Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Adaption der Schlie߬ zeit in Zündanlagen für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Schließzeitregelung für Brenn¬ kraftmaschinen aus der DE-PS 34 02 537 bekannt, bei der aber zwei Komparatoren, sowie zwei Bezugsmarken zur Festlegung des Zündzeit¬ punktes und zur Schließzeitregelung verwendet werden. Dieses be¬ kannte Verfahren sichert die geforderte Schließzeit bei Änderung der Spulenparameter (zum Beispiel durch Temperatureinflüsse) und bei hoher Drehzahldynamik. Hierbei wird eine Schließzeitregelung auf Grundlage der Überwachung des Zündspulenstroms mit zwei Kompara¬ toren, wovon der eine bei Erreichen von 80 % des geforderten Zünd- spulenstroms und der andere bei 100 % kippt, vorgenommen. Nach¬ teiligt ist, daß hierbei die Zeit zwischen Einschalten des Zünd- spulenstroms und Erreichen der einzelnen Komparator-Schwellen laufend gemessen und aus diesen gemessenen Zeiten die Ladezeit berechnet werden muß. Die hierbei notwendige Hardware (80 %- und 100 % Komparator) und die spezielle Forderung an den Prozessor (interruptfähige Eingänge und freier Timer) sowie die benötigte Software machen die dargestellten Lösungen relativ kostenaufwendig. Letztendlich ist dieses Verfahren in Projekten mit hohen

Funktionsanforderungen an den Prozessor z. B. bei der Motorsteuerung nicht anwendbar, da die Resourcen des Prozessors in einem Steuer¬ gerät für die Kraftstoffeinspritzung und Zündung bereits voll aus¬ geschöpft sind.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die ge¬ ringeren Anforderungen an die Hardware und Softwarelaufzeitbelastung die vorgeschlagene Lösung günstiger ist, da ein einfacher Mikro¬ prozessor einsetzbar ist, wobei gleichzeitig eine optimale Schlie߬ zeitausgabe unter allen Betriebszustanden gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den Vorteil, daß durch die einfache Regelung Toleranzen der Endstufen oder der eingesetzten Kabel ausgeglichen werden können. Weiterhin bietet die Schließzeit¬ adaption sehr gut die Möglichkeit, auf die relativ langsame Änderung verschiedener Parameter, wie zum Beispiel Temperatureinflüsse, den Wechsel von Zündspulenbetriebsparameten oder durch Verschmutzung entstehende Ubergangswiderstände an den Kontakten zu reagieren.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor¬ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schließzeitadaption möglich. Einen erheblichen Vorteil bietet die Möglichkeit den Ausgangspegel des Komparators nach jeder Zündung in einem Speicher zwischenzuspeichern. Der Ausgangspegel des Komparators muß hierbei nicht sofort übernommen werden, sondern kann vom Mikroprozessor für die nächste Schließzeitadaption dem Speicher zu einem beliebigen Zeitpunkt entnommen werden. Das heißt, das im Mikroprozessor laufende Programm muß nicht unterbrochen werden. Besonders vorteilhaft ist, sowohl ÜU wenig gespeicherte Energie

in der Zündspule als auch zu viel gespeicherte Energie durch Ver¬ längerung bzw. Verkürzung der Schließzeit ausgleichen zu können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch eine überlagerte, be- triebszustandsabhängige variable Zündenergiesteuerung, die Zünd- kerzenlebensdauer erhöht wird.

Für die Dynamik wird man vorteilhafterweise die Adaption durch Berücksichtigung eines Dynamikanteils beschleunigen, so daß die Schließzeit im Falle einer Beschleunigung schneller angepaßt wird.

Das Verfahren ermöglicht darüberhinaus einen Defekt im Primärkreiε der Zündspulen durch Vorgabe und Überwachung von minimalen und maximalen Schließzeiten zu erkennen, eine Fehlerinformation abzu¬ geben und eventuell notwendige Katalysatorschutzmaßnahmen einzu¬ leiten, beispielsweise durch Unterbrechung der Zündung und/oder Einspritzung.

