DE3014681C2

DE3014681C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Zündzeitpunkts beim Anlassen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3014681C2
Application number: DE3014681A
Authority: DE
Inventors: Kenji Yokosuka Ikeura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-04-19
Filing date: 1980-04-16
Publication date: 1990-04-19
Anticipated expiration: 2000-04-17
Also published as: DE3014681A1; GB2049040A; US4416234A; GB2049040B; FR2454535A1; JPS55139970A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Zündzeitpunkts beim Anlassen einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zunächst sollen der Stand der Technik und die mit diesem verbundenen Probleme erläutert werden. Ein Steuersystem für den Zündzeilpunkt einer Brennkraftmaschine stellt den Zündzeitpunkt auf einen Punkt vor dem oberen Totpunkt ein, beispielsweise auf 12° vor dem oberen Totpunkt bei 600 1 /min so daß die Verbrennung im optimalen Augenblick zur Erzielung einer maximalen Ausgangsleistung erfolgt, da eine Zündverzögerung zwischen der Abgabe des Zündfunkens und der Verbrennung des Brennstoffs in dem Zylinder der Maschine eintritt. Wenn die Maschinendrehzahl zunimmt und die Zündung stets bei dem gleichen Kurbelwinkel erfolgt, so wird infolge der erhöhten Kolbengeschwindigkeit der maximale Verbrennungsdruck erst zu spät erreicht und es ergibt sich bei höheren Drehzahlen keine ausreichende Ausgangsleistung der Maschine. Aus diesem Grund ist der Zündverteiler herkömmlicher Zündsysteme mit einer mechanischen Zentrifugal-Steuereinrichtung verbunden, die den Zündzeitpunkt mit der Drehzahl vorrückt.

F i g. 1 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels der Charakteristik einer herkömmlichen

Zündzeitpunkts-Verstellung.

Die Abszisse entspricht der Maschinendrehzahl und die Ordinate bezieht sich auf die Zündzeitpunkts-Vorverstellung. Mit Ni ist eine Drehzahl bezeichnetüber der die Vorverstellung zunimmt und N2 bezeichnet eine Drehzahl, über der die Vorverstellung ihren maximalen Wert erreicht hat /V3 ist eine LeerlaufdrehzahL Die durchgezogene Linie bezieht sich auf die Vorverstellung bei der üblichen Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine, und die gestrichelte Linie betrifft die entsprechende Charakteristik bei niedriger Betriebstemperatur. Bei diesem Steuerverfahren wird also je nach dem, ob die Maschinentemperatur oberhalb oder unterhalb eines bestimmten Wertes liegt, zwischen zwei getrennten Charakteristika umgeschaltet

Die Zündverzögerung wird durch den Ansauguinterdruck der Brennkraftmaschine beeinflußt Wenn der Ansaugunterdruck der Brennkraftmaschine groß ist d. h„ wenn die Drosselklappe nur geringfügig geöffnet ist ist die Menge des in einen Zylinder eingeleiteten Luft-Brennstoff-Gemisches gering, und der Druck in dem Zylinder ist auch am Ende des Kompressionsvorganges gering, so daß sich eine Verringerung der Flammenausbreitung und damit eine verringerte Leistung ergibt. Als Gegenmaßnahme hierzu ist es üblich, einen Verteiler mit einer Einrichtung zur Zündzeitpunkts-Vorverstellung zu verwenden, die durch den Unterdruck gesteuert wird.

F i g. 2 zeigt ein Diagramm eines Beispiels einer Charakteristik einer derartigen Zündzeitpunkts-Steuerung. Die Abzisse bezieht sich auf den Ansaug-Unterdruck und die Ordinate auf die Zündzeitpunkts-Vorverstellung.

