Einrichtung zur Regelung des Zündwinkels einer Brennkraftma¬ schineDevice for controlling the ignition angle of an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung des Zünd- winkeis für wenigstens einen Zylinder einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (US-PS 4,727,842).The invention relates to a device for regulating the ignition angle for at least one cylinder of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 (US Pat. No. 4,727,842).
Beim Otto-Motor beeinflußt der Zündzeitpunkt entscheidend die Motorleistung und den Kraftstoffverbrauch. Mit zunehmender Mo- tordrehzahl und ansteigendem Luft/Kraftstoff-Verhältnis muß der Zündzeitpunkt in zunehmendem Maße nach Früh verstellt wer¬ den. Zusätzlich beeinflussen Betriebsparameter wie Motorlast und Motortemperatur den Zündzeitpunkt bzw. Zündwinkel. Bisher wurde auf einem Motorprüfstand für den jeweiligen Motortyp ein Kennfeld durch Versuche ermittelt und in anschließenden Fahr¬ versuchen nach vorgegebenen Kriterien wie Kraftstoffverbrauch, Abgas- und Fahrverhalten optimiert. Das so ermittelte Zündwin¬ kel-Kennfeld wurde elektronisch gespeichert, so daß das Zünd¬ verhalten des Motors während seiner gesamten Lebensdauer unver- ändert blieb.In the Otto engine, the ignition timing has a decisive influence on engine performance and fuel consumption. As the engine speed increases and the air / fuel ratio increases, the ignition timing must be adjusted to an increasing degree. Operating parameters such as engine load and engine temperature also influence the ignition timing or ignition angle. So far, a map has been determined on a motor test bench for the respective engine type by tests and optimized in subsequent driving tests according to predetermined criteria such as fuel consumption, exhaust gas and driving behavior. The ignition angle map thus determined was stored electronically, so that the ignition behavior of the engine remained unchanged throughout its life.
Bei der aus der US-PS 4,727,842 bekannten Einrichtung wird der Zündzeitpunkt einer Brennkraftmaschine so eingeregelt, daß die der Zündung folgende Spitzendrucklage (Kurbelwellenstellung bei maximalem Brennraumdruck) bei einem vorgegebenen Sollwert bzw. in einem vorgegebenen Sollwertbereich, der in einem betriebs¬ punktabhängigen Kennfeld gespeichert ist, auftritt.In the device known from US Pat. No. 4,727,842, the ignition timing of an internal combustion engine is adjusted so that the peak pressure position following the ignition (crankshaft position at maximum combustion chamber pressure) at a predetermined setpoint or in a predetermined setpoint range, which is stored in an operating point-dependent map , occurs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der genannten Art dahin zu verbessern, daß aufwendige Prüfstand- und Fahrversuche zur Optimierung des Zündkennfeldes überflüssig sind.The invention has for its object to improve a device of the type mentioned that complex test bench and driving tests to optimize the ignition map are unnecessary.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteran¬ sprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben.Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims. The invention is described in more detail with reference to the drawing.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Zylinders, Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ein- richtung.Figure 1 shows a schematic representation of a cylinder, Figure 2 shows a block diagram of a device according to the invention.
Figur 1 zeigt schematisch den Schnitt durch einen Zylinder ei¬ ner Brennkraftmaschine mit einem Brennraum, einem Kolben, mit Ein- und Auslaßkanal sowie den entsprechenden Ventilen, einer Zündkerze und einem Drucksensor. Der Zündkerze wird an einem Anschlußpunkt a über eine Zündspule ein Zündimpuls Z zuge¬ führt. Eine durch den Zündfunken ausgelöste Verbrennung erhöht den Druck im Brennraum des Zylinders. Dieser Druck wird von dem im Brennraum angeordneten Drucksensor erfaßt und ausgewertet. Die Auswertung erfolgt dahingehend, daß die Kurbelwellenstel¬ lung, bei welcher der Maximalwert bzw. Spitzenwert des Brenn¬ raumdrucks auftritt, erfaßt und gespeichert wird. Der Zusammen¬ hang zwischen Brennraumdruck und Kurbelwellenstellung ist in einem kleinen, nicht näher bezeichneten Diagramm der Figur 1 veranschaulicht.FIG. 1 shows schematically the section through a cylinder of an internal combustion engine with a combustion chamber, a piston, with an inlet and outlet channel and the corresponding valves, a spark plug and a pressure sensor. The spark plug is supplied with an ignition pulse Z at a connection point a via an ignition coil. A combustion triggered by the ignition spark increases the pressure in the combustion chamber of the cylinder. This pressure is detected and evaluated by the pressure sensor arranged in the combustion chamber. The evaluation takes place in such a way that the crankshaft position at which the maximum value or peak value of the combustion chamber pressure occurs is recorded and stored. The relationship between combustion chamber pressure and crankshaft position is illustrated in a small, unspecified diagram in FIG. 1.