DE3018555A1

DE3018555A1 - Zuendzeitpunkteinstellvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3018555A1
Application number: DE19803018555
Authority: DE
Inventors: Toshio Iwata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1979-05-14
Filing date: 1980-05-14
Publication date: 1980-11-20
Anticipated expiration: 2000-05-15
Also published as: JPS5945833B2; GB2051231B; FR2456853A1; JPS55151171A; FR2456853B1; GB2051231A; US4440129A; DE3018555C2

Description

Henkel, Kern, Feiler £r Hänze! Patentanwälte

f) Registered Representatives

**· before the

European Patent Office

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Möhlstraße 37

Tokio, Japan D-8000München80

Tel.: 089/982085-87

Telex: 0529802 h η kl d Telegramme: ellipsoid

14. Mai 1980 FAM-4747

Zündzeitpunkteinstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Zündzeitpunkteinstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine.

Die ZündZeitpunktsteuerung bei einer Brennkraftmaschine erfolgt in der Weise, daß die Maschinenleistung je nach ihrer Betriebsart im optimalen Bereich gehalten wird. Im allgemeinen ist es wünschenswert, eine derartige Zündzeitpunkteinstellung vorzusehen, daß die betreffende Brennkraftmaschine möglichst mit der für das günstigste Drehmoment geringsten Vorzündung in einem Bereich arbeitet, in welchem noch kein Klopfen in der Maschine auftritt. Die bisherigen Zündzeitpunkteinstellvorrichtungen für Brennkraftmaschinen waren jedoch meist vom mechanischen Typ, und ihre Vorzündwinkel-Eigenschaften waren im Hinblick auf Toleranzen in den Abmessungen und sekundäre Änderungen der Bauteilen instabil. Aus diesem Grund wurde bisher zur Verhinderung eines Klopfens die Zündung

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tatsächlich in Richtung auf Spätzündung gegenüber einem Zündzeitpunkt zurückverlegt, bei dem der vorteilhafteste Vorzündwinkel erreicht ist. Durch diese Maßnahme wird jedoch die Leistung der Maschine herabgesetzt. Aber auch bei Verwendung von Zündzeitpunkteinstellvorrichtungen, die nicht mit Maßtoleranzen und sekundären Änderungen behaftet sind, wird das in der Maschine auftretende Klopfen durch Ansauglufttemperatur und -feuchtigkeit sowie durch das Luft/Kraftstoffverhältnis usw. beeinflußt. Selbst wenn dabei der Zündzeitpunkt zur Verhinderung eines Klopfens im einen Betriebszustand eingestellt wird, besteht die Gefahr dafür, daß ein Klopfen in einem anderen Betriebszustand auftritt.

Durch Feststellung eines Klopfzustand und Einstellung des ZündZeitpunkts in Richtung auf Spätzündung beim Auftreten von Klopfen kann somit die Zündung so eingestellt werden, daß ein Klopfzustand kaum jemals auftritt, auch wenn Fehler in der Zündwinkelverstell-Charakteristik aufgrund von Toleranzen bei der mechanischen Vorrichtung und von Unterschieden zwischen den Betriebsarten im Spiel sind. Ein Klopfzustand läßt sich nach einem beliebigen Verfahren zur Messung des im Brennraum der Maschine herrschenden Drucks, der Beschleunigung von Maschinenschwingung, des Maschinen-Betriebsgeräusches und dgl. messen. Bei einem Kraftfahrzeug ist die Messung der Schwingungszunahme oder -beschleunigung der Maschine im Hinblick auf die Einbaulage eines Beschleunigungsmessers, die Signalverarbeitung usw. am zweckmäßigsten. Da die Messung der Beschleunigung auf" ein Klopfsignal und gleichzeitig auf Schwingungs-Geräuschsigna-Ie anspricht, muß von den Schwingungs-Geräuschsignalen das Klopfsignal zur Messung herangezogen werden.

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Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer verbesserten Zündzeitpunkteinstellvorrichtung (ignition timing control system) für eine Brennkraftmaschine zur Bestimmung des optimalen ZundZeitpunkts durch Messung eines Klopfsignals vom Ausgang eines Beschleunigungs-Meßfühlers zur Messung der Beschleunigung der Schwingung der Brennkraftmaschine unter Ausschaltung verschiedener, mit dem Klopfsignal interferierender Stör(signal)komponenten und zur Einstellung des ZündZeitpunkts in Abhängigkeit vom gemessenen Klopfsignal.

