DE3933987C2

DE3933987C2 - Zündzeitpunktsteuerung

Info

Publication number: DE3933987C2
Application number: DE3933987A
Authority: DE
Inventors: Atsuko Matsuoka; Wataru Fukui
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: KR900006667A; KR930008808B1; US4951628A; JPH02104970A; JPH0715279B2; DE3933987A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündzeitpunktsteuerung für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In zunehmendem Umfang ist es heute üblich, zur Ansteuerung der Zündanlage eines Kraftfahrzeugmotors Mikrorechner einzu setzen. In einem solchen Fall erfaßt ein Drehstellungs- Signalgeber die Drehstellung der Kurbelwelle des Motors und erzeugt beispielsweise Impulse, deren Vorder- und Rückflanke jeweils der ersten und zweiten Stellung der Kurbelwelle be züglich der zugehörigen Zylinder entspricht. Fig. 1 zeigt ein Beispiel für die Wellenform eines Drehstellungssignals P, das ein solcher Drehstellungs-Signalgeber in den Fällen erzeugt, in denen es sich um einen Viertaktmotor mit vier Zylindern handelt.

Damit werden nacheinander während zweier voller Umdrehungen der Kurbelwelle (also einer Drehung um 720°), in deren Ver lauf die Arbeitstakte Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Aus schieben in den jeweiligen Zylindern vollständig ablaufen, Impulse erzeugt, die der Stellung der Kurbelwelle bezüglich der Zylinder Nr. 1, Nr. 3, Nr. 4 und Nr. 2 zum Beispiel in dieser Reihenfolge entsprechen. Die Vorderflanke jedes Impul ses entspricht der ersten Drehstellung der Kurbelwelle, die bei jedem Zylinder beispielsweise 75° vor dem oberen Totpunkt (BTDC) zwischen Verdichtungs- und Arbeitshub erreicht wird; in gleicher Weise entspricht die Rückflanke jedes Impulses der zweiten Drehstellung der Kurbelwelle, die zwischen dem Verdichtungs- und dem Arbeitshub jedes Zylinders beispiels weise bei 5° vor dem oberen Totpunkt erreicht wird. Die den jeweiligen Zylindern zugeordneten Impulse werden bei einer Impulsfolgezeit von 180° erzeugt.

Die Zündpunkte und so weiter der jeweiligen Zylinder werden anhand des Stellungssignals P gemäß Fig. 1 nach dem nachste hend beschriebenen Regelvorgang gesteuert.

Zunächst wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 der Fall erläutert, daß die ersten Stellungen der Kurbelwelle, denen die Vorderflanken der Impulse entsprechen, als Bezugspunkte heran gezogen werden. In einem solchen Fall wird die Zuleitung von Strom C zur Zündspule folgendermaßen geregelt.

t₁ sei dabei der Zeitpunkt, zu dem die Vorderflanke eines Im pulses erfaßt wird, so daß sich die Zündpunktvorgabe T₁ aus folgender Beziehung ergibt:

T₁ = t₁ + Ta₁

wobei Ta₁ der Zeit entspricht, die die Kurbelwelle zur Dre hung aus ihrer ersten Stellung (beispielsweise 75° vor dem oberen Totpunkt) bis zur Erreichung des Zündwinkels (z. B. 8° nach dem oberen Totpunkt) benötigt. Andererseits beginnt die Zuleitung von Erregerstrom C zur Zündspule zu dem Erregungs- Einsatzzeitpunkt T₂, der sich aus der folgenden Beziehung er gibt:

T₂ = t₁ + Tdw₁

wobei Tdw₁ den zeitlichen Abstand bezeichnet, der ab der er sten Drehstellung der Kurbelwelle bis zum Beginn der Erregung der Zündspule zur elektrischen Zündung verstreichen sollte.

Der Fall, daß die Regelung anhand der zweiten Drehstellun gen der Kurbelwelle erfolgt, ist in Fig. 3 dargestellt. Hier bei sei t₂ der Zeitpunkt, zu dem die Rückflanke eines Impul ses erfaßt wird; weiter soll gelten, daß Ta₂ der Zeit ent spreche, die die Kurbelwelle zur Drehung aus der zweiten Drehstellung (d. h. 5° vor dem oberen Totpunkt) bis zum Zünd winkel (z. B. 8° nach dem oberen Totpunkt) benötigt; in diesem Fall bestimmt sich der Zündpunkt T3 nach folgender Beziehung:

T3 = t₂ + Ta₂.

