DE2740044C2 - Verfahren und Vorrichtung zur abgasabhängigen Zündzeitpunktregelung - Google Patents

Description

Stand der Technik
• Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs und einer Vorrichtung nach der Gattung des Anspruchs 5. Den Zündzeitpunkt einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung in Abhängigkeit von betriebsparameterabhängigen und sich wiederholenden Vorgängen zu steuern, speziell das Ausgangssignal einer im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoff- oder λ-Sonde ergänzend zur Verstellung des Zündzeitpunkts auszuwerten, ist bekannt (DE-OS 22 11 315). Bei dieser bekannten Vorrichtung wird einem analogen Zündungsrechner für eine Brennkraftmaschine eine durch Summation am invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers aus einer Vielzahl von verchiedenen Betriebsparametern gewonnene Funktionsgröße zugeführt, die auch das Ausgangssignal der λ-Sonde als Teilgröße enthält. Über entsprechende Verarbeitungsstufen (Leistungsverstärker und als Stellglied wirkendes Drehmagnetsystem) gewinnt man eine Servokraft, die dann entweder den umlaufenden oder den feststehenden Teil eines mechanischen Unterbrecher-Impulsgebers verdreht, so daß der Zündzeitpunkt eine entsprechende Verlagerung erfährt, die letztlich auch von dem Ausgangssignal des λ-Reglers beeinflußt ist.
• Es ist ferner bekannt (DE-OS 25 04 843) einen digitalen Zündungsrechner so auszubilden, daß in einem Ergebniszähler zwei zeitlich nacheinander auftretende Signalfolgen bis zu einem vorbestimmten Wert gezählt werden, wobei eine der Signalfolgen aus einem Speicher entnommen wird, der in Abhängigkeit zu äußeren Betriebsparametern von einem Adressenzähler adressiert ist. Wenn der Ergebniszähler einen vorgegebenen Endwert erreicht, der sich durch Vergleich mit einer geeigneten Matrix ermitteln läßt, wird die Zündung ausgelöst. Als äußere Betriebsparameter erhält dieser digitale Zeitpunktrechner in Form von Frequenzen Drehzahl- und Lastangaben zugeführt, jedoch keine als Istwert mit Bezug auf das Verhalten der Brennkraftmaschine auszuwertende Größe, wie etwa ein entsprechend aufbereitetes Ausgangssignal einer λ-Sonde.
• Es ist schließlich allgemein bekannt (DE-OS 22 23 619) bei einem analog-digital-analog arbeitenden Steuerungssystem für einen Mehrfachfunktions-Digitalrechner in Kraftfahrzeugen eine Vielzahl von äußeren Gebersignalen, die zunächst auf analoger Basis erstellt werden, in einen digitalen Rechenablauf einzubeziehen, unter anderem auch Angaben einer im Abgasrohr einer Brennkraftmaschine angeordneten Sonde; dies allerdings lediglich für die Berechnung der Einspritzzeit für die Kraftstoffzumessung. Für die Bestimmung des Zündzeitpunktes ist die Auswertung eines Istwertsignals wie beispielsweise Ausgangssignal einer λ-Sonde nicht vorgesehen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer insgesamt digital arbeitenden Zündzeitpunktregelung für Brennkraftmaschinen einerseits das Ausgangssignal einer λ-Sonde als Istwert bezüglich des Verhaltens der Brennkraftmaschine einzubeziehen, andererseits aber dafür zu sorgen, daß die bekannten, sprunghaften Umschaltungen des Ausgangssignals der λ -Sonde in einem sinnvollen Zusammenhang mit der Zündzeitpunktberechnung und -regelung gebracht werden, also der Eingriff der λ-Sonde in geglätteter Form erfolgen kann.
Vorteile der Erfindung
• Diese Aufgabe lösen das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung jeweils mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. des Anspruchs 5 und haben den Vorteil, daß eine aus einem Kennlinienfeld resultierende Vorsteuerung für die Zündzeitpunktberechnung zugrundegelegt werden kann, die im Sinne einer Regelung von dem Istwert- Ausgangssignal einer λ-Sonde aktualisiert wird, wobei es trotz des nur in binärer Form vorliegenden λ-Sonden-Ausgangssignals möglich ist, einen abrupten Durchgriff auf die Zündzeitpunktverstellung zu vermeiden und sicherzustellen, daß die tatsächliche Zündwinkeländerung mit von Zündung zu Zündung sich lediglich inkremental ändernden Sprüngen linear so lange erfolgt, bis eine aus dem jeweiligen Schaltzustand der λ-Sonde vorgegebene zusätzliche Zündwinkelgesamtänderung, die auch als Reservewinkel bezeichnet werden kann, erreicht ist.
