DE2557530A1

DE2557530A1 - Steuersystem fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2557530A1
Application number: DE19752557530
Authority: DE
Inventors: Takashi Hasegawa; Nobuhito Hobo; Osamu Ito; Makoto Shiozaki; Masaharu Sumiyoshi; Yutaka Suzuki
Original assignee: Toyota Motor Corp; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1975-09-23
Filing date: 1975-12-19
Publication date: 1977-03-24
Also published as: JPS5844866B2; DE2557530B2; JPS5239038A; US4098244A; DE2557530C3

Description

TlEDTKE - BüHLING - KlNNE

2S57530

Patentanwälte:

D'pl.-Irg. Tteotke Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-Ing. Kinne

8 München 2, Postfach 202403 Bavariaring 4

Tel.: (0 89) 53 96 53-56

Telex: 5 24845 tipat

cable: Germaniapatent München

B 7028

/ _A τ τ 72-02

1D. Dezember 1975

NIPPONDENSO CO.,LTD. Kariya-shi, Japan

TOYOTA JIDOSHA KOGYO KABUSHIKI KAISHA Toyota-shi, Japan

Steuersystem für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine, bei dem das durch die Maschine erzeugte Drehmoment erfaßt wird, um die Zündpunkteinstellung der Maschine zu dem Erreichen des optimalen Werts hin zu steuern und dadurch sowohl einen verbesserten Maschinenwirkungsgrad als auch eine verbesserte Brennstoffwirtschaftlichkeit zu erzielen.

VI/14

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Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070

Dresdner Bank (Mancher, Kto. 3939844

Postscheck (München) Kto. 670--;3-804

Bisher wurde die Zündpunkteinstellung einer Viertaktprozeß-Brennkraftmaschine gemäß einer, sogenannten Programmsteuerung gesteuert, bei der ein Zündungs-Vorverstellschema unter Verwendung von hauptsächlich den Drehzahlen und des Ladedrucks der Maschine als Steuerparameter vorbestimmt ist, dem genau nachgekommen wird. Ein Nachteil dieser Art von Zündpunkteinstellung-Steuerung besteht darin, daß die optimale Zündpunkteinstellung zum Erhalt des maximalen Maschinenwirkungsgrads oder der minimalen Brennstoffverbrauchsrate nicht durch Verwendung von nur zwei Steuerparametern, das heißt den Drehzahlen und des Ladedrucks der Maschine programmiert werden kann, so daß man daher in Anbetracht von einschränkenden Faktoren wie der Produktivität und der Herstellungskosten des benötigten Steuersystems mit einem relativ einfachen Zündvorverstellungsschema zufrieden sein muß.

Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Programmsteuerung-Zündsysteme besteht neben dem Problem der Unvollständigkeit eines derartigen programmierten Schemas darin, daß mit diesen Systemen andere Schwierigkeiten, wie das Auftreten von Fehlern infolge Abweichungen

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bei den Eigenschaften zwischen gleichartigen in Verbindung gebrachten Einheiten, wie z. B. Maschinen und Zündsystemen,infolge von Einstellfehlern und infolge des Problems der durch erhöhte Betriebszeit verursachten zeitlichen Veränderung der Eigenschaften nicht überwunden werden können.

Im Hinblick auf die Überwindung der vorstehend genannten Schwierigkeit ist es Ziel der Erfindung, die optimale Steuerung der Zündpunkteinstellung einer Brennkraftmaschine durch Ausnützen des Zusammenhangs zwischen dem von der Maschine entwickelten Drehmoment und der Brennstoffverbrauchsrate zu bewerkstelligen.Das heißt, wenn bei konstanten Fahrzuständen der Maschine, bei denen die Maschinendrehzahlen, die Drosselöffnung und das Luft-Brennstoff-Verhältnis konstant gehalten werden, die Zündpunkteinstellung mehr oder weniger in Bezug auf den optimalen Wert θ_ο verändert wird, ändern sich das von der Maschine entwickelte Drehmoment T und die Brennstoffverbrauchsrate Fcr mit der Veränderung der Zündpunkteinstellung gemäß der Darstellung durch die Kennlinienkurven in der Fig. 1 der Zeichnung, wobei die Zündpunkteinstellung, bei der das maximale Drehmoment auftritt, und diejenige,· bei der die minimale

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Brennstoffverbrauchsrate auftritt, den gleichen V7ert θ_ο einnehmen.

'j

Wenn in diesem Fall die Zündpunkteinstellung von dem optimalen Wert θ_ο abv/eicht, vermindert sich der Maschinenwirkungsgrad· in Proportion mit der Abweichung und das von der Maschine entwickelte Drehmoment verringert sich bei gleichen Maschinendrehzahlen und der gleichen Luft-Brennstoff-Menge.Durch Erfassen des von der Maschine entwickelten Drehmoments mittels eines Drehmoment-Detektors und Erlangen des optimalen Werts der erfaßten Drehmomentsignale ist es daher möglich, die Zündpunkteinstellung θ_ο zu erhalten, bei der der maximale Maschinenwirkungsgrad oder die minimale Brennstoffverbrauchsrate auftritt.

Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung wird daher ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine geschaffen, bei dem das von der Maschine entwickelte Drehmoment mittels eines Maschinendrehmoment-Detektors erfaßt wird und die Zündpunkteinstellung der Maschine periodisch geändert wird, wobei die Veränderung des Maschinendrehmoments bei der periodischen.Änderung

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der Zündpunkteinstellung mittels des Maschinendrehmoment-Detektors -erfaßt wird und die Phasenbeziehung der sich ändernden Phase der Zündeinstellung und des erfaßten Drehmomentsignals mittels eines Phasendiskriminators unterschieden wird, um dadurch die Vörverstellung oder die Verzögerung bzw. Spätstellung der Zündpunkteinstellung zu steuern.

Nimmt man nunmehr an, daß bedeutet, daß der Zündpunkt um ÄJS vorverstellt werden muß -^θ bedeutet, daß der Zündpunkt um Aθ spätverstellt werden muß, und Λ TE ·

die entsprechende Änderung bei dem Drehmomentsignal bezeichnet, muß der Phasendiskriminator die folgenden Ausgangssignale erzeugen, was aus der Fig. 1 ersichtlich ist:

—?■ ΔΤΕ "\Ο \ Zündpunktspätstellüngs-

Ausgangssignal

+Ae ~~7 /dTE ^>O j Zündpunktvorverstellungs-

/iTE.*<oJ ausgangs signal

ν ± Äe A TE = O / Ausgangssignal für gleichbleibende Zündpunktstellung

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Bei unveränderten Fahrbedihgungen ist es daher möglich, durch Steuerung der Zündpunkteinstellung zur Erfüllung der vorstehend genannten-Ausgabebedingungen, des PhasendiskrLninators die Zündpunktverstellung mit dor Genauigkeit von + Λ θ auf die optimale Zündpunktvera teilung ->θ zu. steuern. In der Fig. 1 bezeichnet θ einen Zündpunkt, der übermäßig spät eingestellt ist, während θ einen weiteren Zündpunkt bezeichnet, der übemäßig vorverstellt ist.

7i.uf diese Weise wird erfindungsgemäß der Zündzeitpunkt einer Maschine periodisch verändert und die entsprechende Veränderung des Maschinendrehmoments mittels eines Maschinendrehmoment-Detektors erfaßt. Die Phasenbeziehung zwischen den beiden Signalen . wird zur Steuerung der Zündpunkteinstellung mit Hilfe eines Phasendiskriminators unterschieden. Auf diese Weise wird die Zündpunkteinstellung für Änderungen bei unterschiedlichen Fahrzuständen mit der optimalen Zündpunkteinstellung als angestrebten Viert automatisch gesteuert, wodurch der Maschinenwirkungsgrad verbessert und eine verbesserte Brennstoffwirtschaftlichkeit sichergestellt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführangsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

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Fig. 1 ist ein Kennliniendiagramm der Beziehung zwischen dem Maschinendrehraoment und der Brennstoffverbrauchsrate einer gewöhnlichen Brennkraftmaschine bei Änderung der Zündpunktstellung.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Steuersystems.

Fig. 3 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform des Steuersystems.

Fig. 4 ist ein Spannungs- Kurvenf ormdiägramm. für die Erläuterung der Funktionsweise der Zündpunkteinstellung-Steuereinheit in dem in Fig. 3 gezeigten Steuersystem.

Fig. 5 ist ein Kennliniendiagramm des in dem Steuersystem nach Fig. 3 verwendeten Frequenz/Spannung-Umsetzers.

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Fig. 6 ist ein Diagramm der Kennlinie "Steuerspannung gegen Zündvorverstellung" der Zündpunkteinstellung-Steuereinheit in dem Steuersystem nach Fig. 3

Fig. 7 ist ein Spannungs-Kurvendiagramm für

die Erläuterung der Funktionsweise des Phasendiskriminators in dem Steuersystem nach Fig. 3.

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des in dem in Fig. 3 gezeigten Steuersystem verwendeteten Maschinen-Drehmoment-Detektors .

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des in dem in Fig. 3 gezeigten Steuersystem verwendeten Maschinen-Drehmoment-Detektors .

In dem den Aufbau eines Steuersystems darstellenden

Blockschaltbild Fig. 2 bezeichnet 1 eine Brennkraftmaschine, 2 einen Maschinendrehmoment-Detektor, 3 einen Signalgenerator für periodische Änderungen, 4 einen Phasendiskriminator und 5 eine Zündpunkteinstellung-Steuereinheit. Der Maschinendrehmoment-Detektor 2 erfaßt das von der Maschine entwickelte Drehmoment, während der Signalgenerator 3 für

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periodische Änderungen Signale für da:; periodische Ändern der Zündpunkteinstellung erzeugt. Im Ansprechen auf die Funktion dieser Elemente kommt die Zündpunktüinstellurig-Steuereinheit auf die Weise zur Wirkung, daß die Zündpunkteinstellung mit einer vorbestimmten Wiederholungsdauer um AQ verändert wird. Wenn dies geschieht, verändert sich periodisch der Wirkungsgrad der Maschine, so daß sich deshalb das Maschinendrehmoment periodisch ändert. Die Änderung des Maschinendrehmoments wird mittels des MaGchinendrelunoment-Detektors 2 erfaßt und seine Phasenlage mit derjenigen des von dem Signalgenerator 3 für periodische Änderungen erzeugten Signals verglichen, um so in Übereinstimmung mit den vorgenannten Bedingungen (A) eine Richtung zu bestimmen, in die die Zündpunkteinstellung zu steuern ist.