Letztendlich bietet dieses Verfahren den Vorteil, eine Fehler¬ diagnose durchzuführen, indem jeweils eine vorgebbare Anzahl von Vergangenheitswerten der Ausgangspegel des Komparators in einem Speicher abgelegt werden. Im ordnungsgemäßen Betrieb werden die Ausgangspegel' des Komparators nach einer vorgegebenen Zeit eine alternierende Folge bilden, so daß bei einer fehlenden Alternierung ein Fehler erkannt wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibuncj näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Schaltungsanordnung zur Erfassung und Adaption des Primärstroms, Figur 2 ein Ablaufdiagra m zur Erläuterung der Wirkungsweise der Adaption sowie einer betriebszustandsabhängigen Zündenergiesteuerung und Figur 3 eine Schaltungsanordnung zur Er¬ fassung und Zwischenspeicherung des Komparatorsausgangspegel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist der Mikroprozessor 1 eines nicht dargestellten Steuergerätes für die Zündendstufen der Zündanlage einer Brennkraft- maschine dargestellt. Dieser Mikroprozessor ist u.a. über eine Ver- bindungsleitung 2 mit der Basis des Zündtransistors 3 verbunden. Auf der Kollektorseite ist der Zündtransistor über die Primärwicklung einer Zündspule 4 mit der Batteriεspannung U beispielsweise einer nicht dargestellten Fahrzeugbatterie, verbunden. Sekundarseitig ist die Zündspule 4 einerseits mit der Versorgungsspannung U und andererseits mit einer Zündkerze 5 verbunden. Emitterseitig ist der Zündtransiεtor 3 mit dem invertierenden Eingang eines Komparators 6 und parallel dazu über einen Meßwiderstand 7 an Masse geschaltet. Der nicht invertierende Eingang des Komparators 6 liegt über einem Spannungsteiler 8 einerseits an Masse und andererseits an einer Versorgungsspannung U, welche von einem nicht dargestellten Spannungsstabilisator geliefert wird. Über den Spannungsteiler 8 wird eine Vergleichsspannung U am nicht invertierenden Eingang des Komparators 6 eingestellt. Die weiteren Endstufen der Zündan¬ lage, hier nur angedeutet, sind so verschaltet, daß die Emitter der einzelnen Zündtransistoren zusammengefaßt werden. Bei Brennkraft o- schinen mit einer Schließwinkelüberlappung wären die Zylinder, die sich in ihrem Schließwinkel überlappen, durch eine weitere Auswerte¬ schaltung mit den Elementen 6, 7 und 8 getrennt auszuwerten.

Die eben beschriebene Schaltungsanordnung in Figur 1 hat folgende Wirkungsweise. Der Mikroprozessor 1 steuert entsprechend den an seinen Eingängen 9 anstehenden von den Betriebsbedingungen ab¬ hängigen Signalen die Basis des Zündtransistors 3 zu einem im Mikro¬ prozessor 1 ermittelten Zeitpunkt an, so daß dieser Zündtransistor 3 leitend wird. Damit beginnt in der Primärwicklung der Zündspule 4 ein Strom zu fließen, um die erforderliche Zündenergie in der Zünd¬ spule zu speichern. Die Größe dieses Primärstroms wird durch den Meßwiderstand 7 in ein Spannungssignal umgewandelt. Dieses Spannungssignal wird in dem Komparator 6 mit der Vergleichsspannung