Weiterhin soll gelten, daß Tdw₂ dem Zeitraum entspricht, der ab der zweiten Drehstellung der Kurbelwelle bis zum Einsetzen der Erregung der Zündspule für den nächsten Zündvorgang ver streichen sollte; für diesen Fall errechnet sich der Erre gungs-Einsatzzeitpunkt T4 für den nächsten Zündvorgang nach der Beziehung:

T4 = t₂ + Tdw₂.

Wird ein Drehstellungssignal P gemäß Fig. 1 herangezogen, so ist ein gesondertes Impulssignal (d. h. ein Zylindererken nungssignal) zur Ermittlung der Zuordnung der Impulse zu den jeweiligen Zylindern erforderlich. So wurde bekannt, ein Drehstellungssignal P mit der Wellenform gemäß Fig. 4 heranzuziehen. Im Falle eines Stellungssignals P gemäß Fig. 4 ist die zweite Stellung der Kurbelwelle bezüglich eines bestimmten Zylinders (beispielsweise des Zylinders Nr. 1) um einen Versatzwinkel θ (z. B. 10°) in Verzögerungsrichtung so versetzt, daß die Vorderflanke der dem bestimmten Zylinder entsprechenden Impulse beispielsweise bei 5° nach dem oberen Totpunkt (ATDC) statt 5° vor dem oberen Totpunkt (BTDC) liegt; deshalb lassen sich die dem bestimmten Zylinder ent sprechenden Impulse aufgrund der Ermittlung des Einschaltver hältnisses t/T (d. h. des Verhältnisses der Impulsbreite t zur Impulsfolgezeit T) identifizieren.

In dem Fall, in dem das Stellungssignal P gemäß Fig. 4 heran gezogen wird, tritt jedoch folgendes Problem auf. Es wird ange nommen, daß die zweiten Stellungen der Kurbelwelle als Be zugswerte bei der Ermittlung der zeitlichen Ansteuerung die nen, z. B. der Zündpunktregelung und der Erregungs-Einsatzzei ten bei der Erregung der Zündspule. In diesen Fällen sind, wie Fig. 5 zeigt, der Zündpunkt und der Erregungseinsatz punkt, die unter Heranziehung der Rückflanke des dem bestimm ten Zylinder entsprechenden Impulses ermittelt werden, in Verzögerungs- bzw. Nacheilrichtung um einen Betrag versetzt, der dem Versatzwinkel θ entspricht. Damit ist die Zündpunkt steuerung des bestimmten Zylinders um einen Winkel θ (z. B. 10°) gegenüber dem normalen Zündpunkt versetzt, wobei diese Ver zögerung die Motorleistung verringert. Außerdem wird die Dau er der Erregung der Zündspule, die im Ansprechen auf die Rückflanke des dem bestimmten Zylinder entsprechenden Impul ses einsetzt, um eine Dauer verkürzt, die dem Versatzwinkel θ entspricht, so daß die Zündspannung verringert wird; dies kann zu einer Fehlzündung bzw. Zündaussetzern führen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Steuern des Zündzeitpunktes einer Brennkraft maschine anzugeben, die in der Lage ist, eine Zündanlage auch dann effektiv zu steuern, wenn mittels eines einzigen Dreh stellungs-Signalgebers zeitlich gesehen unterschiedliche Im pulslagen zur Erkennung eines Bezugszylinders vorliegen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen stand gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei der Unteranspruch mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen oder Weiterbildungen umfaßt.

Der verwendete Drehstellungs-Signalgeber erzeugt Impulse, deren Vorder- und Rückflanken jeweils der ersten und der zweiten Stellung der Kurbelwelle des Motors bezüglich eines jeweili gen Zylinders entsprechen, wobei die zweite Stellung der Kur belwelle bezüglich eines bestimmten Zylinders (z. B. des Zy linders Nr. 1) gegenüber den zweiten Stellungen der Kurbel welle bei den übrigen Zylindern um einen vorgegebenen Ver satzwinkel versetzt ist. Die Zylindererkennungseinrichtung identifiziert die dem bestimmten Zylinder entsprechenden Im pulse, was anhand der Ermittlung des Einschaltverhältnisses der Impulse geschehen kann.

