DE4108292A1

DE4108292A1 - Steuerungsvorrichtung und steuerungsverfahren fuer die zuendstromdauer

Info

Publication number: DE4108292A1
Application number: DE4108292A
Authority: DE
Inventors: Takashi Mukaihira; Noboru Sugiura; Ryoichi Kobayashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-03-15
Filing date: 1991-03-14
Publication date: 1991-09-19
Anticipated expiration: 2011-03-15
Also published as: DE4108292C2; KR910017065A; US5143553A; JPH03264774A; JP2878764B2; KR950002634B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Zündstromdauer einer Brennkraftmaschine. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Steuerungsvorrichtung für die Zündstromdauer, die das Durch brechen eines Leistungstransistors, der in einem Zündsystem verwendet wird, dann verhindern soll, wenn in einem abnormalen Betriebszustand wegen des Motorstillstands des Fahrzeugs ein überaus großer Strom den Leistungstransistor durchfließt.

Zum Ansteuern der Treibstoffpumpe werden Leistungstransistoren in Zündspulenansteuervorrichtungen und in Einspritzansteuer vorrichtungen von Brennkraftmaschinen verwendet. Da diese Transistoren wegen der im Transistor erzeugten Wärme beschä digt werden, wenn die Stromleitdauer des Transistors zu lange wird, wurden Gegenmaßnahmen zur Verhinderung der Zerstörung des Transistors ergriffen. Als Beispiel sei die japanische Offenlegungsschrift Nr. 52-67 425 genannt ("Non-contactor type ignition apparatus", veröffentlicht am 3. Juni 1977). Mittels eines temperaturempfindlichen Bauelements, wie beispielsweise einem in der Nähe des Leistungstransistors angebrachten Thermistor, erfaßt diese Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik den Temperaturanstieg des Leistungstransistors während des normalen Betriebs und steuert die Stromdauer, indem auf der Grundlage des Ausgangssignals des temperaturempfindlichen Elements der Vorspannungspegel des Leistungstransistors verändert wird, so daß der Leistungstransistor unterhalb seiner Grenztemperatur gehalten wird.

In dieser vorbekannten Vorrichtung wird also die Stromleit dauer des Leistungstransistors gemäß dem Ausgangssignal des in der Nähe des Leistungstransistors angebrachten Thermistors ge steuert. Wenn aber wegen des Stillstands des Motors kurzzeitig ein hoher Strom fließt und die Motortemperatur hoch ist, er hitzt sich der Leistungstransistor schlagartig. Derartige abrupte Temperaturanstiege können durch den Thermistor nicht erfaßt werden, so daß die Temperatur des Leistungstransistors dessen Grenztemperatur überschreitet und der Leistungstran sistor zerstört wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung für die Zündstromleitdauer anzugeben, die die Zündstromleitdauer in geeigneter Weise steuert und die Temperatur des Leistungs transistors unter dessen Sperrschicht-Grenztemperatur hält, selbst wenn aufgrund eines Motorstillstands vorübergehend ein hoher Strom fließt.

Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst, abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfin dung gerichtet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt:

In Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur der Brennkraft maschine wird eine erste vorbestimmte Zeit festgelegt. Eine zweite vorbestimmte Zeit wird in Abhängigkeit von der Batte rieversorgungsspannung des Steuerungssystems der Brennkraft maschine festgelegt. Wenn während einer längeren Zeit, die länger ist als entweder die erste vorbestimmte Zeit oder die zweite vorbestimmte Zeit, oder die länger als beide vorbe stimmte Zeiten ist, kein Referenz-Signal von einem Kurbel wellensensor her eintrifft, entscheidet die Vorrichtung, daß der Motor stillsteht, und steuert die Leitdauer des Halb leiterbauelements so, daß sie kürzer wird.