Bei diesen herkömmlichen Zündzeitpunkts-Steuersystemen wird die anfängliche Einstellung des Zündzeitpunkts durch mechanische Einstellung der Position bestimmt und die Vorverstellung ist mit der Maschinendrehzahl und der Last veränderlich, so daß der Zündzeitpunkt beim Anlassen der Maschine notwendigerweise derselbe ist wie beim Leerlauf der Maschine. Die Maschinentemperatur wird allenfalls in sehr grober Weise durch Auswahl zwischen zwei verschiedenen Steuercharakteristika berücksichtigt

Aus der DE-OS 27 42 863 ist ein elektronisches Steuersystem bekannt, das bei laufender Brennkraftmaschine eine optimale Anpassung der Zündzeitpunkts-Vorverstellung an die jeweiligen Motorbetriebsbedingungen einschließlich der Maschinentemperatur gestattet. Beim Anlassen der Brennkraftmaschine wird dagegen die Zündzeitpunkts-Vorverstellung auf einem vorgegebenen Wert gehalten. Der Anlaß-Vorgang wird daran erkannt, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine kleiner als die normale Leerlaufdrehzahl ist.

In der DE-OS 26 23 910 wird ein Steuersystem beschrieben, bei dem die Zündzeitpunkts-Vorverstellung auf einen bestimmten Wert festgelegt wird, wenn die Maschinentemperatur unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.

Ferner wird in der DE-OS 23 57 701 eine Zündzeitpunkts-Steuerung beschrieben, bei der ähnlich wie bei dem eingangs erwähnten Systemen hinsichtlich der Maschinentemperatur nur zwischen zwei Temperaturbereichen unterschieden wird.

Eine Vorrichtung zur Steuerung der Zündzeitpunkts-j

M Vorverstcllung ist aus der DE-OS 27 23 471 bekannt Diese bekannte Vorrichtung ist aus digitalen Bausteinen!

aufgebaut und umfaßt einen Festwertspeicher zur Spei-!

cherung von Programmdaten zur Durchführung de

Steuerung.

Diese herkömmlichen Steuerverfahren und -vorrichtungen haben den Nachteil, daß die Betriebsbedingungen beim Anlassen der Brennkraftmaschine nur unzureichend berücksichtigt werden könnea Insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen kommt es daher zu Schwierigkeiten beim Anlassen des Motors.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Stanverhalten einer Brennkraftmaschine mit Funkenzündung selbst beim Anlassen unter niedrigen Außentemperaturen zu verbessern-

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs und des Vorrichtungsanspruchs 3. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Unteranspruch 2 angegeben.

Erfindungsgemäß wird beim Anlassen der Brennkraftmaschine die Maschinentemperatur abgetastet, und die Zündzeitpunkts-Vorverstellung wird anhand von in einem Festwertspeicher gespeicherten Werten in Abhängigkeit von der abgetasteten Temperatur eingestellt Die Charakteristik der Zündzeitpunkts-Vorverstellung während des Anlaßvorgangs ist von der Charakteristik während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine verschieden, so daß den besonderen Bedingungen des Anlaßvorgangs Rechnung getragen werden kann.

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

F i g. 1 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung der Maschinendrehzahl zu dem Zündzeitpunkt bei einer herkömmlichen Vorrichtung;

F i g. 2 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Ansaugunterdruck und dem Zündzeitpunkt bei einem ebenfalls herkömmlichen System;

F i g. 3 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Erfindung und zeigt die Beziehung zwischen der Kühlwassertemperatur und dem Zündzeitpunkt;

F i g. 4 ist ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung einer Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 5 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäß verwendeten Rechners bei der Bestimmung des Zündzeitpunkts;

F i g. 6 ist ein Blockdiagramm zu einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 3 veranschaulicht in einem Diagramm die Charakteristik oder die Kennlinie der Beziehung zwischen der Maschinentemperatur und der Zündzeitpunkts-Vorverstellung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und zwar insbesondere für den Bereich niedriger Temperaturen. Im Falle der F i g. 3 wird die Temperatur der Kühlwassers als repräsentativ für diejenige der Maschine angesehen. Da ein zeitlicher Abstand zwischen der Abgabe eines Zündfunkens und der Erzielung des maximalen Druckes als Ergebnis der Verbrennung des Luft-Brennstoff-Gemisches in dem Zylinder besteht, wird die Zündzeitpunkts-Vorverstellung unter Berücksichtigung der Zündverzögerung in der Art bestimmt, daß der maximale Druck in dem Augenblick eintritt, in dem der Umwandlur.gskoeffizient von Wärmeenergie in mechanische Energie am größten ist.