Unter Bezugnahme auf das Schaltbild Fig. wird nun eine besondere Ausführungsform des Steuersystems beschrieben. Die Ausführungsform nach Fig. ist so ausgelegt, daß die Zündpunkteinstellung über einen elektronischen Schaltungsaufbau gesteuert wird.

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In der Fig. 3 ist jeweils eine Aufführungsform des Signalgenerators 3 für periodische Änderungen und des Phasendiskriminators 4 gezeigt, wobei das von der Maschine entwickelte Drehmoment zurückgeführt ist, um dadurch die Optimumsteuerung der Zündpunkteinstellung zu bewerkstelligen. Die Zündpunkteinstellung-Steuereinheit 5 wird gemäß der Spannung an einem Punkt C oder Steuerspannung V_c . gesteuert. Der Signalgenerator 3 für periodische .Änderungen erzeugt Signale für das periodische Verändern der Zündpunkteinstellung ιμΛΘ, während der iiaschinendrehmoment-Detektor 2 das von der Maschine entwickelte Drehmoment erfaßt. Der Phasendiskriminator 4 vergleicht die Phasenlage des von dem Signalgenerator 3 für periodische Änderungen erzeugten Signals mit derjenigen des von dem Maschinendrehmoment- Detektor 2 erzeugten Maschinendrehmoment-Signals, um so festzulegen, ob der Zündpunkt vorzuverstellen oder spätzuverstellen . ist, wobei der Phasendiskriminator das Zündpunktverstellungs-Steuer^r;ignal V„ erzeugt. Die Zündpunkteinstellung -Steuereinheit 5 besitzt einen Zeitgebe-Signalgenerator 21, einen Frequenz/Spannung -Umsetzer 22, einen Integrator 23 und dessen Rücksetzschaltkreis 24,

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einen Vergleicher 25, einen monostabilen Multivibrator 26 eine Ein-Aus-Verstärkerschaltung 27 und eine Zündspule 28. Der Zeitgebe-Signalgenerator 21 erzeugt ein Zeitgebesignal für alle vorbestimmten Grade der Umdrehung der Maschinenkurbelwelle und vielst bei dieser Ausführungsform einen Kontakt-Zeitgebe-Signalgenerator 34 bekannter Art auf, welcher mittels eines betrieblich mit der Maschinenkurbelwelle verbundenen Nockenmechanismus ^3<3 / Unterbrecherkontakte 34" öffnet und schließt. Bei dieser Ausführungsform öffnen die normalerweise geschlossenen Unterbrecherkontakte 34 an dem oberen Tot.punkt des Kom^ressionshubs einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine und erzeugen an einem Punkt A ein ins Positive gehendes Zeitgebesignal.

Der Frequenz/Spannung-Umsetzer 22 ist eine

Schaltung zum Erzeugen einer zu den Drehzahlen der Maschine proportionalen Drehzahlgleichspannun.j, bei dem ein einen Differenz-Rechenverstärker 35 aufweisender monostabiier Multivibrator bekannter Art vom Zeitgebe-Signalgenerator 21 getriggert wird, um so die Eingabe, in Impulse mit einer vorbestimmten Zeitdauer r' zu regeneriaren, welche wiederum mittels eines einen Differenz-Rechenverstärker 38 aufweisenden Integrators bekannter Art zur Umsetzung in eine Dreh-

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zahlgleichspannung Vg integriert werden.

Bei (a) und (b) in Fig. 4 sind jeweils die an den Punkten A bzw. B in Fig. 3 erzeugten Spannungskurvenformen gezeigt. In der Figur sind die bei der Maschinendrehzahl N = N. erzeugten Spannungskurven auf der linken Seite und die bei der Maschinendrehzahl N = N2 (l^-^N-j) auf der rechten Seite dargestellt. Die Kennlinie Drehzahlspannung Vg gegen Maschinendrehzahl N ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die Drehzahlspannung Vg proportional zur Maschinendrehzahl N ist. Es ist nämlich

Vg = KN ( 1 )

Der Integrator 23 ist ein einen Differenz-Rechenver- stärker 40 aufweisender Integrator bekannter Art, der die mittels ^es Frequens/Spannungs-Umsetzers 22 erzeugte Drehzahlspannung Vg integriert. Der Integrator 23 enthält jedoch den Rücksetzschaltkreis 24, an den das ins Positive gehende Zeitgebesignal von dem Zeitgebe-Signalgenerator 21. als ein Rücksetzsignal angelegt wird und ein Transistor 43 für eine sehr kurze Zeitdauer eingeschaltet wird, um so die Ladung an einem integrierenden Kondensator 41 zu entladen und dadurch den Integrator 23 rückzusetzen.Folglich integriert der Integrator 23 die Drehzahlspannung Vg mit der Dauer zwischen dem Zeitpunkt seines Rück-

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setzens durch ein Rücksetzsignal und dem Zeitpunkt der Erzeugung des nächsten Rücksetzsignals als Integrationsperiode T.j Diese Integrationsperiode T- ist gleich der Wiederkehrdauer der von dem Zeitgebe-Signalgenerators 21 erzeugten Zeitgebesignale. Als Ergebnis ist die Integrationsperiode T-| umgekehrt proportional zu der Maschinendrehzahl N, nämlich

Ti » 1 (2)

Bei konstanten Fahrbedingungen , bei denen die Maschinendrehzahl N konstant ist, ist die Ausgangsspannung Vi des Integrators 23 an einem Punkt I gegeben durch

Vi = - /V_sdt = VM - V_st (3)

wobei O it t<^ T-] ist und VM der Anfangswert ist, welcher eine Konstante ist.