Die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine ist ein Maß für die Temperatur der Brennkraftmaschine. Die erfindungsge mäße Vorrichtung überwacht die Kühlwassertemperatur und legt eine kürzere erste vorbestimmte Zeit fest, wenn die Kühlwas sertemperatur höher wird. Gleichzeitig legt die erfindungs gemäße Vorrichtung eine kürzere zweite vorbestimmte Zeit fest, wenn die Versorgungsspannung höher wird. Wendet man nun die oben erwähnte Steuerung an, ergibt sich eine schnellere Erfas sung des Motorstillstands, wenn die Kühlwassertemperatur höher ist, so daß die Zeitdauer, während derer ein hoher Strom auf grund des Motorstillstands fließt, verkürzt werden kann, wenn die Temperatur der Brennkraftmaschine hoch ist, so daß eine Beschädigung des Halbleiterbauteiles oder des Leistungstran sistors verhindert werden kann. Ein Spannungsabfall der Ver sorgungsspannung wird entweder durch eine niedrige Temperatur der Brennkraftmaschine verursacht oder dadurch, daß der An lasser verwendet wird. Da zu diesem Zeitpunkt die zweite vor bestimmte Zeit einen großen Wert hat, findet die Erfassung des Motorstillstands auf der Grundlage der zweiten vorbestimmten Zeit statt, die eine ähnliche Größe wie beim normalen Betrieb des Motors hat, selbst wenn die erste vorbestimmte Zeit auf grund hoher Umgebungstemperatur auf einen kleinen Wert gesetzt wurde. In einem solchen Fall hat dementsprechend die zweite vorbestimmte Zeit denselben Wert wie die normale Leitdauer des Halbleiterbauteils, da es selbst dann, wenn die Umgebungstem peratur hoch ist, nicht viel Wärme erzeugt, wenn die Versor gungsspannung abnimmt. Erfindungsgemäß wird also, wie später ausführlich erläutert, die Zündstromleitdauer auf der Grund lage der ersten und zweiten vorbestimmten Zeit gesteuert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor richtung;

Fig. 2 eine Verarbeitungsschaltung der erfindungsgemäßen Zündsteuerung;

Fig. 3 ein erstes Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Steuerung für die Zündstromdauer;

Fig. 4 ein zweites Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Steuerung für die Zündstromdauer;

Fig. 5 ein drittes Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Steuerung für die Zündstromdauer;

Fig. 6 ein viertes Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Steuerung der Zündstromdauer;

Fig. 7A, 7B und 7C Kennlinien, die dazu verwendet werden, die erste vorbestimmte Zeit entsprechend der Kühlwasser temperatur der Brennkraftmaschine zu bestimmen; und

Fig. 8A, 8B und 8C Kennlinien, die dazu verwendet werden, die zwei te vorbestimmte Zeit entsprechend der Batterie versorgungsspannung der Brennkraftmaschine zu bestimmen.

In Fig. 1 bezeichnet CPU 1 eine Zentraleinheit, die die di gitale Verarbeitung aller Daten, wie Berechnung des Zündzeit punkts, der Zündstromdauer und des Einspritzzeitpunktes, durchführt, ROM 2 bezeichnet Speicherelemente zur Speicherung von Steuerungsprogrammen für den Zündzeitpunkt und zur Steue rung der Zündstromleitdauer sowie für feste Daten, und RAM 3 bezeichnet ein Speicherelement, in das geschrieben und aus dem heraus gelesen werden kann. Über eine Schnittstellenschaltung 4 (E/A) für die Ein- und Ausgabe werden die Signale von den Sensoren eingegeben, über Busleitungen 5 Ausgaben an die CPU 1 vorgenommen sowie Zündzeitpunkt und Zündstromdauersignal IGN sowie das Signal für den Treibstoffeinspritzzeitpunkt INJ an die Treiberschaltungen 6 und 7 ausgegeben, nachdem IGN und INJ durch die CPU 1 berechnet wurden. In der beschriebenen Aus führungsform werden die Ausgangssignale des Kurbelwellen sensors 8 und eines Zündschalters 22, die in Form von impuls artigen Signalen ausgegeben werden, direkt in die E/A-Schal tung 4 eingegeben. Sensoren für die Wassertemperatur Tw, die Ansaugluftmenge Qa, ein Sensor 11 für den Drosselklappenwinkel R_th, eine Erfassungseinrichtung 12 für die Spannung Vb der Batterie 13 und ein Detektor für die Drehzahl N des Motors sind Sensoren, die analoge Signale ausgeben. Sie werden in einen Analog/Digitalwandler (A/D) 14 eingegeben, in digitale Signale umgewandelt und in die E/A-Schaltung 4 eingegeben. Der Kurbelwellensensor 8 dient zur Bereitstellung von Bezugs signalen, die als Grundlage für die Berechnung eines Grund zündzeitpunktes verwendet werden. Wassertemperatur Tw und der Drosselklappenwinkel R_th werden zur Kompensierung des Zünd zeitpunkts, der Zündstromdauer und des Kraftstoffeinspritz zeitpunkts verwendet. Die Ansaugluftmenge Qa wird zur Steue rung des Luft/Kraftstoffgemisches verwendet. Ein Zündungs steuerungstreiber 6 besteht aus einem Verstärker für das Zünd signal IGN, einem Darlington-Leistungstransistor 16 und einer Steuerungsschaltung 17 für die Zündstromdauer. Der Zündungs steuerungstreiber 6 erzeugt für die Zündspule 18 entsprechend ihrem primären Durchbruchsstrom eine Hochspannung, wenn auf das Zündsignal IGN hin der Leistungstransistor ausgeschaltet wird. Der Treibstoffeinspritztreiber 7 besteht aus einem Ver stärker 19 für das Treibstoffeinspritzsignal INJ und einem Leistungstransistor 20. Der Treibstoffeinspritztreiber steuert eine Einspritzdüse 21 an, wenn das Treibstoffeinspritzsignal INJ eingegeben wird. Ein Kraftstoffpumpentreiber 23 besteht aus einem Verstärker 24 für ein Kraftstoffunterbrechungssignal F.CUT, das beim Motorstillstand erzeugt wird, und einem Lei stungstransistor 25. Auf der Grundlage des Treibstoffunter brechungssignals F.CUT betätigt der Kraftstoffpumpentreiber einen Magnetschalter 26 und hält dadurch die Kraftstoffpumpe 27 an, so daß die Kraftstoffzufuhr unterbrochen ist.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm der Steuerungsschaltung 28 für die Zündstromdauer. Die Steuerung für die Zündstromdauer wird mittels CPU 1, ROM 2, RAM 3 und E/A 4, wie sie in Fig. 1 dar gestellt sind, durchgeführt. Wie in Fig. 2 dargestellt, werden die Motordrehzahl N, die Ansaugluftmenge Qa und die Versor gungsspannung Vb zur Berechnung des Zündzeitpunkts R_ad und der Stromleitdauer T der Zündspule in die Verarbeitungsschaltung 29 eingegeben, das Zündsignal IGN wird an die Treiberschaltung 6 ausgegeben. Auf der Grundlage der Motordrehzahl N und der Ansaugluftmenge Qa berechnet die Verarbeitungsschaltung 30 ein Lastsignal Qa/N. Auf der Grundlage des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung 30 berechnet die Verarbeitungsschaltung 31 eine Grundeinspritzimpulsbreite Tp. Eine Kompensations schaltung 33 für die Wassertemperatur wird zur Kompensation der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine verwendet. Die Verarbeitungsschaltung 32 berechnet bezugnehmend auf die Aus gangssignale der Verarbeitungsschaltung 31, die Batteriever sorgungsspannung Vb und die Kompensationsschaltung 33 für die Wassertemperatur die tatsächliche Einspritzimpulsbreite Ti.

