DE3704839A1 - Vorrichtung zum regeln des zuendzeitpunktes in einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes in einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit einer Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes in einer Brennkraftmaschine auf der Basis des detektierten Verbrennungszustandes in den Brennkammern der Brennkraftmaschine.

Es ist bekannt, daß die Abgabeleistung der Brennkraftmaschine maximal wird, wenn die Zündung so geregelt bzw. verstellt wird, daß der Kurbelwinkel, bei dem der Zylinderdruck maximal ist (dieser Winkel wird als R pmax in der Beschreibung bezeichnet) in der Nähe von 15° ATDV (nach dem oberen Totpunkt) liegt. Ein Beispiel einer Vorgehensweise zur Maximierung der Abgabeleistung der Brennkraftmaschine läßt sich aus der ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 59(1984)-39 974 entnehmen. Bei der hierbei beschriebenen Vorgehensweise ist ein Drucksensor für jeweils zwei Zylinder vorgesehen und der Ausgang jedes Drucksensors wird über ein Niederfrequenz- Bandpaßfilter zu einer Taktspeicherschaltung und dann zu einem A/D-Wandler geleitet, indem diese Werte einmal pro Grad Kugelwellendrehung unter der Regelung eines Taktsignales von einem Kurbelwinkelsensor digitalisiert wird. Das digital bemantelte Signal wird in CPU (Zentralverarbeitungseinheit) eines Mikroprozessors eingegeben, der erst dazu nutzt, den maximalen Zylinderdruckwinkel zu bestimmen. Anschließend wird die Abweichung von dem Sollwert des Maximaldruckwinkels (ATDC 10°-15°) in Winkelinkrementen der vorbestimmten Größe korrigiert. Zum Zwecke der Unterscheidung des Klopfens auf der Basis des Ausgangs von dem Drucksensor wird zugleich dieser Ausgang auch durch einen Hochfrequenz-Bandpaßfilter geleitet, der parallel zu dem vorstehend genannten Niederfrequenz-Bandpaßfilter geschaltet ist. Das Signal von diesem Hochfrequenz-Bandpaßfilter wird in einer Schaltung integriert, um ein Bezugssignal für die Klopfbestimmung zu erzeugen und das so erhaltene Klopfbezugssignal wird zu einem Komparator geleitet, in dem es mit dem Ausgang des vorstehend genannten Filters verglichen wird. Das Ergebnis dieses Vergleiches wird zu CPU weitergeleitet, in der ermittelt wird, ob ein Klopfen vorhanden ist oder nicht. Wenn es sich herausstellt, daß ein Klopfen vorhanden ist, wird der Zündzeitpunkt im Sinne einer Spätzündung nachgestellt.

Diese Vorgehensweise hat den Nachteil, daß gesonderte Schaltungen für das Detektieren des maximalen Zylinderdruckwinkels und des Vorhandenseins/Fehlens des Klopfens erforderlich sind, so daß komplizierte und teure Einrichtungen verwendet werden müssen. Da ferner die Schaltungsauslegung kompliziert ist, ist die Betriebszuverlässigkeit einer solchen entsprechend gering.

Obgleich darüber hinaus der Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem maximalen Zylinderdruckwinkel und dem Sollwert des Maximal-Druckwinkels verstellt wird, ist die Größe der Winkelinkremente, mittels denen diese Verstellung erfolgt, gleich, und zwar unabhängig davon, wie groß oder klein die Abweichung ist. Wenn daher die Abweichung groß ist, benötigt man beträchtliche Zeit, bis der Sollwert des Maximal-Druckwinkels erreicht wird, so daß eine Neigung zu einer geringeren Kraftmaschinenabgabeleistung vorhanden ist. Es ist nicht möglich, diese Schwierigkeiten einfach dadurch zu überwinden, daß man die Verstellung mit großen Inkrementen vornimmt, da eine solche Vorgehensweise zu abrupten Änderungen des Zündzeitpunktes führen würde, wodurch das Fahrverhalten eines mit Hilfe der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges beeinträchtigt wird.

In jedem Fall wird bei dieser üblichen Vorgehensweise weder die Veränderung zur Eliminierung des Klopfens noch die Veränderung zur Eliminierung der Abweichung von dem Maximal-Zylinderdruckwinkel gesondert für jeden Zylinder durchgeführt. Beide werden für alle Zylinder zusammen vorgenommen. Wenn daher ein Klopfen nur an einem einzigen Zylinder auftritt, so wird bei allen Zylindern einschließlich jenen, bei denen kein Klopfen aufgetreten ist, eine Zündzeitpunktnachverstellung vorgenommen. Hierdurch ist die Tendenz vorhanden, daß die Brennkraftmaschinenabgabeleistung in unnötiger Weise reduziert wird.

Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik zielt die Erfindung darauf ab, eine Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes an einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die eine Detektion des maximalen Zylinderdrucks und das Vorhandensein/Fehlen des Klopfens mit einer einzigen Schaltung ermöglicht und die ferner eine Eliminierung des Klopfens dadurch ermöglicht, daß der maximale Zylinderdruckwechsel ein konvergierendes Verhalten zu dem Sollwert des Maximal-Druckwinkels hat.

Ferner bezweckt die Erfindung eine Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes bei einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei der die Größe der Winkelinkremente, mit denen die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Maximalzylinderdruckwinkel und dem Sollwert des Maximaldruckwinkels aufgehoben wird, variabel ist und insbesondere soll eine solche Auslegung angegeben werden, bei der die Größe der Inkremente relativ groß ist, wenn die Abweichung groß ist und die Grösse relativ klein ist, wenn die Abweichung klein ist.