Während des Anlassens der Maschine ist es bei niedriger Maschinentemp^ratur notwendig, eine relativ große Vorverstellung zu wählen, da sich eine beträchtliche Verzögerung der Ve'brennung bei niedrigen Temperaturen ergibt. Wenn daher optimale Werte für die Zündzeitpunkts-Vorverste^lung beim Anlassen der Maschine entsprechend verschiedenen Maschinentemperaturen vorgegeben werden, kann das Stanverhalten verbessert werden. Innerhalb eines Bereiches, in dem das Startverhalten ungünstig ist und die Maschine nur mit Schwierigkeitcn angelassen werden kann, und zwar bei niedrigen Temperaturen oder insbesondere Temperaturen unter 0°C und schlechtem Batteriezustand sowie einer ungünstigen Brennstoffzerstäubung kann eine wesentliche Verbesserung des Startverhaltens erreicht werden, ίο indem der Zündzeitpunkt entsprechend den einzelnen Temperaturwerten vorverstellt wird. Wenn beispielsweise bei der Kennlinie der F i g. 3 die Kühlmitteltemperatur —30⁰C beträgt, liegt der optimale Zündzeitpunkt bei 25° vor dem oberen Totpunkt, während bei einer Kühlmitteltemperatur von — 5°C der optimale Wert bei 20° vor dem oberen Totpunkt liegt Bei einer Kühlmitteltemperatur von 20⁰C beträgt der optimale Zündwinkel 16°. Wenn dagegen der Zündzeitpunkt auf 25° bei einer Temperatur von —5° C vorgerückt wird, schreitet die Verbrennung fort, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, so daß die Maschine rückwärts läuft oder stehenbleibt und bei einem Zündwinkel von 20° und einer Temperatur von -3O⁰C erfolgt die Verbrennung mit großer Verzögerung, so daß kein ausreichendes Drehmoment erzielt wird und das Anlassen der Maschine schwiei ig ist. In jedem dieser Fälle ist daher das Anlaßverhalten schlecht. Es reicht daher nicht aus, nur zwei Zündzeitpunktswerte festzulegen, sondern diese Zündzeitpunktswerte müssen bei Temperaturen genauer den jeweiligen Temperaturen angepaßt werden.

Beim Anlassen der Maschine bei hohen Maschinentemperaturen oder unmittelbar nach einer schnellen Fahrt ist die Verbrennungsverzögerung oft erheblich, so daß es wünschenswert sein kann, den Zündzeitpunkt weit vorzustellen. In diesem Falle hängt der optimale Wert der Zündvorverstellung mehr von dem Zustand des Brennstoffs als von der Kühlwassertemperatur ab, so daß nicht der gleiche Effekt von der die Kühlmitteltemperatur bei niedrigen Temperaturen erfassenden Steuerung erwartet werden kann.

F i g. 4 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform der Erfindung, bei der die Zündvorverstellung unter Verwendung eines Mikroprozessors festgelegt wird. Mit 1 ist ein Zündschalter bezeichnet, der ein Signal Si entsprechend seiner geschlossenen oder offenen Stellung liefert, die anzeigt, ob die Maschine angelassen wird oder nicht. Ein Temperatursensor 2 liefert ein Signal S₂. das sich entsprechend der Kühlmitteltemperatur ändert. Ein Basiswinkel-Sensor 3 liefert so Inipulssignale Sj bei jedem Basiswinkel, beispielsweise 120° der Kurbelwellendrehung. Ein Sensor 4 liefert Signale bei Winkeleinheiten der Kurbelwellcndrehung, beispielsweise bei jeweils Γ. Die Signale Si bis S« werden durch einen zentralen Rechner 6 über eine Eingangs-Ausgangs-Steuereinheit S eingelesen, die aus Halbleitern aufgebaut ist. Der Rechner 6 umfaßt einen Auslesespeicher (ROM), einen Speicher mit direktem Zugriff (RAM) und eine zentrale Prozessor-Einheit Der Rechner 6 ermittelt die Anlaßvorgänge der Maschine und die Kühlmitteltemperatur aufgrund der eingelesenen Signale Si und S₂ und bestimmt die optimale Zündvorverstellung durch Berechnung oder aufgrund gespeicherter Werte. Die entsprechenden Zündzeitpunktswerte werden an denjenigen Bereich der Steuereinheit b5 5 abgegeben, der die Zündzeitpunktssteuerung bewirkt. Die Steuereinheit 5 liefert an eine Ausgangsklemme 7 die Zündzeitpunktswerte aufgrund der Winkelstellungssignale Sj und Sa und steuert auf diese Weise die Ar-

beitsweise eines Transistors 8, der einen elektrischen Strom einschaltet oder unterbricht, der durch eine Zündspule 9 einer Zündschaltung hindurchläuft. Mit 10 ist ein Verteiler, mit 11 eine Zündkerze und mit 12 eine Batterie als Stromquelle bezeichnet.