Im folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Im Schritt 401 werden die Kühlwassertemperatur Tw und/oder die Batterie spannung Vb erfaßt. Im Schritt 402 werden die erste Stromdauer Ts1 und/oder die zweite Stromdauer Ts2 berechnet. Ts1 und Ts2 hängen funktionell derartig von der Kühlwassertemperatur Tw und der erfaßten Batteriespannung ab, daß ihr Wert kleiner wird, wenn die erfaßte Kühlwassertemperatur Tw und die erfaßte Batteriespannung größer werden. Dies ist in den Fig. 7A, 7B, 7C, 8A, 8B und 8C dargestellt. Diese Funktionen können wie folgt dargestellt werden:

Ts1 = f (Tw)
Ts2 = f (Vb).

In den Fig. 7A bis 7C und 8A bis 8C werden, stufenweise oder kontinuierlich, die erste Stromdauer Ts1 und die zweite Stromdauer Ts2 mit zunehmender Kühlwassertemperatur Tw oder Batteriespannung Vb linear kleiner. Im Schritt 403 wird auf der Grundlage von im Schritt 402 erhaltenen Ts1 und/oder Ts2 durch die Tätigkeit der Zeitsetzschaltung 35 die Stromdauer Ts berechnet. Die Funktion von Ts umfaßt den Fall, daß entweder Ts1 oder Ts2 gleich Null ist. Im Schritt 404 wird die Warte zeit Tr, während der kein Kurbelwellensignal in die Erfas sungsschaltung 34 für den Motorstillstand gegeben wird, mit dem im Schritt 403 gewonnenen Wert von Ts verglichen. Der Vergleich im Schritt 404, ob Tr < Ts ist, findet in der Erfas sungsschaltung 34 für den Motorstillstandszustand statt. Ist Tr < Ts, entscheidet die Erfassungsschaltung 34 für den Motor stillstandszustand, daß der Motor stillsteht. Ist dagegen Tr < Ts, legt die Erfassungsschaltung 34 fest, daß ein norma ler Betriebszustand vorliegt. Wenn die Erfassungsschaltung 34 den Motorstillstandszustand feststellt, gibt sie ein Signal aus, um das Zündsignal IGN zu unterbrechen, und erzeugt das Kraftstoffunterbrechungssignal F.CUT, um gleichzeitig und augenblicklich die Kraftstoffpumpe 27 anzuhalten.