U (ein Wert, für den Spulensollstrom) verglichen, so daß der v ³

Pegel am Ausgang des Komparators von 1 auf 0 kippt, sobald beide Spannungen gleich groß sind beziehungsweise wenn die zu prüfende Spannung am Meßwiderstand 7 größer als die Vergleichsspannung U ist. Mit der Unterbrechung des Stromflusses in der Primärwicklung zum Zündzeitpunkt wird vom Mikroprozessor 1 der Spannungspegel des Ausgangs des Komparators 6 erfaßt und der Zündtransistor in den Sperrzustand gesteuert. Man kann also aufgrund eines O-Ausgangs- signals feststellen, daß der Stromfluß in der Primärwicklung der Zündspule 4 für einen optimalen Zündfunken ausreichend war. Für eine Zündung wird der Zündtransistor 3 gesperrt, so daß dann am inver¬ tierenden Eingang des Komparators 6 keine Spannung anliegt, wodurch der Ausgang des Komparators 6 wieder von 0 auf 1 kippt. Im ordnungs¬ gemäßen Betrieb der Zündanlage wechselt der Ausgang des Komparators 6 gegen Ende der Schließzeit manchmal von 1 auf 0 und manchmal nicht, da aufgrund einer weiter unten näher erläuterten verzögerten Anpassung der Schließzeit der Spulenstrom zum Zündzeitpunkt den Sollwert überschreitet bzw. unterschreitet. Falls die Schließzeit zu kurz ist und der Spulenstrom somit nicht den Sollwert erreicht, kippt der Komparator 6 am Ausgang nicht, was zum Zündzeitpunkt ab- getastet eine reine 1-Folge ergibt. Falls die Schließzeit zu lange ist, überschreitet der Spulenstrom den Sollwert ständig und am Komparator 6 wird zum Zündzeitpunkt eine reine O-Folge

abgetastet. Im Idealfall wechselt der Ausgang des Komparators 6 zum Zündzeitpunkt ständig von 0 auf 1 und umgekehrt/ so daß die Schlie߬ zeit jeweils entweder um Δ t verlängert oder verkürzt wird. Gleich¬ zeitig ist es aber auch möglich, erst bei einer programmierbaren Anzahl von gleichen Pegelzuständen am Ausgang des Komparators 6 die Schließzeit um einem programmierbaren Zeitanteil Δ t zu vergrößern oder zu verkürzen und den neuen Wert als Adaptionswert abzu¬ speichern. Langsame Vorgänge wie Temperatureinflüsse oder der Wechsel von Zündspulenbetriebsparametern sind dann nach einer Adaptionszeit korrigiert. Gleichzeitig wird bei einer Abweichung des Komparatorausgangspegels von der zugelassenen Form, beispielsweise fehlender Alternierung, auf einen Fehler im Primärkreis geschlossen.

Die Adaption der Schließzeit mit überlagerter betriebszustandsab- hängiger Schließzeitsteuerung des Mikroprozessors 1 soll nun in dem Ablaufdiagramm der Figur 2 in Verbindung mit Figur 1 näher erläutert werden. Im Programmschritt 10 des Ablaufdiagramms wird abhängig von der Batteriespannung U der Wert für die Schließzeit T be¬ stimmt. Die Schließzeit T ist die Zeit, die benötigt wird, um ca. s

100 % der benötigten Zündenergie für einen optimalen Zündfunken zu speichern. Nun wird bei bestimmten Betriebsbedingungen, beispiels¬ weise im Schub oder unteren Teillastbereich nicht 100 % der Zünd¬ energie, sondern eventuell nur 80 oder 90 % für einen Zündfunken benötigt. Zu diesem Zweck wird in die Schließzeit ein Faktor FSZ (Faktor-Schließzeitänderung) beispielsweise 0,8 oder 0,9 einge¬ rechnet. Für 100 % der benötigten Zündenergie beträgt dieser FSZ = 1. Die Einrechnung dieses Faktors kann für Betriebsbedingungen, die 100 % Zündenergie benötigen, im Adaptionszyklus, welcher die Er¬ mittlung der vom Motor geforderten Schließzeit T umfaßt, ausge- s setzt werden. Das heißt, in einer Abfrage 11 wird kontrolliert, ob das Flag für das Ausschalten des Faktors - Schließzeitänderung

