DE3014679C2

DE3014679C2 -

Info

Publication number: DE3014679C2
Application number: DE3014679A
Authority: DE
Inventors: Kenji Yokosuka Jp Ikeura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-04-16
Filing date: 1980-04-16
Publication date: 1987-08-06
Also published as: GB2049042B; JPS5949429B2; US4378770A; FR2454532A1; DE3014679A1; GB2049042A; FR2454532B1; JPS55137359A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Zünd zeitpunkts einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren wird in der DE-OS 26 45 642 be schrieben. Bei diesem herkömmlichen Verfahren wird die Zündwinkel-Vorverstellung im unteren Drehzahlbereich, der von der Drehzahl 0 bis zu einer etwas oberhalb der Leerlaufdrehzahl liegenden Drehzahl reicht, konstant ge halten. Insbesondere ist die Zündwinkel-Vorverstellung auch während des Anlaßvorgangs auf einen konstanten Wert eingestellt.

Zur näheren Erläuterung des Standes der Technik soll be reits hier auf Fig. 1 und 2 der Zeichnung Bezug ge nommen werden.

In den in Fig. 1 und 2 gezeigten Diagrammen ist auf der Abszisse die Maschinendrehzahl und auf der Ordinate die Vorverstellung des Zündzeitpunkts angegeben. Mit N ₁ ist eine Drehzahl bezeichnet, bei der das Vorstellen des Zündzeitpunkts beginnt, und N ₂ bezieht sich auf eine Drehzahl, bei der die maximale Vorverstellung erreicht ist. Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Charakteristik nimmt die Vorverstellung zwischen den Drehzahlwerten N ₁ und N ₂ linear zu. Im Fall der Charakteristik nach Fig. 2 wird der Anstieg zwischen den Werten N ₁ und N ₂ bei dem Wert N ₃ geändert. In beiden Fällen ist der Zündzeitpunkt bei niedrigen Drehzahlen unterhalb von N ₁ und bei hohen Dreh zahlen oberhalb von N ₂ konstant und unabhängig von Ände rungen der Drehzahl. Mit N ₄ ist die Leerlaufdrehzahl be zeichnet.

Wenn die Brennkraftmaschine angelassen wird, ergibt sich bei diesen herkömmlichen Verfahren zur Steuerung des Zünd zeitpunkts das folgende Problem. Unterhalb des Drehzahl wertes N ₁ ist der Zündzeitpunkt im Hinblick auf die zeit liche Verzögerung zwischen dem Austreten des Zündfunkens und der vollständigen Entzündung des Brennstoffs derart eingestellt, daß der Brennstoff unmittelbar nach Erreichen der oberen Totpunktstellung des Kolbens entzündet wird, so daß der Verbrennungsdruck die Maschine in Vorwärts richtung antreibt. Wenn jedoch bei niedrigen Außentempe raturen oder bei niedriger Batteriespannung die Anlaßdreh zahl unterhalb der normalen Anlaßdrehzahl liegt, wird die Zeitspanne zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Erreichen der oberen Totpunktstellung so groß, daß der Brennstoff bereits entzündet wird, bevor der Kolben die obere Tot punktstellung erreicht, so daß der Kolben gegen den zu nehmenden Verbrennungsdruck anarbeiten muß. Dies führt dazu, daß die Brennkraftmaschine unter ungünstigen Bedin gungen nur schlecht oder gar nicht anspringt.

In der US-PS 40 33 305 ist eine Zündvorverstellungs-Charak teristik gezeigt, die im unteren Drehzahlbereich einen linearen Anstieg aufweist. Diese Charakteristik betrifft jedoch den während des normalen Fahrbetriebs vorherrschen den Drehzahlbereich. Einzelheiten über die Steuerung des Zündzeitpunkts bei sehr niedrigen Drehzahlen, insbesondere während der Anlaßphase, sind dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Gattung derart weiter zu bilden, daß das Anlaßverhalten der Brennkraftmaschine verbessert wird, wenn die Anlaßdrehzahl bei niedrigen Außentemperaturen, niedriger Batteriespannung oder infolge anderer ungünstiger Umstände herabgesetzt ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ver fahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 und 2 sind Diagramme zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Maschinen drehzahl und dem Zündzeitpunkt bei herkömmlichen Einrichtungen;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm zur Veranschau lichung der Arbeitsweise eines Digi tal-Mikrocomputers zur Bestimmung des Zündzeitpunkts;