Diese Aufgabe wird bei einer Zündzeitpunkteinstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine erfindungsgemäß gelöst durch einen Beschleunigungs-Meßfühler zur Messung einer Beschleunigung einer Schwingung der Brennkraftmaschine, durch eine Diskriminiereinrichtung zur Beseitigung von Störsignalkomponenten aus einem Ausgangssignal des Beschleunigungs-Meßfühlers und zum selektiven Abgreifen einer KlopfSignalkomponente, wobei die Diskriminiereinrichtung mindestens eine Analogtorschaltung zur Unterbrechung und Steuerung des Durchlassens des Ausgangssignals des Beschleunigungs-Meßfühlers und/oder einen Toröffnungsregler zur Bestimmung des Schaltzeitpunkts der Analogtorschaltung aufweist, durch einen Bezugszündzeitpunktgenerator zur Erzeugung eines Bezugszündzeitpunktsignals, durch einen auf ein Ausgangssignal der Diskriminiereinrichtung ansprechenden Phasenschieber zur Verschiebung der Phase des Bezugszündzeitpunktsignals und durch eine Schalt(er)einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses zu einer Zündspule in Synchronismus mit einem Ausgangssignal des Phasenschiebers.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Zündzeitpunkteinstellvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig..2 eine graphische Darstellung des Frequenzgangs eines Beschleunigungs-Meßfühlers bei der Vorrichtung nach i Pig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung von Wellenformen an verschiedenen Stellen der Vorrichtung nach Fig. 1 in der Betriebsart, in welcher in der Brennkraftmaschine kein Klopfzustand vorliegt,

Fig. 4 eine Fig. 3 ähnelnde Darstellung des Betriebszustands, in welchem die Brennkraftmaschine unter Klopfbedingungen arbeitet, und

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines wesentlichen Teils einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Zündzeitpunkteinstellvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt einen an der nicht dargestellten Brennkraftmaschine montierten Beschleunigungs-Meßfühler 10 zur Messung der Beschleunigung der Maschinenschwingung, ein mit dem Meßfühler 10 verbundenes Frequenzfilter 12, welches die Frequenzkomponenten eines Ausgangssignals des Meßfühlers 10 durchläßt, die eine hohe Empfindlichkeit für das Maschinenklopfen oder -klingeln besitzen, eine mit dem Frequenzfilter verbundene Analogtorschaltung 14 zur Ausschaltung verschiedener, die Klopfmessung störender Stör(signal)komponenten des Ausgangssignals des Frequenzfilters und einen mit der Analogtorschaltung 14 verbundenen Toröffnungsregler (gate timing controller)

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16 zur Erzeugung von Takt- oder Zeitsteuersignalen für das Durchschalten der Analogtorschaltung 1 4 bei der Entstehung der verschiedenen interferierenden Störkomponenten.

Der Ausgang der Analogtorschaltung 14 ist sowohl mit einem Störpegeldetektor 18 als auch mit einem Komparator 20 verbunden, an den auch der Ausgang des Detektors 18 angeschlossen ist, der seinerseits den Pegel von Störsignalen aufgrund mechanischer Schwingung der Maschine mißt. Der Komparator 20 vergleicht eine Ausgangsspannung der Analogtorschaltung 14 mit derjenigen des Detektors 18 zur Erzeugung von Klopfmeßimpulsen.

Ein Integrator 22 integriert die Klopfmeßimpulse vom Komparator 20 zur Erzeugung einer von der Intensität des festgestellten Klopfzustands abhängenden integrierten Spannung. Ein an den Integrator 22 angeschlossener Phasenschieber 24 vermag die Phase eines Zündsignals als Bezugssignal in Abhängigkeit von der integrierten Spannung des Integrators 22 zu verschieben. Der Phasenschieber 24 ist außerdem am Ausgang an den Toröffnungsregler 16 angeschlossen.

Gemäß Fig. 1 ist ein Signalgenerator 26 an eine dem Phasenschieber 24 nachgeschaltete'Wellenformschaltung 28 angeschlossen. Der Signalgenerator 26 erzeugt ein Zündsignal entsprechend einer vorbestimmten Vorzündwinkel-Charakteristik. Die Wellenformschaltung 28 bewirkt eine Formung der Wellenform des Zündsignals vom Signalgenerator 26 und steuert gleichzeitig einen Schließoder Ruhewinkel (dwell angle), über welchen ein Strom durch eine Zündspule 32 fließt. Ein Schalterkreis 30 ist am Eingang mit dem

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Phasenschieber 24 und am Ausgang mit der Zündspule 32 verbunden, um die Stromzufuhr 32 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Phasenschiebers 24 intermittierend durchzuführen.