• Sobald dann die λ-Sonde wieder in ihre andere Schaltposition (zurück)springt, wird entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Reservewinkel sofort auf einen Anfangswert, vorzugsweise den Anfangswert Null zurückgesetzt, und es beginnt dann wiederum die aktuelle Anpassung des Zündwinkels in inkrementalen Sprüngen von Zündung zu Zündung, so daß jede abrupte Änderung im Betriebszustand der Brennkraftmaschine vermieden wird. Durch die Erfindung ergibt sich daher eine schnelle Umsetzung und Einarbeitung des Istwert-Ausgangssignals der λ-Sonde in Anpassung an den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit, die jeweilige momentane Teilwinkeländerung für unterschiedliche Richtungen unterschiedlich groß zu bemessen, so daß sich in der Zündwinkelregelkurve unterschiedliche Steigungen in Abhängigkeit zum jeweiligen Istwert-Ausgangssignal der λ -Sonde ergeben.
Zeichnung
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
• Fig. 1 in schematisierter Blockdarstellung einen elektronischen Zündungsrechner, dem eine Vielzahl äußerer Betriebsparametersignale zugeführt sind und dessen Ausgangssignal die Zündzeitpunkte einer Brennkraftmaschine festlegt, wobei eine Rückführung vom Abgaskanal der Brennkraftmaschine zu einem der Eingänge des Zündungsrechners vorgesehen ist.
• Fig. 2a und 2b Kurvenverläufe der tatsächlich realisierten Zündwinkeländerung und des diese Zündwinkeländerung bewirkenden Ausgangssignals einer λ-Sonde,
• Fig. 3 in Form eines Blockschaltbildes eine mögliche Ausführungsform eines für die Durchführung der Erfindung geeigneten Zündwinkelrechners, der auf digitaler Basis arbeitet,
• Fig. 4 in schematischer Darstellung den Verlauf des Zählerstandes eines Ergebniszählers im Zündungsrechner über der Zeit und
• Fig. 5 eine mögliche Ausführungsform einer dem Zündungsrechner zugeordneten Begrenzungsstufe.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• Anhand der Fig. 1 und 2 wird das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip der Zündzeitpunktverstellung in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung kurz erläutert.
• Als Sensor für die Erfassung der Abgaszusammensetzung wird bei vorliegender Erfindung mit Vorteil eine sogenannte Sauerstoff- oder λ-Sonde 1 verwendet, die so im Bereich, bevorzugt innerhalb des Abgasrohrs 2 einer schematisch mit 3 bezeichneten Brennkraftmaschine angeordnet ist, daß beim Betrieb der Brennkraftmaschine das Abgas mit dem Sensor in Wirkverbindung tritt. Die λ-Sonde mißt den Sauerstoffgehalt des Abgases und bewirkt mit ihrem über eine Leitung 4 einem allgemein mit 5 bezeichneten Zündungsrechner zugeführten Ausgangssignal eine Beeinflussung des Zündzeitpunktes.
• Die grobe Vorsteuerung des Zündzeitpunkts bzw. des Zündwinkels übernimmt dabei das elektronische Steuergerät 5.
• Die ins Auge gefaßte Regelung wirkt integral und ist so ausgelegt, daß bei aufeinanderfolgenden Zündungen eine Begrenzung der Änderung des Zündwinkels α _z auf gewünschte inkrementale Teilwinkelschritte Δα erfolgt Das von der λ-Sonde 1 im Abgasrohr 2 gelieferte Ausgangssignal ist ein Schaltsignal. Das elektronische Steuergerät für die Errechnung des Zündzeitpunktes oder Zündwinkels aus gewünschten, im besonderen Fall zu berücksichtigenden Brennkraftmaschinenbetriebsdaten und -parametern (Last, Drehzahl, Temperatur, Druck u. dgl.) kann beispielsweise so ausgelegt sein, daß durch das λ-Sonden-Schaltsignal jeweils eineVerschiebung des berechneten und von dem Steuergerät vorgeschriebenen Zündwinkels um einen zusätzlichen gegebenen Winkelwert α _E bewirkt wird, der auch als zusätzliche Zündwinkelgesamtänderung oder als Reservewinkel bezeichnet wird. Infolge der erwähnten Begrenzungsschaltung für die Zündwinkel-Änderung folgt dann der tatsächliche Zündwinkel nicht sofort diesem im Sinne einer Regelung vorgegebenen Reservewinkel α _E , sondern nur jeweils mit Δα-Sprüngen von Zündung zu Zündung (siehe den Kurvenverlauf in Fig. 2a, wobei die Fig. 2b das Schaltsignal der λ-Sonde angibt).
• Der Zündwinkel wächst daher linear, bis der durch die Zündwinkelregelung vorgegebene, um den Winkel α _E veränderte Zündwinkel erreicht ist.