In Fig. 4 werden im Schritt 407 Tw und Vb erfaßt. Im Schritt 408 werden Ts1 und Ts2 gesetzt. Im Schritt 409 wählt die Zeit setzschaltung 35 aus der ersten Stromleitdauer Ts1 und der zweiten Stromdauer Ts2 die kleinere Stromleitdauer aus. Indem gemäß der Funktion Ts = min (Ts1, Ts2) vorgegangen wird, wird im System gemäß dem Flußdiagramm der Fig. 4 die Steuerungsvor richtung mit höchstmöglicher Sicherheit bezüglich des Durch brechens des Leistungstransistors 16 gesteuert. Die Abfrage, ob Tr < Ts im Schritt 404, wird durch die Erfassungsschaltung 34 für den Motorstillstandszustand durchgeführt. Die Steuer schaltungen 6 und 23 werden gemäß den Entscheidungen in den Schritten 405 und 406 betrieben.

In Fig. 5 sind diejenigen Elemente, die zu denen der Fig. 4 gleich sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Im Schritt 410 in der Zeitsetzschaltung 35 wird der Ausdruck (Ts1 + Ts2)/2 berechnet.

In Fig. 6 sind diejenigen Elemente, die zu denen der Fig. 4 gleich sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die im Schritt 411 dargestellte Abfrage eines Kennfelds für Ts findet auf der Grundlage der erfaßten Werte von Tw und Vb in der Zeitsetzschaltung 35 statt. Gemäß dem in Fig. 6 dargestellten System kann mittels des Zugriffs auf ein Kennfeld für Ts die Steuerungsvorrichtung die Zündstromdauer des Leistungstran sistors 16 genau steuern.

Erfindungsgemäß kann somit verhindert werden, daß ein Halb leiterbauteil zur Ansteuerung der Zündspule durchbricht, selbst dann, wenn aufgrund des Motorstillstands, was eine hohe Temperatur der Brennkraftmaschine bewirkt, kurzzeitig ein großer Strom fließt, da die erfindungsgemäße Steuerungsvor richtung den großen Strom erfaßt und die Stromzufuhr zum Halb leiterbauteil hin unterbricht.

Claims

1. Steuerungsvorrichtung für die Zündstromdauer zur Steue rung der Fließzeit eines die Zündspule (18) durchlaufen den Stromes mittels eines Halbleiterbauelements (16), das zur Ansteuerung der Zündspule (18) einer Brennkraftma schine verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aufweist:
einen Temperatursensor (9) zur Erfassung der Kühlwas sertemperatur des Motors,
eine erste Zeitsetzeinrichtung (35) zum Setzen einer ersten Stromdauer (Ts1) für das Halbleiterbauelement (16), wobei die erste Stromdauer (Ts1) kürzer wird, wenn die erfaßte Temperatur höher ist,
eine Entscheidungseinrichtung (34), die entscheidet, daß der Motor anhält, wenn eine Wartezeit (Tr), während der kein Referenzsignal von einem Kurbelwellensensor (8) ausgegeben wird, größer als die erste Stromdauer ist, und
eine Steuerungseinrichtung (6) zum Betätigen des Halb leiterbauelements (16) und zum Unterbrechen des Strom flusses durch das Halbleiterbauelement (16), wenn die Entscheidungseinrichtung (34) festlegt, daß der Motor an hält.

2. Steuerungsvorrichtung für die Zündstromdauer zur Steue rung der Fließzeit eines die Zündspule (18) durchlaufen den Stromes mittels eines Halbleiterbauelements (16), das zur Ansteuerung der Zündspule (18) einer Brennkraftma schine verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aufweist:
einen Spannungssensor (12) zur Erfassung der Batterie versorgungsspannung des Motors,
eine zweite Zeitsetzeinrichtung (35) zum Setzen einer zweiten Stromdauer (Ts2) für das Halbleiterbauelement (16), wobei die zweite Stromdauer (Ts2) kürzer wird, wenn die erfaßte Spannung höher ist,
eine Entscheidungseinrichtung (34), die entscheidet, daß der Motor anhält, wenn eine Wartezeit (Tr), während der kein Referenzsignal von einem Kurbelwellensen sor (8) ausgegeben wird, größer als die zweite Stromdauer ist, und
eine Steuerungseinrichtung (6) zum Betätigen des Halb leiterbauelements (16) und zum Unterbrechen des Strom flusses durch das Halbleiterbauelement (16), wenn die Entscheidungseinrichtung (34) festlegt, daß der Motor an hält.