Das Ausgangssignal des Beschleunigungs-Meßfühlers 12 besitzt in einem klopffreien Zustand den Frequenzgang gemäß der gestrichelten Kurve A in Fig. 2 und unter Klopfbedingungen denjenigen entsprechend der ausgezogenen Kurve B (Fig. 2). Unter Klopfbedingungen enthält das Ausgangssignal des Meßfühlers 12 ein Klopfsignal, verschiedene, die Signalübertragungswege durchlaufende elektrische Störsignalkomponenten, z.B. ZündstÖrung, usw. Ein Vergleich der beiden Kurven A und B (Fig. 2) zeigt, daß das Klopfsignal einen speziellen Frequenzgang besitzt. Nach dem Durchgang des Ausgangssignals des Meßfühlers durch das Frequenzfilter 12 bleibt das Klopfsignal in seiner Amplitude praktisch unverändert, während die Störkomponenten, die andere Frequenzeigenschaften besitzen als das Klopfsignal, unterdrückt werden können. Hieraus ergibt sich eine gute Selektivität des Klopfsignals gegenüber den Störkomponenten.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 1 anhand der Fig. 3 und 4 erläutert. Fig. 3 veranschaulicht dabei die an verschiedenen Stellen der Vorrichtung nach Fig. 1 auftretenden Wellenformen für den Fall, daß die Brennkraftmaschine nicht klopft oder klingelt. Fig. 4 veranschaulicht dagegen die entsprechenden Wellenformen unter Klopfbedingungen der Maschine.

Bei laufender Maschine erzeugt der Dreh-Signalgenerator 26 ein Zündsignal entsprechend bzw. nach Maßgabe der vorbestimmten Zündzeitpunkt-Charakteristik. Die Wellenformschaltung 28 formt die Wellenform des Zündsignals zu einem Schaltimpuls

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mit einem gewünschten Ruhewinkel, d.h. Schließwinkel·. Dieser Schaltimpuls steuert den Schalterkreis 30 über den Phasenschieber 24 an, um einen Strom zur Zündspule 32 fließen zu lassen. Bei Unterbrechung dieses Stromflusses bewirkt eine in der Zündspule 32 induzierte Spannung eine Zündung in der Maschine. Im Betrieb erzeugt die Maschine Schwingungen, die durch den Beschleunigungs-Meßfühler 10 gemessen werden.

Im klopffreien Betriebszustand der Maschine werden deren Schwingungen nicht durch Klopfen verursacht? das Ausgangssignal des Meßfühlers 10 enthält dabei mechanische Störsignale und Zündungsstörsignale, welche zu jedem Zündzeitpunkt F, wie durch die Wellenform a in Fig. 3 veranschaulicht, die Signalübertragungsstrecken durchlaufen. Beim Durchgang dieses Ausgangssignals durch das Frequenzfilter 12 werden die auf mechanischen Störsignalen beruhenden Signalkomponenten erheblich unterdrückt, wie dies durch die Wellenform b in Fig. 3 veranschaulicht ist. Die Signalkomponenten der Zündstörungen sind jedoch groß, so daß sie auch nach dem Durchgang durch das Frequenzfilter 12 mit hohen Pegeln auftreten können. Wenn diese Signalkomponenten unverändert belassen werden, können die Zündstörungen fälschlich als Klopfsignale angesehen werden.

Zur Vermeidung einer solchen Fehlmessung wird durch ein Ausgangssignal (Wellenform c in Fig. 3) von dem durch das Äusgangssignal des Phasenschiebers 24 getriggerten Toröffnungsregler die Analogschaltung 14 geschlossen und für einige Zeit, beginnend mit dem Zündzeitpunkt, im Schließzustand gehalten. Hierdurch werden die Zündstörungen unterdrückt, so daß am Ausgang der Analogtorschaltung 14, wie durch die Wellenform d, A in Fig. 3 angedeutet, nur mechanische Störkomponenten niedri-

