DE3014679A1

DE3014679A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung des zuendzeitpunkts beim anlassen einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3014679A1
Application number: DE19803014679
Authority: DE
Inventors: Kenji 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: 1980-10-23
Also published as: FR2454532A1; JPS5949429B2; FR2454532B1; US4378770A; JPS55137359A; GB2049042A; GB2049042B; DE3014679C2

Description

TER MEER - MULUER . STEINMEISTER

Nissan G006-80

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung, des Zündzeitpunkts einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und des ersten Vorrichtungsanspruchs.

Im einzelnen befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung des Zündzeitpunkts einer mit Funkenzündung betriebenen Brennkraftmaschine, und insbesondere mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung des Zündzeitpunkts während des Anlassens oder Hochlaufens einer Maschine.

Anschließend soll auf den Stand der Technik eingegangen und die nach wie vor bestehenden Probleme sollen erläutert werden. Die Einrichtung zur Steuerung des Zündzeitpunkts einer herkömmlichen Brennkraftmaschine bewirkt eine Einstellung des Zeitpunkts der Funkenbildung in gewissem Umfange vor dem oberen Totpunkt (beispielsweise bei 12° vor dem oberen Totpunkt bei 600 1/min.), so daß die Verbrennung im optimalen Augenblick zur Erzielung einer maximalen Leistung stattfindet, da sich eine Zündverzögerung zwischen der Abgabe eines Funken und der Entzündung des Brennstoffs in dem Zylinder der Maschine ergibt. Die Zündverzögerung ist in zeitlicher Hinsicht bei zunehmender Maschinendrehzahl im wesentlichen unverändert, nimmt jedoch im Hinblick auf den Kurbelwinkel mit zunehmender Drehzahl zu, da die Kolbengeschwindigkeit mit der Kurbelwellendrehzahl ansteigt.

Daher wird beispielsweise eine mechanische, auf der Grundlage der Zentrifugalkraft arbeitende Verstelleinrichtung zum Vorverstellen des Zündzeitpunkts mit einem Zündverteiler verbunden, so daß der Zündzeitpunkt mit zunehmender Drehzahl vorgerückt wird. Bei einem Zündzeitpunkt in einer Kurbelwellenstellung, die für langsame Drehzahlen geeignet wäre, würde sich bei höheren Drehzahlen keine ausreichende Leistung ergeben,

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Fig. 1 und 2 sind Diagramme zur Veranschaulichung der Charakteristika der Zündzeitpunkts-VerStelleinrichtungen. Die Abszisse gibt die Maschinendrehzahl wieder, und die Ordinate entspricht der Vorverstellung des Zündzeitpunkts. Mit N₁ ist eine Drehzahl bezeichnet, bei der das Vorstellen des Zündzeitpunkts beginnt, und N- bezieht sich auf eine Drehzahl, bei der die maximale Vorverstellung erreicht ist. Gemäß Fig. 1 bestehen die charakteristischen Merkmale der Vorverstellung darin, daß diese linear mit der Drehzahl zwischen den Werten N₁ und N₂ zunimmt. Im Falle der Fig. bestehen die charakteristischen Merkmale darin, daß der Anstieg zwischen den Werten N₁ und N- bei dem Wert N^ geändert wird. In beiden Fällen ist der Zündzeitpunkt bei niedrigen Drehzahlen unterhalb von N₁ und bei hohen Drehzahlen oberhalb von N₂ konstant und unabhängig von Änderungen der Drehzahl. Mit N. ist die Leerlaufdrehzahl bezeichnet. Aus Fig. 1 und 2 geht hervor, daß bei herkömmlichen Einrichtungen der Zündzeitpunkt konstant bleibt, wenn die Maschine angelassen wird, so daß ein Problem darin besteht, daß bei niedriger Anlaßdrehzahl die Verbrennung, die sich durch den Zündfunken ergibt, ein Drehmoment erzeugt, das die Kurbelwelle nicht in Vorwärtsrichtung, sondern in Rückwärtsrichtung dreht, so daß das Anlassen erschwert wird, wenn die Außentemperatur niedrig und die Batteriespannung schwach ist.

Die Erfindung ist auf die Verbesserung des Anlaßverhaltens einer Brennkraftmaschine mit Funkenzündung, insbesondere bei niedrigen Anlaßdrehzahlen gerichtet. 30

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs und des ersten Vorrichtungsanspruchs .