Ferner bezweckt die Erfindung eine Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes bei einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei der eine genauere und feinfühligere Regelung des Zündzeitpunktes dadurch gestattet wird, daß der Zündzeitpunkt gesondert für jeden Zylinder bestimmt wird.

Erfindungsgemäß zeichnet sich eine Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes bei einer Brennkraftmaschine dadurch aus, daß eine Verbrennungszustandsdetektiereinrichtung in der Nähe jeder Brennkammer einer Brennkraftmaschine zum Detektieren des Verbrennungszustandes in der Brennkammer angeordnet ist, daß eine Impulserzeugungseinrichtung vorgesehen ist, die den Ausgang der Detektiereinrichtung als Eingang erhält und Impulse abgibt, wenn der Druck in der Brennkammer maximal wird und wenn ein Klopfen auftritt, daß eine Kurbelwinkeldetektiereinrichtung in der Nähe eines Drehteils der Brennkraftmaschine zum Detektieren der Winkelposition einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordnet ist, daß eine Zündzeitpunktermittlungseinrichtung vorgesehen ist, die den Ausgang der Impulserzeugungseinrichtung und der Kurbelwinkeldetektiereinrichtung erhält und den Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine ermittelt, und daß Zündeinrichtungen vorgesehen sind, an denen der Ausgang der Zündzeitpunktermittlungseinrichtung anliegt und welche einen Kraftstoff und Luftgemisch in der Brennkammer zünden, wobei die Zündzeitpunktermittlungseinrichtung die Impulse zählt, die durch die Impulserzeugungseinrichtung erzeugt werden und, wenn die Anzahl der gezählten Impulse einen vorbestimmten Wert überschreitet, entschieden wird, daß ein Klopfen aufgetreten ist und der Zündzeitpunkt verzögert wird, d. h. im Sinne einer Spätzündung verstellt wird, wenn die Anzahl der gezählten Impulse den vorbestimmten Wert nicht überschreitet, der Maximal-Zylinderdruckwinkel von der Winkelposition detektiert wird, an dem der Impuls detektiert wurde, die Abweichung des Maximal-Zylinderdruckwinkels von einem Sollwinkel ermittelt wird und ein Zündzeitpunkt zur Aufhebung dieser Abweichung ermittelt wird.

Zusammenfassend gibt die Erfindung eine Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes bei einer Brennkraftmaschine an, die einen Drucksensor aufweist, der in der Nähe jeder Brennkammer angeordnet ist und sowohl den maximalen Zylinderdruckwinkel als auch das Vorhandensein/Fehlen des Klopfens von dem Ausgang des Drucksensors mit Hilfe einer einzigen Schaltung bestimmen kann. Die Schaltung ermittelt ferner die Abweichung des maximalen Zylinderdruckwinkels von einem Sollwert des Maximal-Druckwinkels und in Abhängigkeit von dieser Abweichung wird der Grundzündzeitpunkt gesondert für jeden Zylinder zur Kompensation verstellt. Die Kompensation der Abweichung erfolgt in Inkrementen, deren Größe sich mit der Stärke der Abweichung ändert.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes bei einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung,

Fig. 2(a), (b) und (c) Wellenformdiagramme des Ausgangs der Maximal-Zylinderdruckwinkelsignal/ Klopfsignalerzeugungsschaltung der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4(a) und (b) Wellenformdiagramme zur Erläuterung des Verfahrens zur Klopfdetektion in dem Flußdiagramm nach Fig. 3,

Fig. 4A und 5B Flußdiagramme zur Verdeutlichung von weiteren Beispielen der Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 6A und 6B Flußdiagramme zur Verdeutlichung von weiteren Beispielen der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 7 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung einer Verfahrensweise zur Einstellung des Werteausgangs durch den Druckdetektor,

Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Ausschnitts einer zweiten Ausbildungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 9(a), (b) und (c) Wellenformdiagramme des Ausgangs der Vorrichtung nach Fig. 8

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 10 eine Vierzylinder- Brennkraftmaschine bezeichnet. Piezoelektrische Drucksensoren 12 dienen als Einrichtungen zum Detektieren des Verbrennungszustandes und jeweils eine solche ist für jeden Zylinder vorgesehen, und zwar derart, daß sie in die Brennkammer des Zylinders weist. Die Ausgänge der Drucksensoren gehen durch Leitungs-Spannungswandler oder Hochimpedanzschaltungen (nicht gezeigt) und werden dann einer Steuereinheit (14) zugeleitet, in der sie an Tiefpaßfilter 16 angelegt werden. Die Sperrfrequenz der Tiefoaßfilter 16 ist höher als die Klopffrequenz eingestellt, so daß die Hochfrequenzkomponenten durchgehen, die bei Auftreten des jeweiligen Klopfens verursacht werden. Die den Tiefpaßfiltern 16 folgende Stufe ist ein Multiplexer 18, der von CPU eines Rechners gesteuert wird, wie dies nachstehend noch näher beschrieben wird, um die Ausgänge von den Filtern 16 an die folgende Stufe der Zündreihenfolge des Zylinders weiterzugeben.