• Kippt die Sondenspannung U _λ dann wieder zurück, dann wird im Zündungsrechner dieser Reservewinkel α _E = 0 gesetzt und der Rechner führt aufgrund seiner Begrenzungsschaltung den aktuellen Zündwinkel wiederum mit linearem Verlauf in Richtung des von der Steuerung allein vorgeschriebenen Werts. Wie der Kurvenverlauf der Fig. 2a in diesem Falle zeigt, kann je nach der Richtung der Zündwinkeländerung auch der jeweilige Zündwinkelsprung Δα unterschiedlich bemessen werden. Bei dem nächsten Ansprechen der λ-Sonde wiederholt sich dann dieser Vorgang.
• Die Vorrichtung zur λ-Regelung des Zündzeitpunktes wird, wie weiter vorn schon erwähnt und wie im folgenden dann noch ausführlich erläutert, zweckmäßigerweise mit einem auf digitaler Basis arbeitenden Zündungsrechner durchgeführt.
• Die diesem Zündungsrechner zugeordnete Begrenzungsschaltung für den inkrementalen Zündwinkelsprung Δα von Zündung zu Zündung kann auch unsymmetrisch programmiert werden, so daß für das Auf- und Abregeln unterschiedliche Werte von Δα realisiert werden können. Man erhält so unterschiedliche Steigungen in der Regelkurve, außerdem gewährleistet die Programmierbarkeit des Δα-Sprungs die Veränderbarkeit der Integrations-Zeitkonstanten. Da die Zündwinkeländerung um Δα bei jeder Zündung durchgeführt wird und damit letzten Endes drehzahlabhängig ist, wird, wie ohne weiteres verständlich, auch die Integrationszeitkonstante automatisch mit der Drehzahl mitgeführt.
• Es versteht sich im übrigen, daß auch die insgesamt gewünschte, durch die Regelung bewirkte Zündwinkelgesamtänderung um den Reservewinkel α _E so zu wählen ist - was bei Verwendung eines digitalen Zündungsrechners durch Programmierung erfolgen kann -, daß gewünschte für den Motor gefährliche Bereiche des Zündwinkels nicht erreicht werden. Daher läßt sich die Zündwinkelregelung auf die zulässigen Bereiche begrenzen.
• Zum besseren Verständnis des praktischen Ausführungsbeispiels vorliegender Erfindung wird im folgenden nunmehr zunächst anhand der Darstellung der Fig. 3 die mögliche Ausführungsform eines elektronischen Zündzeitpunkt-Steuergeräts, nämlich eines digitalen Zündungsrechners erläutert.
• Das Grundprinzip eines digitalen Zündungsrechners besteht darin, zunächst während eines konstanten Zeitintervalls zur Ermittlung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine Markierungen an einer beispielsweise mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Scheibe abzutasten und beispielsweise in einem Zähler zu summieren, wobei bei Erreichung eines bestimmten Zählerstands eine nachfolgende oder die gleiche Markierungsreihe ( Zahnreihe der Scheibe) ab einem bestimmten Winkel abgetastet und die einzelnen erfaßten Impulse dem zuvor ermittelten Zählerstand hinzuaddiert werden. Ein bestimmter Zählerendstand ergibt dann ein Auslösesignal und legt den Zündzeitpunkt fest. Damit jedoch universal beeinflußbare Verstellkennlinien, beispielsweise auch mit fallenden Verstellkennlinienteilen, realisiert werden können, wird bei einem digitalen Zündungsrechner, wie er für vorliegende Erfindung bestimmt ist, ein Speicher 10 verwendet, in dem die Werte für eine Verstellkennlinie gespeichert sind. Hierbei sind auch negative Werte und damit eine negative Steigung der Verstellkennlinie möglich; es lassen sich daher beliebig verlaufende Kennlinien erzeugen und damit optimal berechnete Zündzeitpunkte in Abhängigkeit von äußeren Betriebsparametern festlegen. Der Abruf der einzelnen gespeicherten Werte aus dem Speicher 10 erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, daß diesem mindestens ein Adressenzähler 11 vorgeschaltet ist, dem die betriebsparameterabhängigen Signale zugeführt sind. Hierbei sind in erster Linie Drehzahl und Last zu nennen, die den größten Einfluß auf die Zündverstellung ausüben. Darüber hinaus können aber auch Temperaturwerte und sonstige Betriebszustände in das Ausgangssignal des Speichers 10 einbezogen werden.