Bei t = T₁ wird folglich der Integrator 23 zum Zurückkehren-auf den Wert von t = O rückgesetzt, so daß daher die Kurvenform der Ausgangsspannung Vj_ die bei (d) in Fig. 4 gezeigte Sägezahn-Kurvonform aufweist. Durch Einsetzen der vorgenannten Gleichungen (1) und (2) in die vorgenannte Gleichung (3) ergeben sich der Maximalwert (max) und der ilinimalwert (min) der Ausgangsspannung V^ zu

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Maximalwert V₁ (max) = VM bei t = O Minimalwert V₁ (min) = VxM - V_s . T₁ = VM -

κ-' j

KN.~ = VM - KK bei t =

Folglich sind die Maximal- und Minimalwerte der Ausgangsspannung V- mit Sägezahnkurvenform beide unabhängig von der Maschinendrehzahl konstant und bilden daher die bei (d) in Tig. 4 gezeigte Kurvenform. Bei (c) in Fig. 4 ist die Phasenbeziehung der an die Basis des Transistors 43 in dem Rücksetzschaltkreis 2 4 angelegten Spannungen (der Spannungen an· einem Punkt (Re)- gezeigt.

Der Vergleicher 25 weist einen Differenz-Rechenverstärker 44 auf, der die Sägezahnkurvenform-Spannung V₁ an dem Punkt I mit der Zündpunkteinstellung Steuerspannung V^ an dem Punkt C zur Steuerung der Zündeinstellung vergleicht. Die Sägezahrisijanr.ung V. liegt an dem Rechenverstärker 44 an dessen nichtinverticrendem Eingang an, während die Steuerspannung V_c an dessen invertierendem Eingang anliegt.Bei (d) und (e) in Fig. 4 sind die Phasenbeziehungen zwischen seinen Eingangssignalen und seiner Ausgangsspannung Vp an einem Ausgangsanschluß P gezeigt, wenn die

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- Mr -

Steuerspannung V_c = V_r1 ist. Die Ausgangsspannung Vp bestimmt den Zündpunkt negativer Polarität, der im Vergleich zu dem Zeitgebesignal um t^ bei N = N₁ und um t/ bei N = M- vorverstellt ist. Aus dieser Figur ist zu ersehen, daß eine Beziehung t_l/T₁ = t'/ϊ'' besteht, wobei T₁ und ι?·,- jev;eils die Zündungswiederkehrperioden für ■>! = N^ und N = Ii₀ darstellen, so daß es daher offensichtlich ist, daß der Vorverstellvinkel θ des Zündzeitpunkts bezüglich der Zeitgebesignale entsprechend der Steuerung V_r unabhängig von der Maschinendrehzahl N linear festgelegt v/erden kann. Dies ist in der Fig. 6 gezeigt, bei der die Abszisse von den Vorverstellwinkel θ in Beziehung zu dem oberen To punkt darstellt. Der monostabile Multivibrator 26 weist einen Differenz-Rechenverstärker auf und wird durch die ansteigende Flanke der von dem Vergleicher 25 erzeugten, ins Negative gehenden Impulsspannung zur Erzeugung einer Impulsspannung mit einer vorbestimmten zeitlichen Breite 7^₀ getriggert. Diese Impulsspannung wird mittels eines Verstärkungstransistors 50 verstärkt und bestimmt die Ausschaltdauer eines Transistors 51, der den Primärschaltkreis der Zündspule 28 ein- und ausschaltet. Wenn die Steuerspannung V = V .. ist, rückt die Aus-

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schaltzeit des Transistors 51 auf θ« von dem oberen Totpunkt vor, so daß der Zeitpunkt der Erzeugung des Zündfunkens in der Maschine entsprechend vorverstellt wird. Die Dauer der Ausschaltzeit des Transistors 51 wird gemäß der Darstellung (f) in Fig. 4 zu ^ , Die an einen Punkt Q an der Sekundärwicklung der Zündspule 28 erzeugte Spannung wird mittels eines Verteilers der normalerweise bei i^:unkengezündeten Maschinen verv/endeten Art an die Zündkerzen der Maschine verteilt. Der Signalgenerator 3 für periodische Änderungen erzeugt Signale für das periodische Verändern der Zündpunkteinstellung der Maschine um AQ und weist einen Differenz-Rechenverstärker G5 zur Bildung einer aiStabilen Multivibratorschaltung auf, die eine Rechtecksspannung mit einer vorbestimmten Wiederkehrperiode erzeugt. Sie. erzeugt nämlich an einem Punkt N*.eine binäre Ausgangsspannung V„ , die abwechselnd die Pegel "H" und "L" annimmt. Der Phasendiskriminator 4 besitzt eine Phasendetektorschaltung 31 zum Erzeugen einer Phasenermittlungs-Ausgangsspannung V /·

die der Phasenbeziehung zwischen dem periodischen Änderungssignal und dem Maschinendrehmomentsignal entspricht, einen Integrator 32 zum Integrieren der Ausgangsspannung V_R und einen Addierer 33 für die Überlagerung der periodischen Änderungssignale auf die Ausgangsspannung V„ des Integrators 32, wobei an einem Ausgangsanschluß C des Addierers 33 die