Die an den Multiplexer 18 anschließende nächste Stufe der Regeleinheit 14 ist eine Maximal-Zylinderdrucksignal/ Klopfsignalerzeugungsschaltung 10, die von einer Peak-Holding- Schaltung 22, einem Komparator 24 und einem Impulsrückflankendetektor 26 gebildet wird. Der Ausgang des Multiplexers 18 wird zuerst in die Peak-Holding-Schaltung 22 eingegeben, die die Abgabespitze des Multiplexers als Peak hält und einen Ausgang liefert, der in Fig. 2 gezeigt ist. Die Schaltung 22 umfaßt einen ersten Operationsverstärker 22 a, der den Ausgang des Multiplexers 18 an seinem nicht-invertierenden Eingangsanschluß erhält. Der Ausgangsanschluß des ersten Operationsverstärkers 22 a ist über Dioden 22 b und 22 c mit dem nicht- invertierenden Eingangsanschluß eines zweiten Operationsverstärkers 22 d verbunden, der mit einer Spannungsnachlaufeinrichtung verbunden ist und der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 22 d ist über einen Widerstand 22 e mit dem invertierenden Anschluß des ersten Operationsverstärkers 22 a rückgekoppelt. Die negative Rückführungsschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Operationsverstärker umfaßt eine Diode 22 f und einen Widerstand 22 g. Die Verbindungsleitung zwischen der Diode 22 c und dem zweiten Operationsverstärker 22 d ist über einen Widerstand 22 h und einen Kondensator 22 i mit Masse und auch mit dem Kollektoranschluß eines Transistors 22 j verbunden, der von einem CPU (das nachstehend näher erläutert wird) über eine Rücksetzsignalleitung 22 k und einen Widerstand 22 l betrieben wird.

An die Peak-Holding-Schaltung 22 schließt sich der Komparator 24 an, der von einem dritten Operationsverstärker 24 a gebildet wird, der eine Spannungsquelle 24 b hat, die mit seinem Ausgangsanschluß über einen Widerstand 24 c verbunden ist. Der invertierende Anschluß des dritten Operationsverstärkers 24 a erhält den Ausgang der Peak-Holding-Schaltung 22, während der nicht-invertierende Anschluß desselben direkt mit dem Ausgangsanschluß des Multiplexers 18 verbunden ist. Da eine kleine Differenz bei den Eingängen an den invertierenden und nicht-invertierenden Anschlüssen des dritten Operationsverstärkers 24 a vorhanden ist, wenn der Zylinderdruck seinen Maximalwert annimmt, gibt der Komparator 24 ein Impulssignal ab, wenn der Zylinderdruck seinen Spitzenwert erreicht (siehe Fig. 2). Wie sich aus Fig. 2 entnehmen läßt, ist der Maximal-Zylinderdruckwinkelsignal/ Klopfsignalerzeuger 20 derart angeordnet, daß unter normalen Umständen, wenn kein Klopfen auftritt, dieser einzige Impuls zu dem Zeitpunkt erzeugt, wenn der Maximal-Druckwert erreicht wird (Fig. 2(a)). In den Fällen, bei denen ein Klopfen auftritt und eine Hochfrequenzwellenkomponente auf der Wellenform überlagert ist, erzeugt sie ein Signal nicht nur zu diesem Zeitpunkt, sondern auch jedesmal anschließend dann, wenn der Ausgang des Drucksensors (Multiplexers) den gehaltenen Spitzenwertausgang überschreitet (Fig. 2(b)). Da die Klopffrequenz etwa zehnmal höher als die Zylinderdruckfrequenz ist, wird die Ladungskonstante, die durch den Widerstand 22 h und den Kondensator 22 i bestimmt ist, derart eingestellt, daß die Arbeitsgeschwindigkeit auf einen Pegel unterhalb der Klopffrequenz verlangsamt wird, wie dies in Fig. 2(b) gezeigt ist.

Die an den Komparator 24 anschließende Stufe ist der Impulsrückflankendetektor 26. Dieser Detektor 26 wird von einem Widerstand 26 a, den Kondensator 26 b, einem Widerstand 26 c, einem Inverter 26 d und einem NOR-Gate 26 e gebildet, und er arbeitet so, daß die Rückflanke des Komparatorausganges detektiert und ein Impuls mit vorbestimmter Breite ausgegeben wird, der in günstiger Weise bei nachstehend noch näher beschriebenen Verarbeitungsvorgängen genutzt wird (siehe Fig. 2).

Wenn man daher die zwischen einem vorbestimmten Zeitpunkt, wie TDC (oberer Totpunkt) und dem Zeitpunkt verstrichene Zeit mißt, zu dem der Impuls erzeugt wird, so ist es möglich, den Zeitpunkt Tpmax zu bestimmen, zu dem der Zylinderdruck seinen Spitzenwert hat. Der Wert Tpmax kann dann in einen maximalen Zylinderdruckwinkel R pmax umgewandelt werden. Wenn man ferner die Anzahl der erzeugten Impulse zählt, so läßt sich bestimmen, ob das Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Wenn ebenfalls wie in Fig. 2(c) gezeigt ist, der Drucksensor 12 eine Funktionsstörung haben sollte, dann läßt sich dies aus der Tatsache erfassen, daß innerhalb der Zeitmeßperiode kein Impuls erzeugt worden ist.