• Die Fig. 3 zeigt zwei Aufnehmer für Betriebsparameter, und zwar einen Drehzahlgeber 12 und einen Lastgeber 13. Ein weiterer Geber für Betriebsparameter ist mit 14 bezeichnet und arbeitet mit seinem Ausgang ebenfalls über einen zwischengeschalteten Verarbeitungsblock 14 a auf einen zugeordneten Eingang des Adressenzählers 11. Obwohl auch andere Lösungen denkbar und vereinfacht realisierbar sind, wird die Arbeitsweise eines solchen Zündungsrechners am besten verständlich, wenn man annimmt, daß die Speicherplätze des Speichers 10, der beispielsweise als Lesespeicher (ROM) ausgebildet ist, unmittelbar mit den gewünschten Funktionswerten selbst besetzt sind. Die den einzelnen Lastaufnehmern 12, 13, 14 nachgeschalteten Verarbeitungsblöcke 12 a, 13 a und 14 a sind so ausgebildet, daß für jeden Rechenzyklus zwischen zwei Zündimpulsen (bei einem Vierzylindermotor also je 180° Kurbelwellenwinkel) dem Adressenzähler 11 in aufbereiteter Form im zyklischen Umlauf, beispielsweise nach einem Zeitmultiplexverfahren solche Signale von den Aufnehmern für die Betriebsparameter zugeführt werden, daß der Adressenzähler 11 den Lesespeicher 10 unmittelbar mit einer Adresse beaufschlagen kann, die den effektiv während des jeweiligen Rechenzyklus vorhandenen Betriebsparametern entspricht. So kann es sich bei dem Verarbeitungsblock 12 a beispielsweise um eine Torschaltung handeln, die Zählimpulse vom Aufnehmer 12 nur während eines vorgegebenen Zeitraums zum Adressenzähler 11 gelangen läßt, so daß sich in diesem ein der Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionaler Zählerstand ergibt. Mit diesem Zählerstand wird der Lesespeicher 10 beaufschlagt und ein bestimmtes gespeichertes Wort aus dem Speicher 10 abgerufen, welches über einen Parallel-Serienwandler 16 und einen Umschalter 17, auf den weiter unten noch eingegangen wird, einem Ergebniszähler 18 zugeführt wird. Ersichtlich werden im Ergebniszähler 18 pro Rechenzyklus jeweils so viele Binärwörter seriell addiert, wie abgefragte Betriebsparameter vorhanden sind, die Speicherwerte im Lesespeicher 10 beeinflussen können. Es ergibt sich dann im Ergebniszähler 18 ein betriebsparameterabhängiger Zählerstand zu einem bestimmten vorgegebenen Zeitpunkt, der ausreichend weit vor dem oberen Torpunkt OT liegen muß, damit auch der größte Zündwinkel in Richtung Frühzündung berücksichtigt werden kann. Dadurch, daß der Speicher 10 Inkremente der Kennlinie abgespeichert hat und der Ergebniszähler die Kennlinie durch Summation der Inkremente zurückgewinnt, ergibt sich als Arbeitsweise eines solchen Systems dann die Diagrammdarstellung der Fig. 4, die den Zählerstand des dem Speicher 10 nachgeschalteten Ergebniszähler 18 über der Zeit angibt. Mit jedem Zündimpuls wird dieser Zählerstand auf einen definierten Anfangswert, beispielsweise auf den Zählerstand Null, zurückgestellt, desgleichen wird der Adressenzähler 11 zurückgestellt. Bis zur vorgegebenen Zeit τ werden im Ergebniszähler die jeweiligen, abgefragten, betriebsparameterabhängigen Speicherinhalte aufsummiert. Ab einer Bezugsmarke BM werden Zählimpulse einer Folge, deren Frequenz von der Drehzahl abhängt, noch hinzuaddiert. Erreicht dann der Zählerstand einen durch gewisse Betriebszustände bestimmbaren Endwert, dann wird das Zündsignal ausgelöst und der Vorgang beginnt von neuem. Nach der Zeit τ ist der jeweils aktuelle Zündwinkel dann vollständig neu berechnet, die Bezugsmarke BM ist starr einer Kurbelwellenstellung zugeordnet und dient der eindeutigen Fixierung des so berechneten Zündwinkels bezüglich des OT des jeweiligen Zylinders. Wegen der starren Winkelzuordnung muß ab dem Bezugspunkt BM der Zählvorgang mit einer Frequenz erfolgen, die im wesentlichen kurbelwellenwinkelsynchron ist. Hier läßt sich nun der Einfluß von Betriebsparametern, die wie die Spannung der λ -Sonde oder die Drosselklappenstellung als binäre Signale erfaßt werden, durch geeignete Einbeziehung in den Rechenzyklus berücksichtigen.
• Für eine Veränderung des Zündzeitpunkts bieten sich dann beispielsweise folgende Möglichkeiten an: die Beeinflussung des
  
• 1) Anfangswerts des Ergebniszählers,
• 2) Inhalts des Speichers, beispielsweise durch ergänzende Ansteuerung des Adressenzählers und
• 3) wählbaren Endwerts EW des Ergebniszählers 18.