Die Erfindung geht davon aus, daß bei niedriger Anlaßdrehzahl die Vorverstellung des Zündzeitpunkts zurückgenommen werden muß.

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Erfindüngsgemäß wird der Anlaßvorgang als solcher abgetastet, und zugleich wird die Anlaßdrehzahl der Kurbelwelle erfaßt, und wenn ein Anlaßvorgang vorliegt und zugleich die Drehzahl unter einem vorgegebenen Drehzahlwert liegt, wird der Zündzeitpunkt entsprechend dem Abfall der Anlaßdrehzahl zurückgenommen.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

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

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung

einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig* 4 ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise eines Digital-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 Maschinendrehzahl 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

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S₁ liefert, wenn die Maschine angelassen wird oder nicht. Mit 2 ist ein Basiswinkel-Sensor bezeichnet, der Basiswinkel-Impulse Sj jeweils bei einem bestimmten Winkel, beispielsweise bei 120° der Kurbelwelle liefert. Ein weiterer Sensor 3 liefert Impulse 3 bei bestimmten Winkeleinheiten, beispielsweise jeweils 1 Grad Kurbelwellendrehung. Die Kurbelwellendrehzahl ergibt sich auf der Grundlage des Impulssignals S₃ des Sensors 3. Diese Signale S₁ bis S- und im Bedarfsfall weitere Signale, die etwa dem Ansaugvakuum der Maschine oder der Brennstoffeinspritzung entsprechen, werden über eine Eingangs-Ausgangs-Steuereinheit 4 in der Form einer Halbleiterschaltung durch einen zentralen Rechner 5 eingelesen, der einen Auslesespeicher (ROM), einen Speicher mit direktem Zugriff (RAM) und eine zentrale Rechnereinheit (CPU) umfaßt. Aus den Signalen S₁ bis S- 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 Steuereinheit 4 liefert an einer Ausgangsklemme 6 ein Signal, das eine Information trägt, die bewirkt, daß der Zündstrom in Abhängigkeit von den Signalen S₂ und S- 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. Aufgrund 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

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Arbeitsweise des zentralen Rechners 5 von der Bestimmung der Ztindzeitpunkts-Vorverstellung bis zu einer entsprechenden Signalabgabe, Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, bei dem dieselbe 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 Programm beginnt, wird ein Zündzeitpunkts-Grundwert entsprechend der Maschinendrehzahl, Last und anderer Faktoren in dem Schritt P₁ festgelegt. In der Stufe P₂ 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» und der Zündzeitpunkts-Grundwert der Stufe P₁ übertragen wird. Wenn der Zündschalter 1 geschlossen ist und somit die Maschine angelassen wird, läuft das Programm von der Stufe P₂ zu einer Stufe P₄, in der ermittelt wird, ob die Maschinendrehzahl N höher als ein vorgegebener Wert ISL oder niedriger als dieser Wert ist. Wenn N > HL ist, geht das Programm von P. zu P₃ über, so daß der ermittelte Zündzeitpunkts-Grundwert gemäß Stufe P₁ als Ausgangssignal abgegeben wird. Wenn N - N_L gemäß der Entscheidung der Stufe P- ist, geht das Programm zu Stufe P, über, in der der Zündzeitpunkts-Grundwert mit einem Koeffizienten multipliziert wird, der proportional zu der Maschinendrehzahl N ist, und das Ergebnis gelangt an die Stufe P₃. Daher wird die Vorverstellung gering gehalten, wenn N/N,. - 1 ist.

Gemäß dem Flußdiagramm der Fig. 5 wird in der Stufe P₂ entschieden, ob der Zündschalter 1 geschlossen oder offen ist. Wenn der Zündschalter 1 geschlossen ist und damit die Maschine angelassen wird, springt das Programm zu P-io' während bei offenem Zündschalter 1 das Programm zu P₁₁ übergeht. In der Stufe P₁₁ wird der Wert der Vorverstellung für Normalbetrieb auf der Grundlage der Maschinendrehzahl und Last ermittelt, und das Ergebnis wird über die Stufe