Die an den Impulsrückflankendetektor 26 anschließende Stufe ist ein Mikroprozessor 30, der einen Eingangs/Ausgangs(I/O)- Anschlußteil 30 a hat, an dem der Ausgang der Schaltung 26 anliegt. Der Mikroprozessor 30 dient als Einrichtung zum Ermitteln des Zündzeitpunktes und er hat zusätzlich zu dem I/O-Anschluß 30 a einen A/D-Wandler 30, ein CPU 30 c, einen ROM (Festspeicher) 30 d und einen RAM (Randomspeicher) 30 e. Der Mikroprozessor 30 weist ferner einen Zähler zum Zählen der Anzahl der von der Schaltung 26 ausgegebenen Impulse, einen Zeitzähler zum Messen der zwischen dem Bezugszeitpunkt und dem Zeitpunkt der Impulserzeugung verstrichenen Zeit, einen Zykluszähler zum Zählen der Anzahl von Zündzyklen für die Klopfregelung und einen Winkelvoreilzähler zum Zählen der Anzahl von Zündungen im Anschluß an die Unterbrechung durch das Klopfen auf. (Keines dieser Teile ist gezeigt). Die vorstehend genannten Zähler können gegebenenfalls im CPU 30 c eingebaut sein.

Ein Kurbelwinkelsensor 32 ist in der Nähe einer Kurbelwelle 34 oder einem anderen Rotationsteil der Brennkraftmaschine 10 angeordnet, um als eine Einrichtung zu dienen, die ein Kurbelwinkelsignal erzeugt. Der Sensor 32 erzeugt ein Zylinderidentifizierungssignal einmal pro vorbestimmter Rotationswinkel der Kurbelwelle, insbesondere alle 720° der Drehung der Kurbelwelle bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine, während der ein Zykus einer Leistungserzeugung beispielsweise in der Reihenfolge erster, dritter, vierter und zweiter Zylinder abgeschlossen ist. Auch erzeugt er TDC-Signale alle 180° der Drehbewegung der Kurbelwelle zu dem Zeitpunkt, wenn die zugeordneten Kolben den oberen Totpunkt erreichen und ferner bei vorbestimmten Winkelintervallen, beispielsweise pro jeweils 30° werden Winkeleinheitssignale als Unterbrüche des TDC-Winkelsignals erzeugt. Wenn man daher die Anzahl der TDC-Signale zählt, die der Erzeugung des Zylinderidentifizierungssignals folgt, so ist es möglich, zu unterscheiden, welcher Zylinder zum Zeitpunkt der Erzeugung des TDC-Signales am oberen Totpunkt (TDC) ist. Ferner kann die Brennkraftmaschinendrehzahl aus den Winkeleinheitssignalen ermittelt werden. Der Ausgang von dem Sensor 32 wird zuerst in einer Wellenformschaltung (nicht gezeigt) geformt und dann über das I/O-Anschlußteil 30 a in CPU 30 c eingegeben. Das vorstehend genannte Zylinderidentifizierungssignal kann gegebenenfalls alternativ auch als ein Signal erhalten werden, das von einem vorbestimmten Amplitudenwert abgeleitet ist, den man vom Drucksensor erhalten hat.

Zum Detektieren des Belastungszustandes der Brennkraftmaschine 10 kann die Brennkraftmaschine ferner mit einem Unterdrucksensor 36 ausgerüstet sein, der stromab einer Drosselklappe 38 angeordnet ist. Dieser Sensor 36 kann zusammen mit dem Kurbelwinkelsensor 32 genutzt werden, um den Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu detektieren und er kann als Ersatz für irgendeinen der Drucksensoren 12 genutzt werden, falls dieser fehlerhaft arbeiten oder ausfallen sollte. Wenn ferner die Nutzung auf die nachstehend näher beschriebene Art und Weise erfolgt, kann der Ausgang des Sensors 36 dazu benutzt werden, einen Grundregelwert für den Zündzeitpunkt zu ermitteln.

Die an die Regeleinheit 14 anschließende Stufe ist eine Zündeinheit, die eine Zündeinrichtung, einen Verteiler und dergleichen aufweist. Der Ausgang der Zündeinheit liegt an den Zündkerzen (nicht gezeigt) an, die das Kraftstoff- und Luftgemisch in der Brennkammer zünden. Bei einem geeigneten Rotationswinkel im Anschluß an die Erzeugung eines Ausganges von dem Kurbelwinkelsensor 32 gibt CPU über die Rücksetzsignalleitung 22 k zum Rücksetzen der Peak-Holding-Schaltung 22 einen Befehl aus und es wird auch ein Gateumschaltungsbefehl an den Multiplexer über eine Signalleitung 18 a ausgegeben.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung wird nachstehend anhand des Flußdiagrammes nach Fig. 3 und der Wellenformdiagramme nach Fig. 2 erläutert.

Im Schritt 50 wird zu Beginn das TDC-Signal erwartet. Wenn dieses kommt, wird der Programmablauf mit dem Schritt 52 fortgesetzt, indem der Zylinder identifiziert wird und dieser dann dadurch spezifiziert wird, daß ihm die Adresse C/A = n gegeben wird. Ferner werden in diesem Schrit der Zeitzähler (TD) und der Impulszähler (PC) gestartet, um die Zeitmessung und die Impulszählung gemäß Fig. 2 einzuleiten. Es ist noch zu erwähnen, daß die Zylinderidentifizierung erfolgt, da es ein wesentliches Merkmal nach der Erfindung ist, daß die Zündverstellung bzw. Zündregelung gesondert für jeden Zylinder vorgenommen wird. Hierbei wird angenommen, daß von einem vorbestimmten Kurbelwinkel BTDC (vor dem oberen Totpunkt) vor diesem der Ausgang des Drucksensors für den betreffenden Zylinder über den Multiplexer 18 erhalten worden ist. Wenn dann in den Schritten 54 bis 58 bestimmt wird, daß nur ein Impuls in einem vorbestimmten Winkel ATDC, beispielsweise innerhalb 30° ATDC, erzeugt wird, so wird der Zeitzähler gestoppt und dann wird in den Schritten 60 und 62 bei der Bestätigung bei 30° ATDC der Impulszähler gestoppt. Die Impulszählung kann einfach dadurch erfolgen, daß die erzeugten Impulse einzeln gezählt werden, oder wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, daß sie gezählt werden, wenn der Impulspegel progressiv bei einer Periode von tk gefiltert wird. Fig. 4(a) und 4(b) zeigen die Fälle, bei denen eine Mehrzahl von Impulsen aufgrund eines Klopfens (Fig. 4(a)) und Geräusches (Fig. 4(b)) jeweils erzeugt werden. Die Zählmethode unter Verwendung des Filterns eliminiert Impulse, die von Geräuschen herkommen und daher wird diese bevorzugt angewandt. Im Hinblick auf die Klopffrequenz und andere Betrachtungshintergründe wird die Periode tk auf beispielsweise 125 Mikrosekunden gesetzt.