• Ein Eingriff ist dadurch möglich, daß dem Ergebniszähler 18 eine Endwert-Verstelleinrichtung 20 nachgechaltet ist, die eine Vergleichsmatrix enthält und in welcher ein bestimmter Zahlenendwert festgelegt wird in Abhängigkeit der einzelnen genannten Betriebsparameter und gegebenenfalls weitere Betriebsparameter, die der Endwert-Verstelleinrichtung 20 über ihre Eingänge 21 a, 21 b und 21 c zugeführt sind. Diese Endwert-Verstelleinrichtung 20 ist zweckmäßigerweise als für eine Integration vorteilhafte Matrix-Struktur ausgebildet, die auf Gatter zurückführbar ist und dann an eine nachgeschaltete Begrenzereinrichtung 22 einen die Zündung auslösenden Impuls abgibt, wenn der von ihr vorgegebene Zahlenendwert vom Ergebniszähler erreicht ist.
• Damit entsprechend dem Diagramm der Fig. 4 nach Abfrage und Summierung der Funktions-Speicherwerte aus dem Lesespeicher 10 auf die kurbelwellenwinkelsynchrone Zählimpulsfolge, beispielsweise ebenfalls vom Drehzahlgeber 12, umgeschaltet werden kann, ist der schon erwähnte Umschalter 17 vorgesehen, der, gesteuert vom Geber 25 der Bezugsmarke BM, den Eingang des Ergebniszählers 18 mit der Leitung 26 und damit mit der Ausgangsimpulsfolge des Drehzahlgebers 12 verbindet.
• Ist dem Adressenzähler 11 eine von äußeren, vorzugsweise digitalen Betriebsparametern steuerbare Matrix vorgeschaltet, die es ermöglicht, den Adressenzähler auf bestimmte Werte vorzusetzen, wobei mit den dadurch gewonnenen Speichereinheiten die Kennlinie verschoben wird, dann ergibt sich bei konstantem Endwert der gleiche Effekt wie bei einer Schwellenverschiebung durch die Vergleichsmatrix.
• Vervollständigt wird der digitale Zündungsrechner der Fig. 3 schließlich durch eine sogenannte Drehzahlmatrix 28, von der ein Ausgang 28 a mit der Endwert-Verstelleinrichtung 20 gekoppelt ist und von der zwei weitere Ausgangsleitungen 28 b und 28 c zu entsprechenden Eingängen 22 a und 22 b der Begrenzungsstufe 22 führen. Die Drehzahlmatrix 28 ist in ihrem Grundprinzip ähnlich wie die Endwert-Verstelleinrichtung 20 aufgebaut und kann im integrierten Aufbau aus Transistoren bestehen. Sie ist so ausgebildet, daß sie der Begrenzungsstufe 22 im zeitlichen Abstand zwei Signale zuführt, und zwar ein erstes Signal vom Ausgang 28 b zum Eingang 22 a der Begrenzungsstufe 22, welches beispielsweise bei einem angenommenen Zündzeitpunkt entsprechend einem Kurbelwellenwinkel von 180° bei 178° nach der letzten Zündung liegt, und ein zweites Signal vom Ausgang 28 c zum Eingang 22 b, welches einem Zündwinkel von 182°, bezogen auf die letzte Zündung entspricht. Mit anderen Worten erhält die Begrenzungsstufe 22 von der Drehzahlmatrix 28 jeweils Ansteuersignale, die um einen vorgegebenen (maximalen) Zündwinkelsprung Δα - beim vorliegenden Fall entsprechend Δα = 2° - sowohl in Richtung Früh- als auch in Richtung Spätzündung liegen, wodurch sich insgesamt ein überstrichener - zulässiger - Zündwinkelbereich nach der letzten Zündung von ±2° ergibt.
• Die Eingänge 21 a, 21 b und 21 c der Endwertverstelleinrichtung 20erlauben Sondereingriffe, die den von der Endwertverstelleinrichtung bestimmten Zahlenendwert, der mit dem Zählerstand des Ergebniszählers 18 jeweils zu vergleichen ist, entsprechend unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine ändern, d. h. es handelt sich hier um die Möglichkeit der wählbaren Endwertbeeinflussung zur Zündzeitpunktbestimmung. Die Sondereingriffe an den Eingängen 21 a bis 21 c können für die Temperaturabhängigkeit, für Leerlauf, für den Anlaßvorgang und insbesondere selbstverständlich für eine Endwertbeeinflussung aufgrund des λpf-Sonden-Ausgangssignals U _λ verwendet werden. Die Endwert-Verstelleinrichtung 20, auf einen bestimmten Endwert vorprogrammiert, gibt dann in Abhängigkeit von den Sondereingriffen ein Signal an die nachgeschaltete Begrenzungsstufe 22 ab, wenn der Zählerstand im Ergebniszähler 18 den eingestellten Zahlenendwert der Endwert-Verstelleinrichtung 20 erreicht hat. Dieses Signal ist unter der Voraussetzung, daß es innerhalb der zulässigen Zündwinkelschwankungsbreite von ±Δα liegt, unmittelbar das die Zündung bewirkende Signal.