"FSZ-Aus" gesetzt ist. Ist das der Fall, so erfolgt im Programm- Schritt 12 die zündspulenselektive Adaption. Das heißt, die Schlie߬ zeit wird zündspulenselektiv aufgrund des Ausgangspegels des Kom¬ parators 6 beim Zündungsinterrupt um einem Betrag Δt verlängert oder verkürzt. Mit dieser Adaption nähert man sich so schrittweise der optimalen Schließzeit an. In einer Abfrage 13 wird kontrolliert, ob der Adaptionszyklus zur Einstellung einer optimalen Schließzeit abgeschlossen ist. Das geschieht beispielsweise dadurch, daß unter¬ sucht wird, ob eine vorgebbare Zeitdauer für einen vollständigen Adaptionszyklus T die beispielsweise in der Applikation für die einzelnen Motortypen ermittelt wird, abgelaufen ist. Ein Nein auf diese Frage bewirkt, daß das Flag "FSZ-Aus" gesetzt bleibt und beim nächsten Programmdurchlauf eine weitere Adaption der Schließzeit erfolgt. Konnte die Abfrage mit Ja beantwortet werden, so erfolgt im Programmschritt 14 eine Rücksetzung des Flags "FSZ-Aus". Das Programm wird anschließend verlassen und beim nächsten Hintergrund- programmdurchlauf erneut bearbeitet. Dieser erste Zweig des Ablauf- diagramms zeigt also die Adaption, wie sie mit der Schaltungsan¬ ordnung in Figur 1 erfolgen kann. Mit diesem Adaptionsverfahren brauchen verschiedene Betriebsparameter der Zündspulen bei unter¬ schiedlichen Temperaturen oder verschiedene Betriebsparameter auf¬ grund unterschiedlicher Spulenhersteller bei Spulen gleichen Nenn¬ stromes nicht gesondert berücksichtigt werden.

Die Temperatur nderung ist ein langsamer Vorgang, der keine schnelle Regelung benötigt, so daß eine langsame und je nach Zündsystem spulenindividueller Adaption von Korrekturgrößen ausreichend ist.

Der zweite Zweig im Ablaufdiagramm, für den Fall, daß das Flag "FSZ-Aus" nicht gesetzt war, sorgt für eine betriebszustandsab- hängige Korrektur der Schließzeit, um beispielsweise den Kerzenab¬ brand zu reduzieren. Dieses Verfahren ist dem Adaptionsverfahren bei einer Nein-Antwort auf die Frage 11 überlagert. Hier wird zum Bei¬ spiel über Drehzahl n und Last, welche beispielsweise über die Drosselklappenstellung ψ bestimmt wird, ein Faktor FSZ ermittelt und bereitgestellt, der eine Änderung der Schließzeit ermöglicht, wobei der Betrag für die Schließzeitänderung für einzelne Betriebs¬ bedingungen in der Applikation ermittelt wird.

Bei einem Nein auf die Abfrage 11 wird in der Abfrage 16 kontrol¬ liert, ob der Faktor Schließzeitänderung von einem vorhergehenden Programmdurchlauf FSZ = 1 ist. Ist das nicht der Fall, nimmt also FSZ einen Wert ungleich eins an, so wird die zündspulenselektive Adaption ausgesetzt. Bei einem Ja wird im Programmschritt 17 eine zündspulenselektive Adaption gemäß Schritt 12 durchgeführt. Im Programmschritt 18 wird der Faktor für die Schließzeitänderung FSZ zum Beispiel als Funktion über Last, welche über den Drosselklappen- winkel ψ bestimmt wird, und Drehzahl n bereitgestellt. In der an¬ schließenden Abfrage 19 wird nochmals kontrolliert, ob FSZ = 1 ist. Ein Ja führt zum Verlassen dieses Programmablaufs. Ein Nein auf die Abfrage 19 führt zu Programmsehritt 20. Hier wird in bestimmten Zeitabständen T , trotz der Bedingung FSZ ungleich 1, durch Setzen des Flag "FSZ - AUS" im Programmschritt 22 anschließend die zünd¬ spulenselektive Adaption im anderen Programmzweig aktiviert, um noch weitere Adaptionsfaktoren beispielsweise eine Temperaturänderung in der Schließzeit-Adaption berücksichtigen zu können. Ist die Zeitbe¬ dingung zur Durchführung eines Adaptionszyklus die über einen appli- zierbaren Wert festgelegt werden kann, nicht erfüllt, so erfolgt im Programmschritt 21 die Einrechnung des FSZ in den Schließzeitsoll¬ wert für 100 % Ladung. Der Programmblock Schließzeitadaption wird anschließend verlassen und beim nächsten Hintergrundprogrammdurch- lauf erneut aufgerufen.