Erkennt die Zylindererkennungseinrichtung einen Impuls, der dem bestimmten Zylinder zugeordnet ist, so ermittelt die Ver satzausgleichseinrichtung Zeitabstände, die zwischen der zweiten Drehstellung der Kurbelwelle für den bestimmten Zy linder und der richtigen zeitlichen Ansteuerung der Zündanla ge verstreichen sollten, wobei die Zeitabstände um den Ver satzwinkel bei der zweiten Drehstellung der Kurbelwelle be züglich des bestimmten Zylinders ausgeglichen werden. Werden die zweiten Drehstellungen der Kurbelwelle als Bezugswerte herangezogen, so ermittelt die Zeitberechnungs- und Vorgabe einrichtung die Ansteuerungszeitpunkte entsprechend den be richtigten Zeitabständen, welche die Versatzausgleichsein richtung festlegt, wenn die Zylindererkennungseinrichtung ei nen Impuls erfaßt, der dem bestimmten Zylinder entspricht.

Nachstehend wird nun die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezug nahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Wellenform eines typischen Drehstellungssignals zur Erfassung der Stellung der Kurbelwelle bei einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2 und 3 jeweils schematisch den Arbeitsablauf des Ver fahrens zur Festlegung der zeitlichen Ansteuerung bei einer Zündanlage anhand des Signals aus Fig. 1;

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, allerdings mit der Dar stellung der Wellenform eines Drehstellungssignals, bei dem die zweite Drehstellung der Kurbelwelle be züglich eines bestimmten Zylinders zur Identifizie rung des Zylinders um einen Versatzwinkel versetzt ist;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Wellenform des Er regungsstroms zur Zündspulenerregung, wie sie übli cherweise anhand des Drehstellungssignals mit Versatz zur Zylindererkennung festgelegt wird;

Fig. 6 ein Blockschaltbild des Gesamtaufbaus der Zündzeitpunktsteuerung;

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Routine, die beim Ausgleich des Versatzes im Drehstellungssignal zur Zylindererkennung abläuft, und

Fig. 8 ein Schema der Wellenformen des Drehstellungssignals und des Erregungsstroms zur Zündspulenerregung bei der Steuerung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 6 bis 8 der Zeichnung und auch mit Bezug auf Fig. 4 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in der Zeichnung auch gleichen oder vergleichbaren Teilen, Si gnalen, Werten, und dgl. entsprechen.

Zunächst wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 der Gesamtaufbau der Zündzeitpunktsteuerung für einen mehrzylin drigen Motor erläutert. Ein Drehstellungs-Signalgeber 1 er zeugt ein Drehstellungssignal P, dessen Wellenform aus Fig. 4 zu entnehmen ist, wobei es sich hier um einen Vierzylindermo tor handelt. Das Stellungssignal P wird über eine mit dem Drehstellungs-Signalgeber 1 gekoppelte Schnittstellenschal tung 2 dem Mikrorechner 3 übermittelt, der eine Zylinderer kennungseinrichtung 4, ein Rechenwerk 5 und eine Versatzaus gleichseinrichtung 6 aufweist.

Die Zylindererkennungseinrichtung 4 identifiziert jene Impul se des Stellungssignals P, die dem bestimmten Zylinder (z. B. Zylinder Nr. 1) entsprechen, anhand des Unterschieds im Ein schaltverhältnis der Impulse; diese Erkennung des bestimmten Zylinders erfolgt in nachstehend beschriebener Weise. Gemäß Fig. 4 ist die Impulsbreite t₁ des dem bestimmten Zylinder entsprechenden Impulses größer als die Impulsbreite t₀ der anderen Impulse.

Andererseits sind die Impulsfolgezeiten T, die zwischen den Vorderflanken zweier aufeinanderfolgender Impulse gemessen werden, bei allen Impulsen gleich. Damit mißt die Zylinderer kennungseinrichtung 4 zunächst die Impulsbreite t für jeden Impuls sowie die Zeit T zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen, und berechnet daraus das Einschaltverhältnis t/T. Anschließend vergleicht sie das so ermittelte Einschaltver hältnis t/T mit einem vorgegebenen Wert α (der in einer Größe festgelegt wird, die zwischen t₀/T und t₁/T liegt), um fest zustellen, ob t/T größer als α ist oder nicht. Übersteigt das Einschaltverhältnis t/T den Wert α, wird entschieden, daß der Impuls dem bestimmten Zylinder entspricht; ansonsten wird der Impuls den übrigen Zylindern zugeordnet.