• Bevor im folgenden genauer auf die Zusammenhänge zwischen der Drehzahlmatrix 28 und der Begrenzungsstufe 22 eingegangen wird, sollen kurz die an sich bekannten Maßnahmen erörtert werden, die schließlich zur Bildung des U _λ -Schaltsignals führen. Es ist bekannt, daß das Ausgangssignal der λ-Sonde 30 (siehe Fig. 3) als Istwertsignal der Abgaszusammensetzung der Brennkraftmaschine angesehen werden kann und einen Hinweis auf die Luftzahl λ des der Brennkraftmaschine eingangsseitig zugeführten Kraftstoff-Luftgemisches liefert. Daher ist es durch Verwendung der Sauerstoff- oder λ-Sonde 30 möglich, eine Brennkraftmaschine im Sinne einer vollgültigen Regelung zu betreiben, wobei die Brennkraftmaschine beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Regelstrecke und der Zündungsrechner den Regler bildet. Das Ausgangssignal der λ-Sonde 30 im Abgasrohr ändert sich sprungartig, und zwar je nachdem, ob derBrennkraftmaschine ein mit geringer Bandbreite schwankendes fettes oder mageres Gemisch zugeführt wird. Zur Auswertung des λ-Sonden- Ausgangssignals wird diesem ein auf einen bestimmten Spannungswert festgelegtes - gegebenenfalls aber auch nachgeführtes - Schwellwertsignal entgegengeschaltet, wobei üblicherweise ein Komparator 31 verwendet wird, dessen einem Eingang 32 a das Referenzsignal und dessen anderem Eingang 32 b das λ-Sonden- Ausgangssignal zugeführt ist. Am Ausgang des Komparators 31 erhält man dann die Schaltspannung U _λ , und zwar je nachdem, ob das von der λ-Sonde abgegebene Signal oberhalb oder unterhalb der Schwellwertspannung liegt. Es handelt sich daher um ein binäres Schaltsignal nach Art einer Rechteckspannung, welches zur Bestimmung bzw. zur Vorgabe der von der Zündungsregelung maximal erlaubten Zündwinkelgesamtänderung α _E etwa der Überlaufmatrix des digitalen Zündungsreglers, d. h. der Endwert- Verstelleinrichtung 20 zugeführt wird. Befindet sich daher die Sondenspannung U _λ im Schaltzustand log 1, dann kann durch Ansteuerung beispielsweise eines geeigneten Eingangs 21 a bis 21 c der von dem Zündungsrechner nach Art einer Steuerung vorgeschriebene Zündwinkel um den Reservewinkel α _E verschoben werden.
• Damit diese Gesamtwinkeländerung (Reservewinkel α _E ) nicht sofort auf die jeweilige Zündung durchschlägt, ist die Begrenzungsstufe 22 vorgesehen, von der in Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Die Begrenzungsstufe 22 besteht im wesentlichen aus zwei Gattern, nämlich einem UND-Gatter 35 und einem ODER-Gatter 36 sowie zwei Speichern in Form von bistabilen Flipflops 37 und 38, die als sogenannte RS-Flipflops ausgebildet sind. Der eine Eingang 22 a der Begrenzungsstufe 22 ist mit dem Setzeingang des Flipflops 38 verbunden, der andere Eingang 22 b liegt unmittelbar am ODER-Gatter 36. Während die Ausgänge der Flipflops 37 und 38 mit den beiden Eingängen des UND-Gatters 35 verbunden sind, ist der Ausgang dieses UND-Gatters mit dem anderen Eingang des ODER-Gatters 36 verbunden. Der Setzeingang des Flipflops 37 liegt am Ausgang der Endwert-Verstelleinrichtung 20.
• Es ist weiter vorn schon erwähnt worden, daß die Drehzahlmatrix 28, deren Ausgangssignale den Eingängen 22 a und 22 b zugeführt sind, so ausgebildet ist, daß sie, jeweils bezogen auf die letzte Zündung Ansteuerimpulse liefert, die einem Winkel von ±2°, bezogen auf die letzte Zündung entsprechen. Hierzu wertet die Drehzahlmatrix den jeweiligen Zählerstand des Adressenzählers 11 aus, sie benötigt aber auf jeden Fall ein geeignetes Drehzahlsignal, welches auch unmittelbar vom Drehzahlgeber 12 gewonnen und entsprechend verarbeitet werden kann. Die Drehzahlmatrix arbeitet im Prinzip als Winkeldekodierstufe.