Dann werden im Schritt 64 die Inhalte des Zeitzählers und des Impulszählers gecheckt. Wenn, wie in Fig. 2(c) gezeigt ist, die Anzahl der vom Impulszähler gezählten Impulse trotz der Tatsache noch Null ist, daß der Zeitzähler einen Zeitablauf gemessen hat, der sich in adäquater Weise über den Punkt des maximalen Zylinderdrucks hinaus erstreckt hat, so kann entschieden werden, daß der Drucksensor nicht normal arbeitet. Falls dies nicht der Fall ist, so wird im Schritt 66 bestimmt, ob der Impulszählwert einen vorbestimmten Wert überschritten hat oder nicht. Obgleich der vorbestimmte Wert normalerweise auf 1 gesetzt ist, so kann dieser Wert auch auf 2 oder größer gesetzt werden, wenn man berücksichtigt, daß es leicht möglich ist, daß aufgrund von Geräuschen eine Vielzahl von Impulsen selbst bei einer normalen Verbrennung erzeugt werden kann. Wenn der Impulszählwert kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird entschieden, daß kein Klopfen aufgetreten ist und den maximalen Zylinderdruckwinkel R pmax erhält man im Schritt 68. Zur Bestimmung von R pmax reicht es aus, Tpmax, d. h. die Zeit, die erforderlich ist, daß sich die Kurbelwelle von der Bezugsposition zu der Position dreht, an der der Zylinderdruck seinen Maximalwert erreicht, mit dem Zeitwinkelkonversionsfaktor multipliziert, den man durch die Berechnung von ((UPm) × 360°/60 Sekunden erhält. Dann wird im Schritt 70 die Abweichung d R von dem Sollwert des Maximal-Druckwinkels R po ermittelt, der beispielsweise 15° ATDC sein kann und in einem Schritt 72 wird ein Zündzeitpunkt R ig ermittelt, so daß die Abweichung zu Null gemacht wird. Anschließend wird ein Zündbefehl an die Zündeinheit 40 geliefert.

Wenn gefunden wird, daß der Impulszählwert den vorbestimmten Wert im Schritt 66 überschritten hat, bedeutet dies, daß ein Klopfen aufgetreten ist. In diesem Fall wird der Programmablauf mit dem Schritt 74 fortgesetzt, indem ein vorbestimmter Verzögerungswinkel unabhängig von dem Vorhandensein/ Fehlen der Abweichung d R bestimmt wird. Dann wird im Schritt 72 der Zündzeitpunkt R ig auf der Basis des Verzögerungswinkels bestimmt und anschließend wird ein Zündbefehl abgegeben. Auch wenn die Entscheidung im Schritt 64 Ja ist, da dies bedeutet, daß der Drucksensor nicht ordnungsgemäß arbeitet, wird die Zündung um einen vorbestimmten Winkel verzögert, um auf der sicheren Seite zu sein. (Schritte 76, 72).

Da die vorliegende Erfindung es ermöglicht, den Maximal- Druckwinkel und das Vorhandensein/Fehlen des Klopfens unter Verwendung einer einzigen Schaltung 20 zu detektieren, wird die Schaltungsauslegung einfach und billig und ferner erhält man auch den Vorteil, daß man eine hohe Zuverlässigkeit erreicht.

Das Flußdiagramm nach den Fig. 5A und 5B zeigt ein weiteres Beispiel für das Arbeiten der Vorrichtung nach Fig. 1, wobei diese Arbeitsweise im wesentlichen in der Form beschrieben wird, wie sie sich von jener Arbeitsweise nach Fig. 3 unterscheidet.

Nach Beendigung der Schritte 100 bis 116 d. h. nach dem Vergleichen des Impulszählwertes mit einem vorbestimmten Bezugswert wird der Programmablauf mit dem Schritt 118 fortgesetzt, wenn der Impulszählwert kleiner ist und der maximale Zylinderdruckwinkel R pmax wird ermittelt.

Dann werden der Sollwert des Maximal-Druckwinkels R po und der tatsächliche Maximal-Druckwinkel R pmax, der im Schritt 118 ermittelt wurde, verglichen, um die Abweichung d R im Schritt 120 zu erhalten.