Da außerdem die Impulse des Drehstellungssignals P in einer vorgegebenen festen Reihenfolge erzeugt werden (wofür Fig. 1 ein Beispiel zeigt, bei dem Impulse, die den Zylindern Nr. 1, 3, 4 und 2 entsprechen, in dieser Reihenfolge erzeugt wer den), läßt sich die Zuordnung der anderen Impulse zu den ent sprechenden anderen Zylindern anhand der Feststellung der Zuordnung jedes vierten Impulses mit dem bestimmten Zylinder (Zylinder Nr. 1) ermitteln. Werden die zweiten Drehstellungen der Kurbelwelle als Bezugspunkte herangezogen, so erfolgt die zeitliche Ansteuerung der Zündanlage entsprechend der in Fig. 7 dargestellten Routine mit Hilfe der Zylindererkennungsein richtung 4 und der Versatzausgleichseinrichtung 6. Die Wel lenform des entsprechend der Zeitvorgaberoutine aus Fig. 7 der Zündspule zugeführten Erregerstroms C ist in Fig. 8 (vgl. zweite Reihe) zusammen mit der entsprechenden Wellenform des Drehstellungssignals P (in der obersten Reihe) dargestellt.

Nebenbei zeigt Fig. 8 die Wellenformen P und C für den Fall, daß die ersten Drehstellungen der Kurbelwelle bei 75° vor dem oberen Totpunkt (BTDC), der für die jeweiligen Zylinder des Motors gilt, erreicht werden, während die zweiten Drehstel lungen der Kurbelwelle andererseits bei 5° vor dem oberen Totpunkt bezüglich aller anderen Zylinder, mit Ausnahme des bestimmten Zylinders, erreicht werden, wobei die zweite Dreh stellung für den bestimmten Zylinder in Nacheil- bzw. Verzö gerungsrichtung um einen Versatzwinkel θ von 10° so versetzt ist, daß sie erst 5° hinter dem oberen Totpunkt (ATDC) er reicht wird. Bei diesem Beispiel wurde weiterhin angenommen, daß bei jedem Zylinder der korrekte Zündpunkt bei 8° nach dem oberen Totpunkt liegt.

Nachfolgend wird der Ablauf der Routine gemäß Fig. 7 näher erläutert. Im Arbeitsschritt S1 wird beurteilt, ob der gerade empfangene Impuls des Drehstellungssignals P dem bestimmten Zylinder entspricht oder nicht. Diese Beurteilung nimmt in der vorbeschriebenen Weise die Zylindererkennungseinrichtung 4 anhand des Einschaltverhältnisses t/T des Signals P vor. Ist das Ergebnis der Entscheidung im Schritt S1 negativ, d. h. entspricht der Impuls nicht dem bestimmten Zylinder, so schaltet das Programm direkt zum Schritt S3 weiter, in dem das Rechenwerk S den Zündzeitpunkt T3 und den nächsten Erre gungs-Einsatzzeitpunkt T4 anhand der folgenden Gleichungen berechnet:

T3 = t₂ + Ta₂

und

T4 = t₂ + Tdw₂

wobei es sich bei Tag und Tdw₂, die jeweils durch Pfeile in Fig. 8 angegeben sind, um die vorstehend im Zusammenhang mit Fig. S erläuterten Zeiten handelt; damit entspricht bei spielsweise die Zeitdauer Ta₂ dem Drehwinkel von 13° der Kur belwelle, da bei allen anderen Zylindern außer dem bestimmten Zylinder der Zündwinkel (8° nach dem oberen Totpunkt) um 13° hinter der zweiten Drehstellung der Kurbelwelle (5° vor dem oberen Totpunkt) liegt.