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gen Pegels verbleiben. Andererseits spricht der Störpegeldetektor 18 auf eine Änderung des Spitzenwerts des Ausgangssignals von der Analogtorschaltung 14 unter Erzeugung einer Gleichspannung (vgl. Wellenform d, B in Fig. 3) an, deren Größe die Spitzengröße der mechanischen Störkomponenten etwas übersteigt. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Detektor 18 eine Ansprechempfindlichkeit besitzt, die ihn befähigt, auf eine vergleichsweise langsame Änderung der Spitzengröße üblicher mechanischer Störkomponenten anzusprechen. Wie durch die Wellenformen d, A und d, B angedeutet, ist das Ausgangs-Signal des Störpegeldetektors 18 größer als der mittlere Spitzen- bzw. Scheitelwert des Ausgangssignals der Analogtorschaltung 14, und der Komparator 20 vergleicht diese beiden Signale unter Lieferung eines Null-Ausgangssignals (e in Fig 3) Infolgedessen werden Störsignale vollständig unterdrückt bzw. beseitigt.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß das Frequenzfilter 12 eine Diskriminiereinrichtung mit der Analogtorschaltung 1 4 und dem Toröffnungsregler 16 bildet.

Unter diesen Bedingungen bleibt die Ausgangsspannung des Integrators 22 auf Null (f in Fig. 3), und die Phasenwinkelverschiebung durch den Phasenschieber 24 wird zu Null. Infolgedessen wird der durch die Zündspule 32 fließende Strom in Phase mit dem Bezugszündsignal von der Wellenformschaltung 28 (vgl. Wellenform g in Fig. 3) durchgelassen und gesperrt, wie dies bei h in Fig. 3 angedeutet ist. Der Zündzeitpunkt bleibt mithin unverändert.

Beim Eintreten eines Klopfzustands enthält das Ausgangssignal des Beschleunigungs-Meßfühlers 10 neben den genannten Stör-

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komponenten (Wellenform a in Pig. 3) ein Klopfsignal (Wellenform a in Fig. 4), das mit einer gewissen Zeitverzögerung relativ zu jedem Zündzeitpunkt F auftritt. Beim Durchgang durch das Frequenzfilter 12 wird das Klopfsignal kaum gedämpft, während die Störsignale, wie bei b in Fig. 4 angedeutet, erheblich unterdrückt werden. Diese Wellenform b tritt nach dem Schließen der Änalogtorschaltung 14 auf beschriebene Weise durch, diese hindurch, wobei sie die Wellenform A (d " ι Fig. 4) ändert, die den unterdrückten mechanischen Störsignalen überlagerte starke Klopfsignale enthält. Da diese Klopfsignale beim Austritt aus der Analogtorschaltung 14 einen scharfen Anstieg zeigen, eilt der vom Störpegeldetektor 18 gelieferte Gleichspannungspegel· (vgl·. WeMenform B in Fig. 4 (d)) bezügiich des Ansprechens den Kiopfsignaien'nach.

Infolgedessen erscheinen am Ausgang des Komparators 20 die durch die WeMenform e in Fig. 4 dargeste^ten Impulse. Der Integrator 22 integriert sodann diese Impulse zu einer integrierten Spannung (vgl·. Wellenform f in Fig. 4).

Der Phasenschieber 24 spricht auf die integrierte Spannung unter Verschiebung der Phase des Signals von der Wellenformscha^ung 28 (vgl·. We^enform g in Fig. 4) in Richtung auf Spätzündung (to the retard side) an. Demzufoige eiit die Phase des Ausgangssignais vom Phasenschieber 24 hinter derjenigen des Bezugszündsignais von der We^enformscha^ung 28 nach. Dieses Ausgangssignal· steuert, wie durch die We^enform h in Fig. 4 angegeben, den Schaiterkreis 30 an. Foig^ch wird der Zündzeitpunkt zurückveriegt (in Richtung "Spät"), wodurch der Kiopfzustand beendet wird.