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Zündeinstellung-Steuerspannung V erzeugt wird. Der Maschinendrehmoment-Detektor 2, der ein dem von der Maschine entwickelten Drehmoment entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, kann gemäß der Darstellung in der Fig. 8 aufgebaut sein, bei der die Maschine 1 des Fahrzeugs an einem. Fahrzeug-Chassis 110 über Zwischenglieder in Form von Gummihalterungen 165 und 166 befestigt ist und das Maschinendrehinoment auf Grund der Tatsache ermittelt wird, daß sich das Ausmaß der Auslenkung der Gummihalterungen 165 und 166 im Ansprechen auf eine Veränderung des von der Maschine 1 entwickelten Drehmoments verändert, wobei der Hauptkörper der Maschine 1 ungefähr um seine Drehachse eine Verdrillbewegung ausführt. Das heißt, die einen Enden der Gummihalterungen 165 und 166 sind an der Maschine 1 befestigt, während die anderen Enden an dem Fahrzeug-Chassis befestigt sind. Wenn sich folglich die Drehwelle der Maschine in die durch einen Pfeil a gezeigte Richtung dreht, erzeugt das von der Maschine 1 entwickelte Drehmoment eine

Torsionskraft um die Drehwelle der Maschine 1, die sich wie ein Kräftepaar in der zur Drehrichtung entgegengesetzten Richtung auswirkt. Als Ergebnis steigt die Belastung auf der Gummihalterung 166 um einen dem Kräftepaar entsprechenden Betrag mit einer sich

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ergebenden Vergrößerung des /lusmaßes ihrer Auslenkung, während die Belastung auf der Gumm!halterung 165 um einen den Krllftepaar entsprechenden Betrag abnimmt, was eine Verminderung des /uismaßes ihrer Auslenkung ergibt. Folglich wird ein an der Maschine 1 befestigter Änderungserfassungspunkt 163 in Richtung eines Pfeils b relativ zu den Fahrzeug-Chassis 110 verlagert. Diese Verlagerung wird an ein Potentiometer 161 über einen Hebel 162 übertragen,(wobei zwischen dem Hebel 162 und dem Fahrzeug-Chassis 110 eine Rückholfeder 164 so angebracht ist, daß der Hebel 162 normalerweise in Richtung des Pfeils b gedrückt wird), so daß folglich in dem Potentiometer 161 ein an dem i-iaschinendrehmoment entsprechendes elektrisches Drehmomentssignals erzeugt wird. Auf diese Weise wird eine Änderung des Maschinendrehmoments mittels des Maschinendrehmoment-Detektors 2 als eine Änderung des elektrischen Ermittlungssignals erfaßt. Dieses Ermittlungssignal wird mittels eines Verstärkers 29 mit einem Differenz-Rechenverstärker 52 verstärkt, wobei an einem Punkt J eine Drehmomentspannung Vj erzeugt wird. Die Polarität der Drehmomentspannung V₇ ist so gewählt, daß die Drehmoment-

spannung Vj abnimmt, wenn das Maschinendrehmoment zunimmt.

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Über einen Koppelkonoensator 53 wird nur die Änderung der Drehmomentspannung V_T an einen Differenz-Rechenverstärker 54 in einer Schmitt-Schaltung 30 angelegt, wobei an einen Punkt y. eine binäre Ausgangsspannung V erzeugt wird, die den Pegel "H" oder den Pegel "L" abhängig davon annimmt, ob die Änderung /IT des Drehmoments größer als ein vorbestimmter Wert ist. Die binäre Ausgangsspannung V_M nimmt nämlich den Pegel "L" ein, wenn Z T^-UEt, während sie den Pegel '¹II" annimmt, v/enn ΔΤ'=/} , wobei A ein vorbestimmtes Drehmoment ist.

Die Phasendetektorschaltung 31 enthält UND-Schaltungen 55 und 58, tjegier-Schaltungen bzw. Inverter 56 und 57, sowie eine ODER-Schaltung 59. Ihre Ausgangspannung V_R an einem Ausgangspunkt R nimmt den Pegel ¹¹H" an, v/enn die Spannungen V_n und V.. an den Punkten N und M beide auf dem Pegel "H" oder "L" sind, während sie auf den Pegel "L" übergeht, wenn eine der Spannungen V oder V an dem Punkt N oder M auf dem Pegel "H" ' steht und die

andere de:n Pegel "L" aufweist. Die Ausgangsspannung V„ der Phasendetektorschaltung 31 wird mittels des einen Differenz-Rechenverstärker 60 a\ifweisenden Integrators 32 integriert und geglättet, wobei an dessen Ausgang bzw. an einem Punkt D- eine Ausgangs-