Wird andererseits im Arbeitsschritt S1 ein positives Fest stellungsergebnis erreicht (d. h. entspricht der Impuls des bestimmten Zylinder), so nimmt die Versatzausgleichseinrich tung 6 im Arbeitsschritt S2 einen Versatzausgleich vor; an schließend ermittelt im Arbeitsschritt S3 das Rechenwerk 5 den Zündpunkt T3 und den nächstfolgenden Erregungs-Einsatz punkt T4 anhand der folgenden Gleichungen:

T3 = t_2s + T′a₂

und

T4 = t_2s + T′dw₂

wobei
t_2s, T′a₂ und T′dw₂ jeweils durch Pfeile in Fig. 8 angedeutet und folgendermaßen festgelegt sind:
t_2s repräsentiert den Zeitpunkt, zu dem die zweite Drehstel lung der Kurbelwelle (d. h. 5° nach dem oberen Totpunkt) für den bestimmten Zylinder erfaßt wird;
T′a₂, der von der Versatzausgleichseinrichtung 6 im Arbeits schritt S2 erfaßte Wert, entspricht der Zeitdauer, die dem Drehwinkel der Kurbelwelle von 3°, da die zweite Drehstellung der Kurbelwelle für den bestimmten Zylinder wegen des Ver satzwinkels von 10° bei 5° nach dem oberen Totpunkt erreicht ist, also bei einem Winkelwert, dem der korrekte Zündpunkt (der bei 8° nach dem oberen Totpunkt liegt) um 3° voreilt;
T′dw₂, der ebenfalls von der Versatzausgleichseinrichtung 6 im Arbeitsschritt S2 erfaßte Wert, entspricht der Zeitdauer, die im Vergleich zur Zeitdauer Tdw₂ (dem bei negativem Ent scheidungsergebnis im Arbeitsschritt S1 herangezogenen Wert) um einen Betrag kürzer ist, welcher dem Winkelwert von 10° im Winkelversatz entspricht.

Damit wird die vom Regelfall abweichende Ver zögerung im Zündpunkt, die der Pfeil X in Fig. 8 ausweist und die bei einer herkömmlichen Zündzeitpunktsteuerung auftritt, kor rigiert. Daneben wird auch der falsche Zeitpunkt, zu dem die Erregung einsetzt und den der Pfeil Y in derselben Figur aus weist, berichtigt, wobei diese Fehlvorgabe ebenfalls bei der herkömmlichen Zündzeitpunktsteuerung auftritt und gegebenenfalls eine Fehlzündung verursacht.

Claims

1. Zündzeitpunktsteuerung für eine fremdgezündete Brennkraft maschine mit mehreren Zylindern, umfassend
einen einzigen Drehstellungs-Signalgeber (1) der in Ab hängigkeit von der Drehstellung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein einziges Drehstellungs-Signal (P) in Form von den Zylindern zugeordneten Impulsen erzeugt, wobei jeder Impuls eine Vorderflanke und eine Rückflanke aufweist, jede Impuls-Vorderflanke einer bestimmten ersten Drehstellung (75° BTDC) der Kurbelwelle bezüglich jeweils eines Zylinders (Zylinder 1 bis 4) entspricht, und jede Impuls-Rückflanke einer bestimmten zweiten Drehstellung (5° BTDC; 5° ATDC) im unmittelbaren Bereich des oberen Totpunktes TDC zwischen einem Verdichtungs- und einem Ver brennungstakt des jeweiligen Zylinders (Zylinder 1 bis 4) entspricht, wobei die zweite Drehstellung für einen be stimmten Bezugszylinder von der zweiten Drehstellung aller anderen Zylinder um einen bestimmten Versatzwinkel (θ; 10°) abweicht,
eine mit dem Drehstellungs-Signalgeber verbundene Zylin dererkennungs-Einrichtung (4) zur Identifizierung des be stimmten Zylinders;
und eine zeitberechnungs- und Vorgabeeinheit (5) zur zeit lichen Steuerung des Zündzeitpunktes und der Erregung ei ner Zündanlage in Abhängigkeit von den Impuls-Vorder- und Rückflanken,
gekennzeichnet durch eine Versatzausgleichs-Einrichtung (6), welche dann, wenn der bestimmte Bezugszylinder identifiziert wurde, die Steuerung des Zündzeitpunktes und der Erregung der Zündan lage um den Versatzwinkel (θ) korrigiert, so daß unab hängig von unterschiedlichen Impulslagen ein gleicher Zündzeitpunkt und Erregungsbeginn der Zündanlage für alle Zylinder gegeben ist.

2. Zündzeitpunktsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drehstellung der Kurbelwelle bezüglich des Bezugszylinders um einen Versatzwinkel in Verzögerungs richtung gegenüber der zweiten Drehstellung der Kurbel welle bezüglich der übrigen Zylinder versetzt ist.