΔA Null oder positiv ist, jedoch die Änderungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl nach der Zeit (ΔN/ΔT) negativ ist.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung eines Übergangsbetriebszustandes des Motors in dem sechsten Verfahrensschritt anhand einer Feststellung erfolgt, ob eine Kraftstoffeinspritzmenge, die jedem Motorzylinder zugeführt worden ist, oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.

10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundzündzeitpunkt (IGNM) auf der Grundlage der Motordrehzahl und einer Impulsbreite eines Kraftstoff-Einspritzimpulses, zugeführt zu jeder Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (12), die jedem Zylinder zugeordnet ist, bestimmt und auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen abgeleitet wird.

11. Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zentrale Steuereinheit (30) zur Berechnung eines endgültigen Zündzeitpunktes in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen, die durch einen Drosselklappensensor (16), einen Kurbelwinkelsensor (17), einen Motortemperatursensor (18), einen O₂-Sensor (19), einen Zylinder-Innendrucksensor (20) sowie einen Ansaugluftströmungsmesser (13) erfaßbar sind.