Hinsichtlich der Art der Bestimmung der Zündzeitpunktswerte innerhalb des zentralen Rechners 6 ist es vorteilhaft, die jeweiligen Werte anhand von tabellarisch gespeicherten Werten entsprechend verschiedenen Ausgangssignalen 52 des Temperatursensors 2 abzugreifen. Wenn jedoch die Programmkapazität des Speichers begrenzt ist, können die Werte auch unter Verwendung einer mathematischen Formel, die das Ausgangssignal 52 des Temperatursensors 2 einschließt, errechnet werden.

Zur Abtastung der Temperatur der Maschine ist ein Temperatursensor geeignet, der die Kühlmitteltemperatur ermittelt, wie es weitgehend üblich ist. Wenn jedoch vor allem das Startverhalten im Mittelpunkt stehen soll, können auch ein öltemperatursensor, ein Temperaturfühler für den Motorblock oder den Zylinderkopf oder dgl. verwendet werden, die in enger Beziehung zu dem Startverhalten bei niedrigen Temperaturen stehen. Im übrigen können Außentemperaturfühler und Brennstofftemperaturfühler verwendet werden, obgleich sie nicht die Maschinentemperatur abtasten. Wenn zwei oder mehr unterschiedliche Temperaturfühler verwendet werden, erhöht sich die Genauigkeit der Steuerung.

Fig.5 zeigt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des zentralen Rechners 6 von der Bestimmung des Zündzeitpunktwertes bis zu dessen Abgabe. Wenn das Programm beginnt, wird in Stufe 1 entschieden, ob sich die Maschine im Zustand des Anlassens befindet oder nicht Zu diesem Zweck wird abgetastet, ob der Zündschalter ein- oder ausgeschaltet ist. Wenn die Maschine nicht angelassen wird, geht das Programm zur Stufe Pz über, in der die optimale Zündvorverstellung entsprechend der Drehzahl und der Last der Maschine bestimmt wird, und dieser Wert wird über Stufe Pi abgegeber.. Wenn dagegen in Stufe P\ entschieden wird, daß die Maschine angelassen wird, geht das Programm zu Stufe P* über, in der die optimale Zündvorverstellung entsprechend der Kühlmitteltemperatur aufgrund gespeicherter Werte oder durch Berechnung ermittelt wird. Der gefundene Wert wird über die Stufe Pz abgegeben.

F i g. 6 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Analogschaltung verwendet wird. Mit 20 ist eine Einrichtung zur Vorverstellung des Zündzeitpunkts beim Anlassen und mit 30 eine entsprechende Einrichtung für Normalbetrieb bezeichnet. Bezugsziffer 40 bezeichnet eine Umschaltvorrichtung und Bezugsziffer 50 eine Zündeinrichtung. Die Einrichtung 20 liefert durch Berechnung ein Zündzeitpunktssignal entsprechend der Kühlmitteltemperatur, die durch einen Temperatursensor 21 abgetastet wird. Die andere Einrichtung 30 liefert durch Berechnung ein Zündzeitpunktssignal entsprechend der durch einen Lastsensor 32 abgetasteten Last. Die Umschalteinrichtung 40 verbindet einen Ausgang der Einrichtung 20 mit der Zündeinrichtung 50, wenn ein Zündschalter 41 geschlossen ist, d. h. beim Anlassen der Maschine, und verbindet den Ausgang der normalen Einstelleinrichtung 30 mit der Zündeinrichtung 50.