Fig. 5 ist ein weiteres Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise eines Digital-Mikrocomputers bei der Bestimmung des Zündzeitpunkts;

Fig. 6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Maschinen drehzahl und dem Zündzeitpunkt gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Mit 1 ist ein Zündschalter bezeichnet, der ein "EIN"- oder "AUS"-Signal S ₁ liefert, wenn die Maschine angelassen wird oder nicht. Mit 2 ist ein Basiswinkel-Sensor bezeichnet, der Basiswin kel-Impulse S ₂ jeweils bei einem bestimmten Winkel, bei spielsweise bei 120° der Kurbelwelle liefert. Ein weiterer Sensor 3 liefert Impulse 3 bei bestimmten Winkeleinheiten, beispielsweise jeweils 1 Grad Kurbelwellendrehung. Die Kur belwellendrehzahl ergibt sich auf der Grundlage des Impuls signals S ₃ des Sensors 3. Diese Signale S ₁ bis S ₃ und im Bedarfsfall weitere Signale, die etwa dem Ansaugvakuum der Maschine oder der Brennstoffeinspritzung entsprechen, wer den über eine Eingangs-Ausgangs-Steuereinheit 4 in der Form einer Halbleiterschaltung durch einen zentralen Rechner 5 eingelesen, der einen Auslesespeicher (ROM), einen Spei cher mit direktem Zugriff (RAM) und eine zentrale Rechner einheit (CPU) umfaßt. Aus den Signalen S ₁ bis S ₃ ermittelt der zentrale Rechner 5, ob die Maschine angelassen wird oder nicht und sodann durch Berechnung oder Abgreifen einen Wert der Zündzeitpunkts-Vorverstellung, und dieser Wert wird an denjenigen Bereich der Steuereinheit 4 abgegeben, der die Zündzeitpunkts-Steuerung bewirkt. Die Steuerein heit 4 liefert an einer Ausgangsklemme 6 ein Signal, das eine Information trägt, die bewirkt, daß der Zündstrom in Abhängigkeit von den Signalen S ₂ und S ₃ der Sensoren 2 und 3 durchgelassen oder unterbrochen wird. Dadurch wird die Arbeitsweise eines Transistors 7 gesteuert, der einen elektrischen Strom ein- oder ausschaltet, der durch eine Zündspule 9 eines Zündsystems hindurchgeht, das durch einen rechteckigen, strichpunktierten Rahmen in Fig. 3 umgeben ist. Mit 8 ist ein Zündverteiler, mit 10 eine Zündkerze und mit 11 eine Batterie einer Stromquelle bezeichnet. Auf grund der jüngeren Fortschritte der Halbleitertechnik ist es möglich, in einfacher Weise eine zusammengefaßte Einheit aus zentralem Rechner 5 und Steuereinheit 4 sowie Transistor 7 herzustellen, wie sie in Fig. 3 ebenfalls durch eine strichpunktierte Linie eingerahmt ist.