Dann wird im Schritt 122 bestimmt, ob die Klopfkompensationsgröße KNR (deren Anfangseinstellung Null ist) Null ist oder nicht, was dadurch festgestellt wird, daß die verbleibende Klopfkompensationsgröße gecheckt wird, die im RAM 30 e gespeichert ist. Wenn der restliche Betrag Null ist, wird der Programmablauf mit dem Schritt 124 fortgesetzt, in dem bestimmt wird, ob die Abweichung d R vor oder nachbezogen auf den Sollwert des Maximal-Druckwinkels R po ist. Anschließend erfolgt die entsprechende Einstellung. Eines der Merkmale dieser Ausbildungsform ist darin zu sehen, daß eine Mehrzahl von Einheitsgrößen (Winkel) der Verstellung (Kompensation) erstellt wird. Das heißt, es wird eine relativ große Einheitsgröße (Winkel) als ein erster vorbestimmter Winkel angegeben und eine relativ kleine Größeneinheit (Winkel) wird als ein zweiter vorbestimmter Winkel angegeben. Der eine oder der andere dieser vorbestimmten Winkel wird dann in Abhängigkeit von der Stärke der Abweichung d R bei der Verarbeitung angewandt.

Insbesondere wenn entschieden wird, daß die Abweichung d R im Schritt 124 (dahinter" liegt, wird der Programmablauf mit dem Schritt 126 fortgesetzt, indem die Abweichung d R mit dem relativ größeren ersten vorbestimmten Winkel verglichen wird und wenn herausgefunden wird, daß dieser größer als der erste vorbestimmte Winkel ist, wird der Programmablauf mit dem Schritt 128 fortgesetzt, indem zur Vorverstellung des Winkels um eine Abweichungskompensationsgröße R pc der erste vorbestimmte Winkel zu der Kompensationsgröße in dem vorangehenden Zyklus (der Anfangssitzzustand ist Null) addiert und das Ergebnis wird als Kompensationsgröße R pc im gegenwärtigen Zyklus verwendet. Wenn es sich ergibt, daß er kleiner ist, wird der Programmablauf mit dem Schritt 130 fortgesetzt, indem die Abweichung d R mit dem zweiten vorbestimmten Winkel verglichen wird und wenn sich herausstellt, daß diese größer als der zweite vorbestimmte Winkel ist, wird der zweite vorbestimmte Winkel zu der Kompensationsgröße im vorangehenden Zyklus addiert und das Ergebnis wird als Kompensationsgröße R pc im gegenwärtigen Zyklus verwendet (Schritt 132). Wenn sich herausstellt, daß diese kleiner als der zweite vorbestimmte Winkel ist, wird die Kompensationsgröße R pc unverändert belassen (Schritt 134). Wenn daher der erste vorbestimmte Winkel auf einen Kurbelwinkel von 3° gesetzt ist und der zweite vorbestimmte Winkel auf einen Winkel von 1° gesetzt ist, so besteht kein spezielles Bedürfnis, die Kompensationsgröße zu ändern, damit die Abweichung kleiner als der zweite vorbestimmte Winkel ist.

Es sollte noch erwähnt werden, daß in diesem Flußdiagramm die Addition zu einer Vorverstellung des Zündzeitpunktes und die Subtraktion zu einer Verstellung im Sinne einer Spätzündung führt.

Wenn im Schritt 124 entschieden wird, daß die Abweichung d R "vorwärts" liegt, wird der Programmablauf mit dem Schritt 136 fortgesetzt, indem die Abweichung d R mit dem ersten vorbestimmten Winkel verglichen wird und wenn es sich herausstellt, daß diese größer als der erste vorbestimmte Winkel ist, wird der Programmablauf mit dem Schritt 138 fortgesetzt, indem der erste vorbestimmte Winkel von der Kompensationsgröße R pc in dem vorangehenden Zyklus subtrahiert wird, um eine verzögernde Kompensations durchzuführen. Wenn diese Abweichung kleiner ist, wird der Programmablauf in dem Schritt 140 fortgesetzt, indem die Abweichung d R mit dem zweiten vorbestimmten Winkel verglichen wird und wenn sich herausstellt, daß diese größer als der erste vorbestimmte Winkel ist, wird der Programmablauf mit dem Schritt 142 fortgesetzt, indem der zweite vorbestimmte Winkel von der Kompensationsgröße R pc im vorangehenden Zyklus subtrahiert wird, um eine retardierende Kompensation durchzuführen. Wenn es sich zeigt, daß die Abweichung größer als der zweite vorbestimmte Winkel ist, dann wird der Programmablauf mit dem Schritt 134 fortgesetzt, indem aus denselben wie vorstehend erläuterten Gründen keine Änderung bei der Kompensationsgröße vorgenommen wird. Obgleich nur erste und zweite vorbestimmte Winkel als Winkeleinheiten für die Kompensation bei dieser Ausbildungsform vorgegeben werden, können natürlich selbstverständlich zusätzliche Winkeleinheiten vorgegeben werden, um eine feinfühligere gradmäßige Änderung zwischen den aufeinanderfolgenden Kompensationsgrößen erfassen zu können.