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild der Einrichtung zur Regelung des Zündwinkels eines Zylinders einer Brennkraftmaschine. Einem Subtrahierglied A wird über eine Leitung G ein Sollwert PSoll für die Spitzendrucklage zugeführt. Einem weiteren Eingang die¬ ses Subtrahiergliedes wird ein Istwert PIst der Spitzendruck¬ lage zugeführt. Das Ausgangssignal dieses Subtrahiergliedes A, welches den Wert Null (Istwert = Sollwert) annehmen soll, wird einem PID-Regler B zugeführt, an dessen Ausgang ein Korrektur- wert erscheint, welcher den aus einem anderen Kennfeld entnom¬ menen Zündwinkel-Vorsteuerwert entsprechend der Regelstrategie in Richtung Früh- oder Sp t-Zündung verändert.Figure 2 shows a block diagram of the device for controlling the ignition angle of a cylinder of an internal combustion engine. A subtractor A is supplied with a setpoint PSoll for the peak pressure position via a line G. An actual value PIst of the peak pressure position is fed to a further input of this subtracting element. The output signal of this subtractor A, which is to assume the value zero (actual value = setpoint), is fed to a PID controller B, at the output of which a correction value appears which corresponds to the ignition angle pilot control value taken from another characteristic diagram in accordance with the control strategy changed in the direction of early or Sp t ignition.
Der korrigierte Zündwinkel Z wird der Zündspule über den Ein- gang a der Regelstrecke zugeführt. An deren Ausgang b erscheint der Istwert PIst der Spitzendrucklage, welcher dem zweiten Eingang des Subtrahiergliedes A zugeführt wird. Die Einrichtung,
soweit sie bis hierher beschrieben ist, entspricht der aus der US-PS 4,727,842 bekannten Einrichtung.The corrected ignition angle Z is fed to the ignition coil via input a of the controlled system. At its output b, the actual value PIst of the peak pressure position appears, which is fed to the second input of the subtractor A. The facility, insofar as it has been described so far, corresponds to the device known from US Pat. No. 4,727,842.
Die Zündwinkel Z für die alle 720" KW erfolgenden Zündungen dieses Zylinders und die daraufhin ermittelten Spitzendruckla¬ gen werden einem Identifikator C zugefürt und in diesem gespei¬ chert. Dieser Identifikator C ist vorzugsweise als Mikroprozes¬ sor aufgebaut und ermittelt laufend als "Streckenidentifikation" das Verhältnis von Spitzendrucklageänderung zu Zündwinkelände- rung aufeinanderfolgender Zündungen. Aus einer repräsentativen Anzahl gespeicherter Istwerte PIst der Spitzendrucklage wird gleichzeitig ein gleitender Streuwert ermittelt, von dessen Wert die Breite eines Meßfensters abhängig ist, welches kurbel- winkel-bezogen um den Sollwert PSoll der Spitzendrucklage aufgebaut wird.The ignition angles Z for the ignitions of this cylinder which occur every 720 "KW and the peak pressure positions determined thereupon are fed to an identifier C and stored in this. This identifier C is preferably constructed as a microprocessor and continuously determines this as" route identification " Ratio of change in peak pressure position to change in ignition angle of successive ignitions A sliding scatter value is determined from a representative number of stored actual values PIst of the peak pressure position, the value of which determines the width of a measuring window which is built up in relation to the crank angle around the setpoint PSet of the peak pressure position .
Einem Zuordner wird der im Identifikator C ermittelte Verhält¬ niswert und ein später erklärter Wert für die Regelgüte des Re¬ gelkreises für die Spitzendrucklage zugeführt. In Abhängigkeit von diesen beiden Werten gibt der Zuordner, der im wesentlichen aus einem adressierbaren Speicher RAM besteht, Reglerparameter aus, die über eine Leitung D dem PID-Regler B zugeführt werden.The ratio value determined in the identifier C and a value explained later for the control quality of the control loop for the peak pressure position are fed to an assignor. Depending on these two values, the allocator, which essentially consists of an addressable memory RAM, outputs controller parameters which are fed to the PID controller B via a line D.