• Die Arbeitsweise der Begrenzungsstufe 22 ist dann so, daß sie innerhalb des an sich nicht zwangsläufig symmetrischen Winkelbereichs von ±Δα nach der vorangegangenen Zündung, beim Ausführungsbeispiel bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine, ein unmittelbar zur Zündung führendes Signal abgibt. Erscheint beispielsweise der Impuls aus der Endwert-Verstelleinrichtung 20 vor einem angenommenen Zündwinkel von mindestens 178°, dann wird durch diesen Impuls zwar das Flipflop 37 gesetzt, das vom Ausgang dieses Flipflops angesteuerte UND-Gatter 35 kann jedoch nicht durchschalten, da das andere Flipflop 38 an seinem mit dem UND-Gatter 35 verbundenen Ausgang noch das Signal log 0 aufweist. Sobald dann von der Drehzahlmatrix am Eingang 22 a der 178°-Impuls ebenfalls eingeht, kann das UND-Gatter 35 durchschalten und über die ODER-Gatter 36 ergibt sich der Zündimpuls. Andererseits ist dann, wenn der Impuls der Endwert-Verstelleinrichtung 20 innerhalb des Δα-Bereiches liegt, der frühe 178°-Impuls am Eingang 22 a allein nicht in der Lage, den Zündimpuls zu erzeugen, das UND-Gatter 35 sperrt, so daß ordnungsgemäß der Zündimpuls erst dann durchgeschaltet wird, wenn dieser am Ausgang der Endwert-Verstelleinrichtung erzeugt wird.
• Verzögert jedoch die Endwert-Verstelleinrichtung ihren Ausgangsimpuls so weit, daß er nicht vor 182° KW auftritt, dann wird der entsprechende, von der Drehzahlmatrix 28 bei 182° erzeugte Winkelimpuls über das ODER-Gatter 36 sofort durchgeschaltet. Je nach Wahl der Grenzwinkel durch entsprechende Programmierung der Drehzahlmatrix 28 läßt sich daher ein maximaler und minimaler, gegebenenfalls auch unsymmetrischer Abstand zur vorangegangenen Zündung einstellen.
• Die bisherige Erläuterung zeigt, daß der Eingriff der Sondenspannung U _λ an den verschiedensten Bereichen eines digitalen Zündungsrechners möglich ist und zu einer Verstellung des Zündzeitpunktes im Sinne einer echten Regelung verwendet werden kann; genannt seien neben der Programmierung der Überlaufmatrix noch die Möglichkeit einer lastabhängigen Zündungsregelung, wenn man nämlich den Reservewinkel α _E ergänzend lastabhängig macht. Dies ist dadurch möglich, daß man eine beim digitalen Zündungsrechner vorgesehene Umschaltung zwischen zwei, ursprünglich für warmen und kalten Betrieb der Brennkraftmaschine vorgesehenen Lastkennlinien nunmehr in Abhängigkeit vom λ-Sonden-Signal betreibt. Man kann so die Regelung nur bei bestimmten Lastzuständen wirken lassen bzw. eine Gewichtung über die Last vornehmen, da die gewünschten Lastkennlinien beliebig programmierbar sind.
• Regelt man daher mit einem Reservewinkel α _E , dann benötigt man einen weiteren Eingang für die Endwert-Verstelleinrichtung bzw. besetzt einen der Eingänge 21 a bis 21 c; greift man in die Zündwinkelverstellung über eine lastabhängige Regelung ein, dann werden vorprogrammierte Lastkennlinien in Abhängigkeit vom Sondensignal geschaltet. Stets arbeitet aber die Begrenzungsstufe und sorgt dafür, daß die Zündwinkeländerung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der λ-Sonde inkremental und nicht sprunghaft eine Änderung erfährt.
• Schließlich sind aber auch noch kompliziertere Eingriffsmöglichkeiten in den Zündungsrechner in Funktion der Sondenspannung U _λ möglich. Beispielsweise kann ein zusätzlicher Zähler vorgesehen sein, der zum errechneten Endresultat des Zündwinkels in Abhängigkeit vom Sondensignal Inkremente dazuzählt oder abzieht und auf diese Weise für eine Zündwinkeländerung im Sinne einer Regelung sorgt.
• Besonders vorteilhaft ist bei vorliegender Erfindung, daß nicht nur Einspritzmotoren vom Ausgangssignal der λ-Sonde geregelt fahren können, sondern auch Vergasermotoren, die mit einem Zündungsrechner ausgerüstet sind.