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Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß die erfindungsgemäße Steuer- oder Einstellvorrichtung eine Regelschleif ensteuerung für die Brennkraftmaschine, eine Feststellung eines Klopfzustande der Maschine und deren Zündzeitpunkteinstellung in dieser Reihenfolge durchführt. Bei dieser Einstellvorrichtung wird ein Regelpunkt auf einen ausgewogenen Spätzündwinkelpunkt (retard angle point) einer Lade- und Entladespannung vom Integrator 22 nach Maßgabe der vom Komparator 20 in Abhängigkeit vom Klopfzustand abgegebenen Ausgangsimpulse eingestellt (settled). Da dieser Regelpunkt eine Grenze für das Auftreten von Klopfen bestimmt, ergibt er einen Höchstreistungspunkt innerhalb eines Bereichs, in welchem ein Klopfen kaum auftritt; die Zündzeitpunkte werden damit unter Gewährleistung eines guten Leistungsgrads der Brennkraftmaschine eingestellt.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 wird das Bezugszündsignal an den Toröffnungsregler 16 angelegt, um dadurch die Analogtorschaltung 14, beginnend mit jedem Zündzeitpunkt, während einer bestimmten Zeitspanne zu schließen. Gemäß Fig. 5 kann jedoch der an die Analogtorschaltung 14 angeschlossene Toröffnungsregler 16 mit einer externen Eingangsklemme 16a versehen sein. Bei dieser Abwandlung kann die Analogtorschaltung 14 durch Anlegung eines externen Signals an die Eingangsklemme 16a für eine vorbestimmte Zeitspanne geschlossen werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt also einen Beschleunigungs-Meßfühler zur Messung der Schwingungen einer Brennkraftmaschine sowie eine Diskriminiereinrichtung zur Beseitigung von durch die Maschinenschwingung bedingten Störkomponen-

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ten im Ausgangssignal des Meßfühlers und zur selektiven Bestimmung von KlopfSignalen. Auf diese Weise kann der Zündzeitpunkt bei Erhaltung einer guten Maschinenleistung unter weitgehender Vermeidung eines Klopfens gesteuert oder eingestellt werden, indem der Zündzeitpunkt zur Ausschaltung eines Klopfzustands mittels eines Ausgangssignals der Diskriminiereinrichtung zurückverlegt wird. Die Diskriminiereinrichtung enthält zumindest die Analogtorschaltung zur Unterdrückung verschiedener Interferenz- oder Störsignale bei der Klopfzustandsmessung, mit dem Ergebnis, daß ein Klopfen zuverlässig festgestellt werden kann und eine optimale Einstellung des Zündzeitpunkts möglich wird.

Obgleich die Erfindung vorstehend nur in einigen bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise kann beim Anlassen der Maschine, wenn das Ausgangssignal des Beschleunigungs-Meßfühlers nicht stabil ist, die Analogtorschaltung durch ein Ausgangssignal von einem Anlaßschalter oder einer Rotationsdetektorschaltung geschlossen werden. Im letzteren Fall kann die Zündung der Maschine zu den einzelnen Bezugszündzeitpunkten erfolgen. Beim Auftreten von synchron mit dem Drehwinkel der Maschine erscheinenden mechanischen StörSignalen (noise) kann die Analogtorschaltung in einem bestimmten Bereich dieser Drehwinkel durch einen Drehwinkeldetektor ebenfalls geschlossen werden, so daß das Auftreten von Störsignalen vermieden wird.

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Claims

Henkel, Kern,Feiler€r Hänzel Patentanwälte

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before the

European Patent Office

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-· ' __ Tel.: 089/982085-87

Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid

14. Mai 1980 . : FAM-4747

Zündzeitpunkteinstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Patentanspruch

Q zündzeitpunkteinstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen Beschleunigungs-Meßfühler (10) zur Messung einer Beschleunigung einer Schwingung der Brennkraftmaschine, durch eine Diskriminiereinrichtung 0 2, 14 usw.) zur Beseitigung von StörSignalkomponenten aus einem Ausgangssignal des Beschleunigungs-Meßfühlers (10) und zum selektiven Abgreifen einer KlopfSignalkomponente, wobei die Diskriminiereinrichtung mindestens eine Analogtorschaltung (14) zur Unterbrechung und Steuerung des Durchlassens des Ausgangssignals des Beschleünigungs-Meßfühlers und/oder einen Toröffnungsregler (16) zur Bestimmung des Schaltzeitpunkts der Analogtorschaltung aufweist, durch einen Bezugszündzeitpunktgenerator (26) zur Erzeugung eines Bezugszündzeitpunktsignals, durch einen auf ein Ausgangssignal der Diskriminiereinrichtung ansprechenden Phasenschieber (24) zur Verschiebung der Phase des Bezugszündzeitpunktsignals und durch eine Schalt(er)einrichtung (30) zur Unterbrechung des Stromflusses zu einer Zündspule (32) in Synchronismus mit einem Ausgangssignäl des Phasenschiebers (24).

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