Wenn im Schritt 116 ein Klopfen detektiert wird, wird der Programmablauf mit dem Schritt 144 fortgesetzt, indem ein dritter vorbestimmter Winkel von entsprechender Größe sofort von der Klopfkompensationsgröße KNR (die zu Beginn auf Null gesetzt ist) subtrahiert wird. In den Schritten 146 und 148 wird dann anschließend die Verzögerung des Zündzeitwinkels fortgesetzt, bis die Größe der retardierenden Kompensation einen vierten vorbestimmten Winkel (der größer als der dritte Kompensationswinkel eingenommen wird) erreicht ist und die Abweichungskompensationsgröße R pc wird wiederum für die Kompensation des laufenden Zündzeitpunkts verwendet (Schritt 150). Wenn im Schritt 122 die verbleibende Klopfkompensationsgröße KNR nicht Null ist, wird zuerst bestimmt, wenn eine vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist oder eine vorbestimmte Anzahl von Zündungen im Anschluß an das Ende des Klopfens vorgenommen wurden und der Zündzeitpunkt wird dann progressiv in Richtung der Voreilung in Inkrementen des dritten vorbestimmten Winkels zurückgeführt (Schritte 152 und 154). Wenn die Abweichung d R "vorwärts" bezüglich des Sollwerts des Maximal-Druckwinkels liegt, und wenn daher keine Notwendigkeit besteht, den Zündzeitpunkt im Sinne der Frühzündung zurückzuführen, so wird die Kompensationsgröße R pc um die Größe des ersten vorbestimmten Winkels verzögert (Schritte 156 und 138). Wenn sie "dahinter" oder "später" liegt, wird die Kompensationsgröße R pc unverändert gelassen (Schritt 150). Dann kann eine Messung der Zeit (Anzahl der Zündungen) folgend auf das Ende des Klopfens unter Verwendung des Zykluszählers und des Voreilwinkelzählers im Rechner 30 vorgenommen werden.

Im Schritt 158 wird dann der Wert, den man durch Addieren der Kompensationsgröße R pc und der Klopfkompensationsgröße KNR erhält, als Rückführungskompensationsgröße R f definiert, (zu Beginn auf Null gesetzt). Wenn die Größe KNR eine negative Größe darstellt, führt die "Addition" im wesentlichen zu einer Subtraktion, d. h. es kommt zu einer Verzögerung des Zündzeitwinkels. Wenn ein Ausfallen des Sensors im Schritt 114 ermittelt wird, wird ein entsprechend gesetzter fünfter vorbestimmter Winkel für die Retardierung des Zündzeitpunktes als Rückführungskompensationsgröße R f eingesetzt (Schritt 160).

Im nächsten Schritt 162 wird zur Verwendung der so erhaltenen Rückführungskompensationsgröße R f als Kompensationswert in dem noch folgenden Zyklus desselben Zylinders (Zylinderadresse C/A = n) die Größe R f im RAM 30 e gespeichert (oder sie wird dazu verwendet, daß sie irgendeine bereits im RAM 30 e gespeicherte Größe ersetzt). Da somit alle Kompensationsgrößen, die man bei den vorangehenden Programmabläufen erhält, einschließlich der Klopfkompensationsgröße sich nur bei der Regelung des betreffenden Zylinders Berücksichtigung finden, ist es möglich, eine gesonderte Regelung für jeden Zylinder nach Maßgabe des jeweiligen Verbrennungszustands desselben durchzuführen.

Dann wird im Schritt 164 die Kompensationsgröße R f für den nächsten Zylinder zur Zündung (Zylinderadresse C/A = n + 1), der im RAM 30 e während des vorangehenden Zyklus dieses Zylinders gespeichert war, gelesen und es wird ein Zündbefehl für diesen Zylinder ausgegeben (Schritt 166). Der Befehl zu diesem Zeitpunkt spezifiziert den Zündzeitpunkt R ig als Grundzündzeitpunkt R b + Rückführungskompensationsgröße R f.

Wenn man auf diese Weise die Kompensationsgröße variabel macht, wird es möglich, den tatsächlichen Maximal-Druckwinkel konvergierend gleichförmig in Richtung des Sollwerts des Maximal-Druckwinkels heranzuführen und die Konvergenz erfolgt so schnell wie möglich, ohne daß das Fahrverhalten infolge von abrupten Zündzeitpunktsänderungen schlechter wird.

Im Hinblich auf den Grundzündzeitpunkt R b, der in Verbindung mit dem Schritt 166 erwähnt ist, ist noch anzugeben, daß dieser nur bezüglich des Zylinderdrucks gesetzt wird und in diesem Fall wird der Relativ-Sollwert des Spitzendruckwinkels R po gesetzt. Alternativ kann der Grundwert R b von entsprechend der Brennkraftmaschinendrehzahl und den Belastungszustand aufgelisteten Werten abgeleitet werden, und kann beispielsweise aus den Ausgängen des Kurbelwinkelsensors 32 und des Belastungssensors 36 bestimmt werden. Obgleich im letztgenannten Falle der Grundzündzeitpunkt basierend auf der Brennkraftmaschinendrehzahl Upm und der Belastung gesetzt wird und in tabellenartig abgelegten Werten in ROM 30 d gespeichert wird, wird dieses in vorteilhafter Weise so in die Wirklichkeit umgesetzt, da die Auslegung derart getroffen ist, daß im Anschluß an die Zündung die Abweichung des tatsächlichen Maximal-Zylinderdruckwinkels von dem Sollwert des Maximal-Druckwinkels detektiert wird und dann zur Kompensation der aufgelistete Wert der Einleitung der darauffolgenden Zündung verwendet wird. Da der Sollwert des Maximal-Druckwertes durch wiederholtes Durchlaufen dieser Regelung in aufeinanderfolgenden Zyklen angenähert wird, braucht nur eine kleine Anzahl von Werten im ROM 30 d abgelegt zu werden, was bedeutet, daß das Speichervermögen dieses Speichers nicht groß zu sein braucht.