3. Steuerungsvorrichtung für die Zündstromdauer zur Steue rung der Fließzeit eines die Zündspule (18) durchlaufen den Stromes mittels eines Halbleiterbauelements (16), das zur Ansteuerung der Zündspule (18) einer Brennkraftma schine verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aufweist:
einen Temperatursensor (9) zur Erfassung der Kühlwas sertemperatur des Motors,
einen Spannungssensor (12) zur Erfassung der Batterie versorgungsspannung des Motors,
eine erste Zeitsetzeinrichtung (35) zum Setzen einer ersten Stromdauer (Ts1) für das Halbleiterbauelement (16), wobei die Stromdauer (Ts1) kürzer wird, wenn die erfaßte Temperatur höher ist,
eine zweite Zeitsetzeinrichtung (35) zum Festsetzen einer zweiten Stromdauer (Ts2) für das Halbleiterbau element (16), wobei die zweite Stromdauer (Ts2) kürzer wird, wenn die erfaßte Spannung höher ist,
eine Recheneinrichtung (35), die auf der Grundlage der ersten Stromdauer (Ts1) sowie der zweiten Stromdauer (Ts2) eine tatsächliche Stromdauer (Ts) berechnet,
eine Entscheidungseinrichtung (34), die entscheidet, daß der Motor anhält, wenn eine Wartezeit (Tr), während der kein Referenzsignal von einem Kurbelwellensensor (8) ausgegeben wird, größer als die tatsächliche Stromdauer ist, und
eine Steuerungseinrichtung (6) zum Betätigen des Halb leiterbauelements (16) und zum Unterbrechen des Strom flusses durch das Halbleiterbauelement (16), wenn die Entscheidungseinrichtung (34) festlegt, daß der Motor an hält.

4. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (35) als tatsächliche Stromdauer (Ts) den kleineren Wert von erster Stromdauer (Ts1) und zweiter Stromdauer (Ts2) wählt.

5. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (35) als tatsächliche Stromdauer (Ts) den Mittelwert aus erster Stromdauer (Ts1) und zweiter Stromdauer (Ts2) wählt.

6. Steuerungsvorrichtung für die Zündstromdauer zur Steue rung der Fließzeit eines die Zündspule (18) durchlaufen den Stromes mittels eines Halbleiterbauelements (16), das zur Ansteuerung der Zündspule (18) einer Brennkraftma schine verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aufweist:
einen Temperatursensor (9) zur Erfassung der Kühlwas sertemperatur des Motors,
einen Spannungssensor (12) zur Erfassung der Batterie versorgungsspannung des Motors,
eine Zeitsetzeinrichtung (35) zum Ermitteln einer tat sächlichen Stromdauer (Ts) auf der Grundlage der erfaßten Kühlwassertemperatur und der erfaßten Versorgungsspan nung, indem ein Wert für die tatsächliche Stromdauer (Ts) aus einem Kennfeld ausgelesen wird, worin deren Werte in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur und der Ver sorgungsspannung gespeichert sind,
eine Entscheidungseinrichtung (34), die entscheidet, daß der Motor anhält, wenn eine Wartezeit (Tr), während der kein Referenzsignal von einem Kurbelwellensensor (8) ausgegeben wird, größer als die tatsächliche Stromdauer ist, und
eine Steuerungseinrichtung (6) zum Betätigen des Halb leiterbauelements (16) und zum Unterbrechen des Strom flusses durch das Halbleiterbauelement (16), wenn die Entscheidungseinrichtung (34) festlegt, daß der Motor an hält.

7. Verfahren zur Steuerung der Zündstromleitdauer einer Brennkraftmaschine mit folgenden Schritten:

- Steuern des Zündstromes durch ein Halbleiterbauelement, und
- Erfassen der Kühlwassertemperatur (Tw) und/oder der Batterieklemmspannung (Vb),

gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:

- Festsetzen einer Stromleitdauer (Ts) nach Maßgabe der erfaßten Werte (Tw, Vb), wobei die Stromleitdauer (Ts) kürzer wird, wenn die erfaßten Werte (Tw, Vb) höher werden,
- Entscheiden, daß der Motor anhält, wenn eine Wartezeit (Tr), während der kein Referenzsignal eines Kurbel wellensensors eintrifft, größer als die Stromleitdauer (Ts) ist, und
- Unterbrechen des Stromflusses durch das Halbleiterbau element, wenn entschieden wird, daß der Motor anhält.