Fig. 4 und 5 zeigen Flußdiagramme zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des zentralen Rechners 5 von der Bestimmung der Zündzeitpunkts-Vorverstellung bis zu einer entsprechen den Signalabgabe. Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, bei dem die selbe Zündzeitpunkts-Charakteristik beim Anlassen und beim normalen Betrieb der Maschine verwendet wird, während gemäß Fig. 5 eine gesonderte Charakteristik für das Anlassen und für den üblichen Betrieb gilt. Wenn gemäß Fig. 4 das Pro gramm beginnt, wird ein Zündzeitpunkts-Grundwert entspre chend der Maschinendrehzahl, Last und anderer Faktoren in dem Schritt P ₁ festgelegt. In der Stufe P ₂ wird anhand des ein- oder ausgeschalteten Zustandes des Zündschalters 1 ermittelt, ob die Maschine angelassen wird oder nicht. Wenn der Zündschalter 1 ausgeschaltet ist, wird die Maschine nicht angelassen, so daß das Programm weiterläuft zu Stufe P ₃ und der Zündzeitpunkts-Grundwert der Stufe P ₁ übertragen wird. Wenn der Zündschalter 1 geschlossen ist und somit die Maschine angelassen wird, läuft das Programm von der Stufe P ₂ zu einer Stufe P ₄, in der ermittelt wird, ob die Maschi nendrehzahl N höher als ein vorgegebener Wert N _L oder niedri ger als dieser Wert ist. Wenn N < NL ist, geht das Programm von P ₄ zu P ₃ über, so daß der ermittelte Zünd zeitpunkts-Grundwert gemäß Stufe P ₁ als Ausgangssignal ab gegeben wird. Wenn N≦N _L gemäß der Entscheidung der Stufe P ₄ ist, geht das Programm zu Stufe P ₅ über, in der der Zündzeitpunkts-Grundwert mit einem Koeffizienten multi pliziert wird, der proportional zu der Maschinendrehzahl N ist, und das Ergebnis gelangt an die Stufe P ₃. Daher wird die Vorverstellung gering gehalten, wenn N/N _L≦1 ist.

Gemäß dem Flußdiagramm der Fig. 5 wird in der Stufe P ₂ ent schieden, ob der Zündschalter 1 geschlossen oder offen ist. Wenn der Zündschalter 1 geschlossen ist und damit die Ma schine angelassen wird, springt das Programm zu P ₁₂, wäh rend bei offenem Zündschalter 1 das Programm zu P ₁₁ über geht. In der Stufe P ₁₁ wird der Wert der Vorverstellung für Normalbetrieb auf der Grundlage der Maschinendrehzahl und Last ermittelt, und das Ergebnis wird über die Stufe P ₃ als Signal abgegeben. In der Stufe P ₁₂ wird der Zünd zeitpunkt für den Anlaßvorgang ermittelt und sodann an die Stufe P ₄ weitergegeben. Das Programm im Anschluß an die Stufe P ₄ einschließlich dieser Stufe ist dasselbe wie bei Fig. 4, d. h., wenn ein Vergleich von N und L ergibt, daß N≦N _L ist, geht das Programm auf die Stufe P ₅ über, in der der Normalwert der Zündzeitpunkts-Vorverstellung ge mäß Stufe P ₁₂ mit N/N _L multipliziert und dieses Ergebnis über die Stufe P ₃ als Signal abgegeben wird.

Anschließend soll die Bedeutung des im Zusammenhang mit Fig. 4 und 5 erläuterten Vorganges beschrieben werden. Bei der Einstellung des Zündzeitpunkts sollte als Korrektur faktor die zeitliche Verzögerung von der Funkenabgabe zu der Verbrennung berücksichtigt werden, so daß zu einem optimalen Augenblick nach dem oberen Totpunkt der Verbren nungsdruck den maximalen Wert erreicht und in möglichst wirksamer Weise thermische Energie in Drehmoment umge setzt wird. Insoweit sollte der mittlere Zündzeitpunkts wert in der Form einer Vorstellzeit und nicht eines Kurbel winkels angegeben werden.

Da beim normalen Betrieb die Maschinendrehzahl relativ sta bil ist, kann davon ausgegangen werden, daß der Vorstell winkel gleich der Vorstellzeit ist. Da sich Teile der Ma schine in zeitlicher Zuordnung zu der Kurbelwelle bewegen, ist es besonders zweckmäßig, die Zündvorverstellung auf den Kurbelwinkel zu beziehen.