Claims (12)

1. Vefahren zur abgasabhängigen Zündzeitpunktregelung, bei dem aufgrund des Ausgangssignals einer im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoff- oder Lambdasonde der (durch Vorsteuerung) berechnete Zündzeitpunkt ergänzend eine Verstellung erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) aus dem jeweiligen Schaltzustand der Lambdasonde eine zusätzliche Zündwinkelgesamtänderung ( Reservewinkel α _E ) ermittelt und vorgegeben wird, daß

b) bei jeder Zündung lediglich eine in ihrer Richtung bestimmte, inkrementale und in ihrer Größe durch Begrenzungsmittel vorgegebene Teilwinkeländerung (jeweiliger, momentaner Zündwinkelsprung ±Δα) zugelassen und dem Zündzeitpunkt hinzugefügt wird und daß

c) diese Hinzufügung solange fortgesetzt wird, bis, bei unverändertem Lambda-Sondenschaltzustand, die zusätzliche Zündwinkelgesamtänderung ( Reservewinkel α _E ) erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Änderung des Schaltzustands der Lambdasonde die zusätzliche Zündwinkelgesamtänderung ( Reservewinkel α _E ) auf einen Anfangswert, vorzugsweise α _E = 0, zurückgesetzt und bei jeder erneuten Zündung eine in Gegenrichtung verlaufende, durch Begrenzungsmittel in ihrer Größe vorgegebene Teilwinkeländerung ( Zündwinkelsprung (Δα) vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige momentane Teilwinkeländerung (±Δα) für unterschiedliche Richtungen unterschiedlich groß ist derart, daß sich in der Zündwinkelregelkurve unterschiedliche Steigungen ergeben.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Zündwinkelgesamtänderung (Reservewinkel α _E ) auf einen durch äußere Betriebsparameter bestimmten maximalen Zündwinkeländerungsbereich begrenzt wird.

5. Vorrichtung zur abgasabhängigen Zündzeitpunktregelung, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-4, mit einem Zündzeitpunktrechner, der aus ihm zugeführten äußeren Betriebsparametern ( Drehzahl, Last, Temperatur etc.) einschließlich dem Signal einer im Abgaskanal angeordneten Lambdasonde den jeweiligen Zündzeitpunkt errechnet, dadurch gekennzeichnet, daß eine den jeweiligen Schaltzustand der Lambdasonde auswertende Endwert-Verstelleinrichtung (20) für den Zündzeitpunkt vorgesehen ist, die eine auf das Lambda-Sondensignal zurückgehende zusätzliche Zündwinkelgesamtänderung (Reservewinkel α _E ) freigibt und daß der Endwert-Verstelleinrichtung (20) eine Begrenzungsstufe (22) nachgeschaltet ist, die die Änderung des jeweiligen Zündzeitpunkts, bezogen auf die jeweils letzte Zündung, nur innerhalb einer vorgegebenen Winkelbreite als Zündwinkelteiländerung (momentaner Zündwinkelsprung ±Δα) gestattet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündungsrechner einen, vorzugsweise mit den äußeren Betriebsparametersignalen unmittelbar entsprechenden Funktionswerten besetzten Speicher (10) aufweist, dem ein von äußeren Sensoren (12, 13, 14) für die zu erfassenden Betriebszustände angesteuerter Adressenzähler (11) vorgeschaltet ist und daß einem Ergebniszähler (18) sowohl der jeweils abgefragte Speicherinhalt als auch ab einem vorgegebenen Bezugsmarkenzeitpunkt (BM) eine kurbelwellenwinkelsynchrone Zählimpulsfolge zuführbar ist zur Auslösung des Zündimpulses bei Erreichen eines vorgegebenen Zählerendstands.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich des Zählerinhalts des Ergebniszählers (18) mit einem vorgegebenen Endzählerstand eine von zusätzlichen äußeren, vorzugsweise in Form binärer Signale erfaßten Betriebsparametern angesteuerte Vergleichsmatrix in der Endwert-Verstelleinrichtung (20) vorgesehen ist und daß die Vergleichsmatrix derart von dem mit einem Schwellwert verglichenen Ausgangssignal der λ-Sonde (30) angesteuert ist, daß die zusätzliche Zündwinkelgesamtänderung (α _E ) zum vorausberechneten Zündwinkel hinzuaddiert wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsstufe (22) von einer Drehzahlmatrix (28) mit Impulssignalen ansteuerbar ist, die bei einem gegebenen Zählerstand des Adressenzählers (11) um die zulässige gewünschte inkrementale Zündwinkel-Teiländerung (Δα) vor oder nach dem letzten Zündzeitpunkt liegen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlmatrix (28) eine Winkeldekodierstufe ist und die Begrenzungsstufe (22) Gatterschaltungen (35, 36) sowie Speicher (37, 38) enthält, derart, daß Signale nur innerhalb der bestimmten Winkelschwankungsbreite zum Ausgang gelangen.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß zur lastabhängigen Regelung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (U _λ) der λ-Sonde (30) eine Umschaltung zwischen für warmen und kalten Brennkraftmaschinenbetrieb vorgegebenen Lastkennlinien erfolgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Adressenzähler (11) eine von äußeren, vorzugsweise digitalen Betriebsparametern steuerbare Matrix vorgeschaltet ist zum Vorsetzen des Adressenzählers (11) auf bestimmte Werte derart, daß mit den dadurch gewonnenen Speicherinhalten die Kennlinie verschiebbar ist und sich bei konstantem Endwert die gleiche Wirkung ergibt wie bei einer Schwellenverschiebung durch die Vergleichsmatrix.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (10) nur Inkremente der Kennlinie abgespeichert hat und der Ergebniszähler (18) die Kennlinie durch Summation der Inkremente zurückgewinnt.