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spannung V_n erzeugt wird. Die Ausgangsspannung V" und eine heruntergeteilte Spannung aus der Spannung V_n an den Punkt K werden an den >\ddi"jrer 3 3 angelegt, so daß auf diese Weine die der periodischen Änderung entsprechende Spannung der Ausgangsspannung V_ überlagert wird und so die Steuerspannung V„ an dem Punkt C erzeugt wird. Der Addierer 33 weist einen Differenz-Rechenverstärker 67 auf, so daß entsprechend der Polarität , der Spannungen ' V_D und V„ an den Punkten D und N die Spannung V an dem Punkt D an den invertierenden Eingangsanschluß und die Spannung V^, an dem Punkt N an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß angelegt wird. Die Zündpunkteinstellung wird mittels dieser Steuerspannung V gesteuert. Die Bezugszeichen 68 und 69 bezeichnen eine Gleichstromversorgungsquelle, deren positiver Ausgangsanschluß + V und deren negativer Ausgangsanschluß - V jeweils mit den Anschlüssen + V und - V der jeweiligen Schaltungen verbunden sind. ■

Das Steuersystem mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt: Während es wünschenswert ist, zur Verbesserung der Ansprecheigenschaft des Steuersystems

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— IST" —

eine höhere Wiederkehrfrequenz . bei den Signnlgenerator 32 für periodische änderungen zu verwenden, muß diese im Hinblick auf die Verzögerung bei der Erfassung mittels des Maschinendrehmoiuent-Detektors 2 unterhalb einigen Hz eingestellt werden. Die Wirkungsweise des Steuersystems wird nunmehr hinsichtlich dreier Fälle beschrieben, bei denen die Zündpunkteinstellung θ des Zündsystems verzögert (Θ = e_R) ,richtig {Θ = θ ) bzw. vorverstellt (9 = θ ) im Hinblick auf die optimale Zündpunkteinstellung θ der Maschine gemäß der Darstellung in Fig. ist.

Vienn als erstes θ = θ ist, ist das Maschinendrehmoment für θ + A θ höher als dasjenige für θ., -4Θ, so daß gemäß der Darstellung in Fig. 7 die Spannungen

V_x, und V„ an den Punkten N und M . mitein-

N M

ander in Phase sind und daher die Spannung V_ an dem

κ.

Punkt R den Pegel "H" annimmt. Folglich steigt die Spannung V an dein Punkt D mit der Zeit an, so daß der Durchschnittswert der Spannung V„ an dem Punkt C ansteigt, weil jede der jeweiligen periodischen änderungen Δ darüber gelagert wird, so daß folglich die Zündpunktein-

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Wenn der Punkt erreicht ist, an dem θ = θ ist, ist der Unterschied in dem Maschinendrehmoment für 4;/Je nicht länger erfaßbar, so daß der Durchschnittswert der Spannungen V_n .und V, an den Punkten D und C unverändert bleibt und der bestehende Wert der Zündpunkteinstellung beibehalten wird.

Wenn andererseits der Punkt erreicht wird, an dem 0 = 6. ist, wird das dem Wert θ -Λθ entsprechende Maschinendrehmoment; niedriger als das dein Wert θ - ζίβ entsprechende, so daß die Phase der Spannungen V„ und V an den Punkten N und M einander entgegengesetzt v/ird und die Spannung V_R an dem Punkt R den Pegel "L" annimmt. Folglich nehmen die Durchschnittswerte der Spannungen V"_D und ■ V an den Punkten D und C mit der Zeit ab, so daß daher die Zündpunkteinstellung mit der Zeit verzögert, bzw. spät gestellt wird.

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-W-

VJährend bei dem vorstehend beschriebenen Zuxsführungsbeispiel die Zündpunkteinstellung mittels eines Verfahrens rr.it analogem Schaltungsaufbau gesteuert wird, ist es natürlich möglich, vielerlei andere Steuervcrfahren wie beispielsweise eines mit Anwendung digitalen Schaltungsaufbaus oder ein weiteres Verfahren anzuwenden, bei den ein Servomotor so verwendet wird, daß die Hockenplatte des Verteilers mechanisch gedreht wird.

VJährend bei dem vorstehend beschriebenen AusführuncisLfsispiel ^^er Zeitpunkt der Erzeugung der durch den Zeitgebe-Signalgenerators 21 erzeugten Zeitgebesignale bezüglich der Kurbelwelle der Maschine auf den oberen Totpunkt des Kompressionshubs eingestellt ist, ist es möglich, ein anderes Verfahren anzuwenden, bei dem ein sogenannter Drehzahlregler-Vorverstellmechanismus bekannter Art, der die von der Nockenwelle erzeugte Zentrifugalkraft ausnützt, welche die Unterbrecherkontakte des Zeitgebe-Signalgenerators 21 öffnet und schließt, und einen sogenannten Unterdruck-Vorverstellmechanismus bekannter Art verwendet wird,"welcher den Ladedruck aer Maschine ausnützt, wobei die Phasenbeziehung der Zeitgebesignale

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-Vt-

bezüglich der Kurbelwelle der Maschine für Programms teuer zv;ecke im voraus grob einprogrammiert ist. Hit diesem Verfahren kann die Zündpunkteinstellumg im voraus mit der Genauigkeit in dem Bereich von ungefähr + 5 um den optimalen Uert einprogrammiert werdan, so daß daher das Steuersystem nur den Fehler genau zu korrigieren braucht. Auf diese VJeise ist es möglich, die Ansprecheigenschaften des Steuersystems zu verbessern und die zum Erhalt der optimalen Zündpunkteinstellung erforderliche Zeit zu verringern.