Die mittels der Identifikation der Regelstrecke Zündwinkel- Spitzendrucklage durchgeführte Nachführung der Reglerparameter ermöglicht damit ein optimales Einschwingverhalten des Regel¬ kreises. Dieser Regelkreis wird zur schnellen Vorsteuerung des Zündwinkels verwendet, welche einsetzt, wenn der gemessene Ist¬ wert PIst der Spitzendrucklage außerhalb des Meßfensters liegt oder wenn eine schnelle Leistungsänderung gefordert wird.The tracking of the controller parameters carried out by means of the identification of the controlled system ignition angle peak pressure position thus enables an optimal transient response of the control loop. This control circuit is used for rapid pilot control of the ignition angle, which is used when the measured actual value PIst of the peak pressure position is outside the measuring window or when a rapid change in output is required.
Liegt der Istwert hingegen innerhalb des Meßfensters, wird ein vergleichsweise langsamer, nicht dargestellter Regler aktiviert, der bei gegebenem Betriebspunkt den Zündwinkel hinsichtlich ma- ximaler Motorleistung optimiert. Ein solches Optimierungsver¬ fahren ist beispielsweise aus der DE-OS 29 52 073 bekannt. Der indizierte Mitteldruck, also das Linienintegral pdV ist ein Maß
für die abgegebene Motorleistung. Zu seiner Bestimmung wird das vom Drucksensor aufgenommene Drucksignal mit der volumenpropor¬ tionalen Kurbelwinkelstellung multipliziert, aufsummiert und nach jedem Arbeitsspiel ausgewertet.If, on the other hand, the actual value lies within the measuring window, a comparatively slow controller (not shown) is activated, which optimizes the ignition angle with regard to maximum engine power at a given operating point. Such an optimization method is known, for example, from DE-OS 29 52 073. The indicated medium pressure, i.e. the line integral pdV, is a measure for the delivered engine power. To determine it, the pressure signal recorded by the pressure sensor is multiplied by the volume-proportional crank angle position, summed up and evaluated after each working cycle.
Die obengenannten Werte für die Reglergüte werden einem Mikro¬ prozessor μP entnommen, in welchem sie in Abhängigkeit von Her¬ stellerdaten uru Betriebsparametern abgespeichert sind. Solche Betriebsparameter sind beispielsweise Motordrehzahl, Motorlast, Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur, Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Motortemperatur -usw.. Unter Herstellerdaten sind solche Angaben zu verstehen, daß beispielsweise bei bestimmten Betriebsbedin¬ gungen, wie Vollast oder Beschleunigung das Luft/Kraftstoff- Verhältnis auf einen bestimmten Wert, beispielsweise 0,9 gesetzt wird.The above-mentioned values for the controller quality are taken from a microprocessor μP, in which they are stored as a function of the manufacturer's data and operating parameters. Such operating parameters are, for example, engine speed, engine load, air humidity, air temperature, air / fuel ratio, engine temperature, etc. Manufacturer data means such information that, for example under certain operating conditions, such as full load or acceleration, the air / fuel ratio a certain value, for example 0.9.
Der Mikroprozessor μP weist ein weiteres Kennfeld auf, in wel¬ chem in Abhängigkeit von den genannten Betriebsparametern auch die Sollwerte PSoll für die Spitzendrucklage gespeichert sind. Diese werden über eine Leitung G dem Subtrahierglied A zugeführt.The microprocessor μP has a further map, in which the setpoints PSoll for the peak pressure position are also stored, depending on the operating parameters mentioned. These are fed to the subtractor A via a line G.
Bei statischem Motorbetrieb, d.h. bei einem über mehrere Motor¬ zyklen konstanten Lastzustand, der durch geringe Drehzahl- und Fahrerwunschänderungen charakterisiert ist, wird derjenige Ist¬ wert PIst der Spitzendrucklage, der dem von dem langsamen Regler ermittelten optimalen Zündwinkel zugeordnet ist, in das im Mikroprozessor μP vorhandene Kennfeld für die Sollwerte der Spitzendrucklage übernommen. Vor dem Einschreiben dieser Werte in das Kennfeld werden sie auf Einhaltung vorgegebener Herstel¬ lerdaten wie Motorklopfen, Einhalten von Abgaswerten usw. über¬ prüft und gegebenenfalls korrigiert.With static motor operation, i.e. in the case of a load state which is constant over several engine cycles and which is characterized by small changes in speed and driver request, that actual value PIst of the peak pressure position which is associated with the optimum ignition angle determined by the slow controller is entered into the map for the microprocessor μP Setpoints of the peak pressure position adopted. Before these values are written into the map, they are checked for compliance with specified manufacturer data such as engine knocking, compliance with exhaust gas values, etc. and corrected if necessary.
Auf diese Weise entsteht während des Motorbetriebes adaptiv ein dem Motor angespaßtes Kennfeld, welches die Sollwerte für den PID-Regler liefert.
In this way, a map that is adapted to the engine and that supplies the setpoints for the PID controller is adaptively created during engine operation.