Dies gilt jedoch nicht beim Anlassen der Maschine und ins besondere nicht beim Kaltstart, wenn die Drehzahl der Ma schine außerordentlich niedrig ist. Wenn beispielsweise ein Vorstellwinkel von 18° optimal für eine Maschinendrehzahl von 120 1/min ist, so entspricht dieser Vorstellwinkel einer Zeit von 25 msec vor dem oberen Totpunkt. Dieser Vor stellwinkel von 18° entspricht 50 msec bei einer Maschi nendrehzahl von nur 60 1/min, so daß die Zündung zu früh erfolgt und der maximale Verbrennungsdruck vor dem oberen Totpunkt erreicht wird. Dadurch ergibt sich eine Rückwärts drehung oder zumindest ein Aufhalten der Drehung, so daß die Maschine nicht anspringt. Wenn zur Vermeidung dieses Nachteils eine sehr kleine Vorverstellung verwendet wird, wird ein ausreichendes Drehmoment nicht erzeugt, so daß die Maschine ebenfalls nicht anspringt.

Zur Lösung dieses Problems wird beim Anlassen oder bei einer Maschinendrehzahl N unterhalb einer vorgegebenen Drehzahl N _L die Vorstellzeit in bezug auf den oberen Totpunkt kon stant gehalten, indem erfindungsgemäß der optimale Vorstell wert für die Drehzahl N _L mit dem Koeffizienten N/N _L multi pliziert wird. Dadurch ergibt sich die wirksamste Umsetzung des Verbrennungsdruckes in Drehmoment und damit ein optima les Anspringen der Maschine.

Der Grund, weshalb eine derartige Korrektur des Vorstell wertes nicht notwendig ist, wenn N < N _L ist, besteht darin, daß bei einer relativ hohen Anlaßdrehzahl N die anderen Randbedingungen, wie etwa Funkenenergie und Brennstoff zerstäubung günstig sind und die Tendenz haben, die Zünd verzögerung zu verringern, so daß eine Korrektur des Zünd zeitpunkts nicht notwendig ist. Ein weiterer Grund ist da rin zu sehen, daß das Anspringen der Maschine nicht beein flußt wird, wenn die Zündzeitpunkts-Vorverstellung nicht genau eingestellt ist, sofern die Anlaßdrehzahl ausreichend hoch ist, und sofern eine genaue Zeitpunkteinstellung er folgt, ergibt sich eine Reaktion, wie etwa ein Klopfen nach Beendigung der Verbrennung. Der erwähnte vorgegebene Wert N _L sollte im Bereich von 60 bis 200 1/min liegen.

Fig. 6 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Bezie hung der Maschinendrehzahl zu dem Zündzeitpunkt, N _L bezeich net wiederum den vorgegebenen Wert, und N ₁, N ₂ und N ₄ sind Drehzahlen mit ähnlicher Bedeutung wie die entsprechenden Werte in Fig. 1.

Bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels wurde angegeben, daß der aus Halbleitern bestehende Mikrocomputer zur Multiplikation des normalen Vorstellwertes mit N/N _L verwendet wird, jedoch ist die Erfindung auf diese Ausfüh rungsform nicht beschränkt und die Zündzeitpunkt-Charak teristik gemäß Fig. 6 kann auch erreicht werden, mit einer Zentrifugal-Einstelleinrichtung, wie sie für herkömmliche Verteiler verwendet wird.

Wenn jedoch ein Mikrocomputer ohnehin vorgesehen ist, kann die vorliegende Erfindung mit einer geringfügigen Ergänzung des Programms verwirklicht werden, so daß keine wesentliche Kostenerhöhung notwendig ist. Wenn ein herkömmlicher Zen trifugal-Zündversteller verwendet wird, kann die Erfindung ebenfalls ausgeführt werden und sie ist auch geeignet für nahezu alle Arten herkömmlicher Brennkraftmaschinen, ohne daß sich wesentliche Kostenerhöhungen ergeben.

Da erfindungsgemäß bei einer Anlaßdrehzahl N unter einem vorgegebenen Wert N _L die Zündvorverstellung geringer gehalten wird, wird eine Rückwärtsdrehung der Maschine auch dann verhindert, wenn die Anlaßdrehzahl niedrig ist, so daß eine wirksame Umwandlung des Verbrennungsdrucks in Dreh moment erfolgt und die Maschine leicht anspringt.