Weiterhin soll der in Fig. 8 gezeigte Maschinendrehnoment-Detektor 2 lediglich der Erläuterung dienen. Es ist möglich, irgendeine andere Art von Maschinendrehmoment-Detektor anzuwenden, der. zum Erfassen des Beträges der in der das Maschinendr ehmoiae nt auf die Räder übertragerden Antriebswelle erzeugten Verdrillungausgelegt ist. Die Fig. 9 stellt eine Ausführungsform dieser Art von Maschinendrehmoment-Detektor dar, bei dem 200 eine Antriebswelle, 211 und 212 Reflektoren, 221 und 222 Lichtquellen, 231 und 232 Schlitze zum jeweiligen Ausrichten des

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-as

Lichts von den Lichtquellen 221 und 222 auf die Reflektoren 211 und 212, sowie 241 und 242 Fototransistoren für die jeweilige /aufnahme des von dem Reflektoren 211 und 212 reflektierten Lichts zur Erzeugung eines Ausgangssignals nina. Das .Ausmaß der in der Antriebswelle 200 entstehenden Verdrillung

ändert sich entsprechend der Größe des Maschinendrehmoments, so daß sich folglich eine Phasendifferenz zwischen dem Zeitpunkt der Aufnahme des Lichts von dem Reflektor 211 durch den Fototransistor 211 und dem Zeitpunkt der Aufnahme des Lichts von dem Reflektor 212 durch den Fototransistor 242 ergibt, die mittels eines Phasendiffereiizdetektor zur Erzeugung eines dem Maschinendrehmoment entsprechenden Ausgangssignals erfaßt wird. Als Alternative kann ein Dehnungsmessstreifen an die Antriebswelle 200 angebracht werden, um so das Ausmaß der Verdrillung

derselben zu erfassen und dadurch ein dem Maschinendreh-· moment entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen.

Mit der Erfindung ist ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine geschaffen, bei dem das von einer Brennkraftmaschine entwickelte Drehmoment erfaßt wird, um so eine optimale Steuerung der Zünd-

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punkteinsteilung der Maschine hervorzubringen und dadurch sowohl einen verbesserten Maschinenwirkungsgrad als auch eine verbesserte Brennstoffwirtschaftlichkeit sicherzustellen. Das System besitzt einen Maschinendrehmoment-Detektor: zum Erfassen des von der Maschine entwickelten Drehmoments, einen Signalgenerator zum Erzeugen für das periodische Andern der Zündpunkteinstellung der Maschine verwendeter Signale, einen Phasendiskriminator zürn unterscheiden der Phasenbeziehung zwischen den Ausgangssignalen des Maschinendrehmoments-Detektors und des Signalgenerators für periodische Änderungen, sowie eine Zündpunkteinstellung-steuereinrichtung zuia Steuern der Zündpunkteinstellung im Ansprechen auf das Ausgangssignal des Phasendiskriminators.

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Claims

Patentansprüche

■ 1. Steuersystem für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen Maschinendrehmoment-Letektor (2) zum Erfassen eines von der Brennkraftmaschine (1) entwickelten Drehmoments, einen Signalgenerator (3) für periodisc?ie Änderungen zum Erzeugen von Signalen für das periodische Andern der Zündpunkteinstellung (y) der Brennkraftmaschine, einen an den I-'aschinen-Drehmoment-Detektor (2) und den Signalgenerator (3) für periodische Änderungen angeschlossenen Phasendiskriminator (4) zum unterscheiden der Phasenbeziehung zwischen dem Signal für das periodische Verändern und der Veränderung eines von dem Maschinendrehzahl-Detektor erzeugten Drehmomentsignals und zum Erzeugen eines Steuerausgangssignals, das bestimmt, ob die Zündpunkteinstellung der Maschine vorzuverstellen, zu verzögern, oder unverändert zu

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halten ist, sowie eine an den Phasendiskriminator (4) und den Signalgenerator (3) für periodische Änderungen eingeschlossene Zündpunkteinstellsteuereinrichtung (5), die auf das Steuerausgangssignal und die Signale für die periodischen Veränderungen anspricht und einen Zündfunken an jedem der Punkte erzeugt, die durch das periodische Ändern der Zündpunkteinstellung bestimmt sind, die durch das Steuerausgangssignal zusammen mit der Ausgabe der Signale für die periodischen Veränderungen innerhalb eines kleinen Fehlerbereichs festgelegt ist.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündpunkteinstellsteuereinrichtung (5) mindestens einen Zeitgebe-Signalgenerator (21) zur Erzeugung eines Zeitgebesignals für alle vorbestimmten Grade der Umdrehung der Brennkraftmaschine, einen an den Zeitgebe-Signalgenerator angeschlossenen Sägezahnkurvengenerator (22,23,24) zum Erzeugen einer Sägezahnkurve mit einer vorbestimmten Periodendauer im ■ Ansprechen auf die Zeitgebesignale aus dem Zeitgebe-Signalgenerator , eine an den Phasendiskriminator (4) und den Signalgenerator (3) für periodische Änderungen angeschlossene Uberlagerungs-