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P₃ als Signal abgegeben. In der Stufe P₁₂ wird der Zündzeitpunkt für den Anlaßvorgang ermittelt und sodann an die Stufe P₄ weitergegeben. Das Programm im Anschluß an die Stufe P^ 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 P₅ über, in der der Normalwert der Zündzeitpunkts-Vorverstellung gemäß Stufe P₁₂ mit N/N multipliziert und dieses Ergebnis über die Stufe P- 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 Korrekturfaktor die zeitliche Verzögerung von der Funkenabgabe zu der Verbrennung berücksichtigt werden, so daß zu einem optimalen Augenblick nach dem oberen Totpunkt der Verbrennungsdruck den maximalen Wert erreicht und in möglichst wirksamer Weise thermische Energie in Drehmoment umgesetzt wird. Insoweit sollte der mittlere Zündzeitpunktswert in der Form einer Vorstellzeit und nicht eines Kurbelwinkels angegeben werden.

Da beim normalen Betrieb die Maschinendrehzahl relativ stabil ist, kann davon ausgegangen werden, daß der Vorstellwinkel gleich der Vorstellzeit ist. Da sich Teile der Maschine 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 insbesondere nicht beim Kaltstart, wenn die Drehzahl der Maschine außerordentlich niedrig ist. Wenn beispielsweise ein Vorstellwinkel von 18° optimal für eine Maschinendrehzahl von 120 l/min,, ist, so entspricht dieser Vorstellwinkel einer Zeit von 25 msec, vor dem oberen Totpunkt. Dieser Vorstellwinkel von 18° entspricht 50 msec, bei einer Maschinendrehzahl von nur 60 1/min. , so daß die Zündung zu früh

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erfolgt und der maximale Verbrennungsdruck vor dem oberen Totpunkt erreicht wird. Dadurch ergibt sich eine Rückwärtsdrehung 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_T die Vorstellzeit in bezug auf den oberen Totpunkt konstant gehalten, indem erfingungsgemäß der optimale Vorstellwert für die Dre ^ahl Nj. mit dem Koeffizienten N/N_L multipliziert ^ird. Dadurch ergibt sich die wirksamste Umsetzung des Verbrennungsdruckes in Drehmoment und damit ein optimales Anspringen der Maschine.

Der Grund, weshalb eine derartige Korrektur des Vorstellwertes nicht notwendig ist, wenn N > Nj^ ist, besteht darin, daß bei einer relativ hohen Anlaßdrehzahl N die anderen Randbedingungen, wie etwa Funkenenergie und Brennstoffzerstäubung günstig sind und die Tendenz haben, die Zündverzögerung zu verringern, so daß eine Korrektur des Zündzeitpunkts nicht notwendig ist. Ein weiterer Grund ist darin zu sehen, daß das Anspringen der Maschine nicht beeinflußt wird, wenn die Zündzeitpunkts-Vorverstellung nicht genau eingestellt ist, sofern die Anlaßdrehzahl ausreichend hoch ist, und sofern eine genaue Zeitpunktseinstellung erfolgt, ergibt sich eine Reaktion, wie etwa ein Klopfen nach Beendigung der Verbrennung. Der erwähnte vorgegebene Wert

N sollte im Bereich von 60 bis 200 1/min. liegen. L

Fig. 6 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung der Maschinendrehzahl zu dem Zündzeitpunkt. N_L bezeichnet wiederum den vorgegebenen Wert, und N₁/N₂ und N₄ sind Drehzahlen mit ähnlicher Bedeutung wie die entsprechenden Werte in Fig. 1.

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Bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels wurde angegeben, daß der aus Halbleitern bestehende Mikrocomputer zur Multiplikation des normalen Vorstellwertes mit N/N verwendet wird, jedoch ist die Erfindung auf diese Ausführungsform nicht beschränkt und die Zündzeitpunkts-Charakteristik 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 Zentrifugal-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_T die Zündvorverstellung gering gehalten wird, wird eine Rückwärtsdrehung der Maschine auch dann verhindert, wenn die Anlaßdrehzahl niedrig ist, so daß eine wirksame Umwandlung des Verbrennungsdrucks in Drehmoment erfolgt und die Maschine leicht anspringt. 25

Bei der praktischen Erprobung der Erfindung ist als zentraler Rechner ein Modell Nr. HD 46802 der Firma Hitachi verwendet worden. Das Modell HD 46506 der Firma Hitachi diente als Eingangs-Ausgangs-Steuereinheit, die mit dem Rechner zusammengeschaltet werden konnte.