Bei der praktischen Erprobung der Erfindung ist als zentra ler Rechner ein Modell Nr. HD 46 802 der Firma Hitachi verwendet worden. Das Modell HD 46 506 der Firma Hitachi diente als Eingangs-Ausgangs-Steuereinheit, die mit dem Rechner zusammengeschaltet werden konnte.

Der Zündschalter 1 kann in herkömmlicher Weise ausgebil det sein und zwei Kontakte umfassen, die geschlossen sind, während der Anlasser in Betrieb ist.

Der Basiswinkel-Sensor und der Winkeleinheiten-Sensor kön nen herkömmliche Teile sein und die Form einer Abtastein heit 24 aufweisen, die in der US-PS 40 15 565 beschrieben ist. Es kann sich auch um einen Drehzahl-Spannungs-Wandler 10 gemäß der US-PS 38 53 103 handeln.

Die Ermittlung der Maschinendrehzahl aus den Signalen des Winkeleinheits-Sensors ist herkömmlich und wird in der US-PS 38 53 103 beschrieben. In diesem Zusammenhang wird weiterhin auf die US-PS 39 69 614 und die US-PS 40 09 699 Bezug genommen.

Bei der Erprobung der Erfindung ist weiterhin ein unterbre cherloses Zündsystem mit einer Zündspule und einem Leistungs transistor verwendet worden.

Eine Möglichkeit zur Bestimmung des Zündzeitpunkts auf der Grundlage von binären Signalen des Basiswinkel-Sensors und des Winkeleinheits-Sensors ist in der US-PS 38 53 103 sowie der US-PS 40 15 565 beschrieben.

Bei einer Viertaktmaschine mit vier Zylindern muß jeweils eine Zündung nach einem Kurbelwinkel von 180° erfolgen. In einer Stellung von 180° nach dem ersten Zündimpuls muß ein zweiter Basiswinkel-Impuls abgegeben werden. In diesem Falle muß der Basiswinkel-Sensor einen Impuls jeweils nach 180° Drehung der Kurbelwelle abgeben.

Bei einer Viertaktmaschine mit sechs Zylindern muß ein Zünd impuls jeweils nach 120° abgegeben werden. Dementsprechend muß ein Basiswinkel-Impuls jeweils nach einer Drehung von 120° geliefert werden.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung des Zündzeitpunktes bei einer Brennkraftmaschine mit Funkenzündung, bei der der Wert der Zündwinkel-Vorverstellung entsprechend einer vorge gebenen Charakteristik in Abhängigkeit von Betriebspara metern der Brennkraftmaschine, insbesondere der Drehzahl festgelegt wird, welche Charakteristik unterhalb eines ersten vorgegebenen Drehzahlwertes N ₁, der oberhalb der Leerlaufdrehzahl N ₄ der Brennkraftmaschine liegt, einen konstanten Wert der Zündwinkel-Vorverstellung vorsieht, dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Stellung eines Startschalters ein Anlaßvorgang der Brenn kraftmaschine abgetastet wird, und daß beim Anlassen der Brennkraftmaschine in dem Fall, daß die Anlaß-Drehzahl N unterhalb eines zweiten vorgegebenen Wertes N _L liegt, der kleiner als die Leerlaufdrehzahl N ₄ ist, der fest gelegte Wert der Zündwinkel-Vorverstellung durch Multi plikation mit dem Faktor N/N _L korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der korrigierte Wert der Zündwinkel- Vorverstellung, der der jeweils vorliegenden Motordreh zahl entspricht, in einer Tabelle aufgesucht wird, die in einem Festwertspeicher eines Mikrocomputers gespei chert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Korrektur der Zündwinkel-Vor verstellung beim Anlassen der Brennkraftmaschine mit Hilfe einer Fliehkraft-Zündverstelleinrichtung ausge führt wird.