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einrichtung (33) zum überlagern des Steuerausgangssighals aus dem Phasendiskriminators (4) mit den Signalen für periodische Änderungen aus dem Signalgenerator (3) für periodische Änderungen, einen an die überlagerungseir.richtung (33) und den Sägezahnkurven-Generator (22,23,24) angeschlossenen Vergleicher (25) zun Vergleichen der Sägezahnkurven aus dem Sägezahnkurven-Generator und des Ausgangssignals der überlagerungseinrichtung und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das einen dem Ausgangssignal der überlagerungseinrichtung entsprechenden Punkt als richtige Zündpunkteinstellung wählt, einen an den Vergleicher (25) angeschlossenen Verstärker (26,27) zum Verstärken des Ausgangssignals des Vergleichers, sowie eine an den Verstärker (26,27) angeschlossene Zündspule (28) mit einem Prinuirfechaltkreiö und einer Sekundärwicklung auf v/eist, wobei der Primärschaltkreis entsprechend dein Ausgangssignal des Verstärkers zum Xnduzieren einer hohen Zündspannung in der Sekundärwicklung ein- und ausgeschaltet wird.
3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahnkurven-Generator . mindestens einen an den Zeitgebe-Signalgenerator (21)

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angeschlossenen Frequenz/Spannung -Umsetzer (22) zum Integrieren der Zeitgebesignale üue dem' Zeitgebesignalgenerator für die Erzeugung einer der Maschinendrehzahl entsprechenden Drehzahlspannung (Vj,) , einen an den Frequenz/Spannung-Umsetzer (22) angeschlossenen Integrator (23) für das Integrieren der Drehzahlspannung aus dem Frequenz/Spannung -Umsetzer, sowie eine Rücksetzschaltung (24) aufweist, die an den Integrator (23) und den Zeitgebe-Eignalgenerator (21) zum Rücksetzen des Integrators zu Intervallen der vorbestimmten Crade der Umdrehung im Ansprechen auf die Zeitgebesignale aus dem Seitgebe-Signalgenerator angeschlossen ist, wobei eine von dem Integrator erzeugte Sägezahnkurve an dem Vergleicher (20) anliegt.
4. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendiskriminator (4) mindestens eine an den Maschinendrehmoment-D.etektor (2) angeschlossene DrehmomentDhasenerfübungseinrichtung (30) , durch die beim Auftreten einer Änderung bei dem durch den Maschinendrehmoment-Detektor erfaßten Drehmoment, die in einer positiven oder einer negativen Richtung größer als

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ein vorbestirimter Wert ist, ein der Richtung der Änderung entsprechendes Drehn-.omentphasen-Ausgangssignal erzeugt v;ird, eine an die Drehmomentphasenerfassungseinrichtung (30) und den Signalgenerator (3) für periodische Änderungen angeschlossene Phasendetektorschaltung (31) zuu Erfassen, ob die periodische Änderungssignalkurvenforn aus den. Signalgenerator (3) für periodische Änderungen und die Drehmomentphasen-Ausgangsbignal-Kurvenform aus der Drehiuoraentphasen-Erfassungseinrichtung (30) einander gleichen, und zum vom Erfassen abhängigen Erzeugen eines Ausgangssignais, und einen Integrator (32) aufweist, der an die Phasendetektorschaltung zum Integrieren des Ausgangssignals derselben angeschlossen ist, wobei das Ausgangssignal des Integrators an der Sündpunkbeinstellsteuereinrichtung (5) angelegt ist.
5. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Drehmo:nentphaser,erfassungseinrichtung eine an den Maschinendrehnioiaent-Detektor ^',angeschlossene Schmitt-Schaltung (30) aufvreist, die einen in ihre Eingangsschaltung geschalteten Koppelkondensator (53) für das Übertragen lediglich der

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Änderungen bei dem Ausgangssignal des Maschinendrehraoment -Detektors enthält.
6. Steuersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinendrehmoment-Detektor (2) ein zum Erfassen einer relativ tu einem Fahrzeug-Chassis (10) erzeugten Verdrilluncjsbewegung der Brennkraftmaschine (1) zwischen der Brennkraftmaschine (1) und dem FahrzeugrrChassis (110) angebrachtes Potentiometer (161) ist, das auf das von der Brennkraftmaschine entwickelte Drehmoment anspricht.
7. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinendrehmoment-Detektor (2) ein Paar von Reflektoren (211,212), die an einer Kraftübertragungswelle (200) der Brennkraftmaschine jeweils stromaufwärts und stromabwärts hinsichtlich des Kraftflusses in der Kraftübertragungswelle angebracht sind, eine für jeden der Reflektoren vorgesehene Lichtquelle (221, 222) zum . Richten von Licht auf den Reflektor, sowie eine jedem der Reflektoren zugeordnete Lichteropfangseinrichtüng (241,242) zum Empfangen des vom Reflektor reflektierten Lichts aufweist.

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