Das Flußdiagramm nach den Fig. 7A und 6B zeigt ein weiteres Beispiel einer Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung, die hauptsächlich in dem Zusammenhang erläutert wird, wie sie sich von jeder Arbeitsweise unterscheidet, die anhand des Flußdiagramms der Fig. 5A und 5B erläutert worden ist. Nach dem Erhalt von d R aus den Schritten 200 und 220 wird, wenn im Schritt 220 gefunden wird, daß keine verbleibende Klopfkompensationsgröße KNR vorhanden ist, anschließend im Schritt 224 bestimmt, ob die Abweichung d R "dahinter" oder "davor" liegt. Wenn sie "dahinter" liegt, wird der Zündzeitpunktswinkel im Sinne einer Frühzündung durch die Addition des Produktes verstellt, das man durch Division der Abweichung d R durch N (Schritt 226) erhält. Wenn sie "davor" liegt, wird der Zündwinkel durch die Subtraktion derselben Größe verzögert (Schritt 228). Wenn diese Abweichung weder "dahinter" noch "davor" liegt, wird die Kompensationsgröße unverändert gelassen (Schritt 230). N ist hierbei eine Variable, deren Wert von der Größe der Abweichung d R abhängig ist und in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform des Flußdiagrammes nach Fig. 5 ist die Kompensationsgröße groß, wenn die Abweichung groß ist und sie ist klein, wenn die Abweichung klein ist. Die Variable N kann beispielsweise in folgender Weise gesetzt werden:

Die restlichen Schritte bei diesem Arbeitsablauf sind dann die gleichen wie bei dem Flußdiagramm nach Fig. 5.

Wie in dem Diagramm in Fig. 7 gezeigt ist, wird die Detektierung durch die Drucksensoren in Wirklichkeit etwas verzögert. Das heißt bei der Detektierung von TDC tritt eine Zeit- oder Winkelverzögerung (R T oder TTD) auf, während bei der Detektierung der Maximaldruckstellung eine Zeit- oder Winkelverzögerung (R SD oder TSD) auftritt. Daher muß der tatsächliche Maximal-Druckwinkel R maxACT durch folgende Rechnung abgeleitet werden:

R pmaxACT = R TD + (R pmax - R SD).

Fig. 8 ist ein Ausschnitt einer weiteren Ausbildungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, wobei die restlichen Teile mit jenen der Vorrichtung nach Fig. 1 übereinstimmen. Bei dieser Ausführungsform ist die Peak-Holding-Schaltung 22 des Maximal-Zylinderdruckwinkelsignals/Klopfsignalerzeugers 20 in Fig. 1 durch eine Differenzierschaltung 22′ ersetzt, wobei die abgabeseitigen Wellenformen desselben in Fig. 9 gezeigt sind. Die Differentationsschaltung erhält den Ausgang des Multiplexers 18 und wie in Fig. 9 gezeigt ist, geht ihr Ausgang zu dem Zeitpunkt durch Null, wenn die Wellenform von dem Multiplexer die Position des Maximal-Zylinderdrucks erreicht und an dem Teil derselben, der der Klopffrequenz überlagert ist. Dieser Ausgang wird über den Komparator 420 dem Impulsrückflankendetektor 26 zugeleitet, der einen Impuls mit vorbestimmter Breite ausgibt. Ansonsten stimmt die Vorrichtung bei dieser Ausbildungsform mit jener überein, die in Fig. 1 gezeigt ist. Die Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt und erläutert. Selbstverständlich ist jedoch die Erfindung hierauf nicht beschränkt und es können Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang zu verlassen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes in einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch:

• a. eine Verbrennungszustandsdetektiereinrichtung (12), die in der Nähe jeder Brennkammer einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, um den Verbrennungszustand in der Brennkammer zu detektieren,
• b. eine Impulserzeugungseinrichtung (20), an der der Ausgang der Detektiereinrichtung (12) als Eingang anliegt und die Impulse ausgibt, wenn der Druck in der Brennkammer maximal wird und wenn ein Klopfen auftritt,
• c. eine Kurbelwinkeldetektiereinrichtung (32), die in der Nähe eines Drehteils der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist, um die Winkelposition einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (10) zu detektieren,
• d. eine Zündzeitpunktermittlungseinrichtung (30), der die Ausgänge der Impulserzeugungseinrichtung (20) und der Kurbelwellendetektiereinrichtung (32) zugeleitet werden und welche den Zündzeitpunkt (R ig) der Brennkraftmaschine (10) ermittelt, und
• e. Zündeinrichtungen (40), denen der Ausgang der Zündzeitpunktermittlungseinrichtung (30) zugeführt wird und welche ein Kraftstoff- und Luftgemisch in der Brennkammer zünden,

wobei die Zeitpunktermittlungseinrichtung (30) die Impulse (10), die von der Impulserzeugungseinrichtung (20) erzeugt werden und wenn die Anzahl der gezählten Impulse einen vorbestimmten Wert überschreitet, entscheidet, daß ein Klopfen aufgetreten ist und den Zündzeitpunkt (R ig) verzögert und wenn die Anzahl der gezählten Impulse den vorbestimmten Wert nicht überschreitet, den Maximal-Zylinderdruckwinkel (R pmax) von der Winkelposition (R) detektiert, bei der der Impuls detektiert wurde, die Abweichung (d R) des Maximal-Zylinderdruckwinkels (R pmax) von einem Sollwinkel (R po) ermittelt und einen Zündzeitpunkt (R ig) zur Aufhebung der Abweichung (d R) ermittelt.

2. Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes bei einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung (d R) in Inkrementen eliminiert wird, deren Größe sich ändern kann.

3. Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes bei einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Inkrement groß ist, wenn die Abweichung (d R) groß ist und daß es klein ist, wenn die Abweichung (d R) klein ist.

4. Vorrichtung zum Regeln des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt (R ig) gesondert für jeden Zylinder ermittelt wird.