Wie oben ausgeführt wurde, kann die Erfindung sowohl mit einem digitalen als auch mit einem analogen System verwirklicht werden. Wenn ein digitales System unter Einschaltung eines Mikroprozessors verwendet wird, ergibt sich der Vorteil, daß ein gutes Startverhalten erreicht wird, ohne daß sich wesentliche Mehrkosten ergeben, da es möglich ist, die optimale Zündvorverstellung entsprechend den einzelnen Temperaturwerten vorzugeben, ohne daß eine exakte Annäherung an die optimalen Werte in kontinuierlicher Linie notwendig ist, und da jedes Eingangssignal zugleich für eine elektronische Brennstoffeinspritzung oder eine Steuerung einer Abgasrückführung verwendet werden kann. Erfindungsgemäß ist es möglich, ein optimales Startverhalten entsprechend der Erwärmung der Maschine zu erreichen, da die Zündvorverstellung entsprechend der Maschinentemperatur beim Anlassen der Maschine bestimmt wird.

Bei der Erprobung der Erfindung in der Praxis hat der s·- Erfinder als zentralen Rechner das Modell Nr. HD 46 802 der Firma Hitachi und als Steuereinheit das Modell H D 46 506 der Firma Hitachi verwendet, die in Kombination eingesetzt werden können.

Der Zündschalter 1 ist ein üblicher Zündschalter und kann zwei Kontakte aufweisen, die beim Betrieb des Anlassers geschlossen sind. Der Basiswinkel-Sensor und der Winkeleinheits-Sensor sind herkömmliche Elemente, die die Form einer Abtasteinheit 24 gemäß der US-PS 40 15 565 haben oder als Drehzahl-Spannungs-Wandler 10 gemäß der US-PS 38 53 103 ausgebildet sein können.
Eine Möglichkeit der Ermittlung der Maschinendrehzahl aufgrund des Signals des Winkeleinheits-Sensors ist in der US-PS 38 53 103 beschrieben. In dem Zusammenhang wird weiterhin auf die US-PS 39 69 614 und die US-PS 40 09 699 Bezug genommen. Weiterhin ist für die Erprobung der Erfindung ein unterbrecherloses Zündsystem mit einer Zündspule und mit einem Leistungstransistor verwendet worden.

Zur Bestimmung des Augenblicks der Zündung auf der Grundlage eines Binärsignals des Basiswinkel-Sensors und des Winkeleinheits-Sensors kann auf die US-PS 38 53 103 und die US-PS 40 15 565 Bezug genommen werden.

Bei einer Viertaktmaschine mit vier Zylindern muß jeweils ein Zündimpuls bei einer Drehung der Kurbelwelle von 180° abgegeben werden. In diesem Falle wird der Basiswinkel daher auf 180° Kurbelwellendrehung ausgelegt.

Bei einer Viertaktmaschine mit sechs Zylindern beträgt der Basiswinkel entsprechend 120°.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung des Zündzeitpunkts beim Anlassen einer Brennkraftmaschine, bei der der Vorgang des Anlassens von einem Rechner abgetastet wird und während des Anlassens eine Zünd Zeitpunkts-Vorverstellung mit gesonderter Charakteristik verwendet wird, wobei der Anlaßvorgang anhand der Stellung eines Startschalters der Brennkraftmaschine ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine vom Rechner erfaßt wird, daß in einem Festwertspeicher ein der ermittelten Betriebstemperatur entsprechender Wert der Zündzeitpunkts-Vorverstellung ausgelesen und die Vorverstellung des ZUndzeitpur.kts während des Anlaßvorganges auf diesen Wert eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der während des Anlaßvorganges eingestellte Wert der Zündzeitpunkts-Vorverstellung in der Weise von der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine abhängt, daß die Zündzeitpunkts-Vorverstellung mit zunehmender Maschinentemperatur abnimmt, wenn die Maschinentemperatur unterhalb eines ersten vorgegebenen Wertes liegt, im wesentlichen konstant bleibt, wenn die Maschinentemperatur zwischen dem ersten vorgegebenen Wert und einem höheren zweiten vorgegebenen Wert liegt, und mit steigender Maschinentemperatur zunimmt, wenn die Maschinentemperatur über dem zweiten vorgegeben Wert liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner zur Ermittlung der gesonderten Charakterstik einen Nur-Lesespeicher (ROM) umfaßt, in dem die Werte der Zündzeitpunkts-Vorverstellung in Abhängigkeit von der Motortemperatur gespeichert sind.