Der Zündschalter 1 kann in herkömmlicher Weise ausgebildet sein und zwei Kontakte umfassen, die geschlossen sind, während der Anlasser in Betrieb ist, 35

Der Basiswinkel-Sensor und der Winkeleinheiten-Sensor können herkömmliche Teile sein und die Form einer Abtastein-

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heit 24 aufweisen, die in der US-PS 4 015 565 beschrieben ist. Es kann sich auch um einen Drehzahl-Spannungs-Wandler 10 gemäß der US-PS 3 853 103 handeln.

Die Ermittlung der Maschinendrehzahl aus den Signalen des Winkeleinheits-Sensors ist herkömmlich und wird in der US-PS 3 853 103 beschrieben. In diesem Zusammenhang wird weiterhin auf die US-PS 3 969 614 und die US-PS 4 009 699 bezug genommen.
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Bei der Erprobung der Erfindung ist weiterhin ein unterbrecherloses Zündsystem mit einer Zündspule und einem Leistungstransistor 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 3 853 103 sowie der US-PS 4 015 565 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 Zündimpuls jeweils nach 120° abgegeben werden. Dementsprechend muß ein Basiswinkel-Impuls jeweils nach einer Drehung von 120° geliefert werden.

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Claims

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PRIORITÄT: 16, April 1979, Japan, No. 54-45323

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Steuerung des Zündzeitpunkts bei einer Brennkraftmaschine mit Funkenzündung, dadurch gekennzeichnet, daß Anlaßvorgänge der Maschine abgetastet werden, daß die Maschinendrehzahl abgetastet wird, und daß der Wert der Zündzeitpunkts-Vorverstellung verringert wird, wenn die Maschine angelassen wird und zugleich die Maschinendrehzahl unter einem vorgegebenen Wert liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

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zeichnet , daß eine vorgegebene, für den vorgegebenen Drehzahlwert geeignete Vorverstellung mit dem Quotienten der tatsächlichen Drehzahl und der vorgegebenen Drehzahl (N/N-) multipliziert und das Ergebnis zur Steuerung der Vorverstellung verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverstellung durch digitale Rechenvorgänge mit Hilfe eines Mikroprozessors ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeiwunet, daß der vorgegebene Wert der Zündzeitpunkts-Vorverstellung einer Drehzahl von 60-200 U/min, entspricht, und daß bei einer geringeren Anlaßdrehzahl die Zündzeitpunkts-Vorverstellung derart verringert wird, daß der Zeitraum zwischen der Funkenabgabe und dem oberen Totpunkt konstant ist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Sensor (1) zur Abtastung eines Anlaßvorganges der Maschine, einen Sensor (2,3) zur Abtastung der Anlaßdrehzahl der Maschine, und eine Korrektureinrichtung (4,5) zur Verringerung der Zündzeitpunkts-Vorverstellung bei einem Abfall der Anlaßdrehzahl während eines Anlaßvorganges unter einen vorgegebenen Wert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Korrektureinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie eine dem vorgegebenen Drehzahlwert (ISL ) entsprechende Vorverstellung mit dem Quotienten aus der tatsächlichen Drehzahl und der vorgegebenen Drehzahl (N/KL) multipliziert und das Ergebnis als Ausgangswert zur Steuerung des Zündzeitpunkts bei der tatsächlichen Drehzahl (N) liefert.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung ein Mikroprozessor ist, der digitale Rechenvorgänge zur Bestimmung der Vorverstellung durchführt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert der Vorverstellung auf einen vorgegebenen Drehzahlwert (N ) von 60-200 1/min. bezogen ist, und daß die Korrektureinrichtung die Vorverstellung verringert, wenn die Anlaßdrehzahl (N) niedriger als der vorgegebene Drehzahlwert liegt, und zwar derart, daß der Zeitraum zwischen der Abgabe eines Funken im oberen Totpunkt für alle Drehzahlen konstant ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlaß-Sensor den Zündschalter (1) einschließt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Drehzahl-Sensor einen Basiswinkel-Sensor (2) zur Lieferung von Basiswinkel-Impulsen (S2) bei Erreichen jeweils eines Basiswinkels durch die Kurbelwellendrehung und einen Winkeleinheits-Sensor (3) zur Lieferung von Einheitsimpulsen (S-.) nach jeweils einer Winkeleinheit der Kurbelwellendrehung umfaßt.

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