Der zweite Zweig des AblaufProgramms, der im Falle daß bei Abfrage 11 die "Faktor Schließzeitänderung" (FSZ = Aus) ausgeschaltet ist, durchlaufen wird, ist von Bedeutung, um den Kerzenabbrand zu redu¬ zieren. So gibt es Betriebszustände einer Brennkraftmaschine wie zum Beispiel im Schub oder unteren Teillast-Bereich, die zur Erzeugung eines optimalen Zündfunkens nicht die Energiemenge wie im Vollast-Bereich benötigen. Die betreffenden Betriebszustände werden ermittelt und vo Steuergerät bei der Festlegung der Schließzeit berücksichtigt. Das heißt zum Beispiel, würde für einen optimalen Zündfunken im Teillastbereich nur 80 % der Spulensollenergie eines optimalen Zündfunken im Vollast-Bereich benötigt, so kann die Schließzeit mittels des Faktors Schließzeitänderung FSZ entsprechend korrigiert werden.

Bei sehr hoher Drehzahldynamik wäre der beschrieben Adaptionsvorgang für die Schließzeit u. U. nicht schnell genug, so daß man hier eine Änderung der Schließzeit durch Berücksichtigen eines Dynamikanteils vornehmen kann. Dazu wird die am Mikroprozessor 1 anliegende Dreh¬ zahlinformation n ausgewertet und eine Drehzahländerung bei der Schließwinkelausgabe eingerechnet.

Mit dem beschriebenen Adaptionsverfahren ist es auch möglich, durch Überwachung der Adaption einen Defekt im Primärkreis zu erkennen. Taucht beispielsweise am Ausgang des Komparators immer wieder eine 1-Folge (also Zündenergie zu gering) auf, trotzdem die Schließzeit bereits mehrmals um den Faktor £_ t verlängert wurde, so wird man die Schließzeit bei Erreichen eines Maximalwertes, der in der Appli¬ kation ermittelt wird, nicht weiter verlängern, sondern auf einen Defekt in der Zündanlage schließen.

Figur 3 zeigt eine Schaltungsanordnung, die im wesentlichen dem Schaltungsaufbau in Figur 1 entspricht, gleiche Bauteile haben demzufolge gleiche Bezugszeichen.

Der Mikroprozessor 1 ist über eine Verbindungsleitung 2 mit einer Endstufe 23 verbunden. Diese Endstufe 23 ist nur symbolisch darge¬ stellt und besteht aus einem Steuertransistor, einer Zündspule, an welcher sekundarseitig eine Zündkerze 5 angeschlossen ist und einer Auswerteschaltung, wie sie beispielsweise bereits in Figur 1 be¬ schrieben ist. Der Statusausgang 26 der Endstufe 23 wird jeweils beim Überschreiten der Schwelle für den Spulensollstrom gesetzt und über eine Verbindungsleitung 24 an ein Latch 27 geführt. Analog dazu sind noch weitere Zündendstsufen, beispielsweise die Zündendstufe 23a und noch weitere Zundendstufen über Verbindungsleitungen 24a bis n mit dem Latch 27 verbunden. Dabei liegt über die Verbindungs¬ leitung jeweils kontinuierlich der Ausgangspegel, der in der Zünd¬ endstufe angeordneten Auswerteschaltung an den Eingängen des Latch 27 an. Der Status, ob der Spulensollstrom erreicht wurde, wird jeweils zum Zündzeitpunkt zwischengespeichert und dieser Wert jeweils zum Zündzeitpunkt aktualisiert. Über einen Datenbus 28 wird der Zündzeitpunkt, also der Zeitpunkt, zu welchem der Status der Zündendstufe gespeichert werden soll, an das Latch 27 geführt. Gleichzeitig kann der Mikroprozessor 1 nun zu einem beliebigen Zeitpunkt diesen Wert für die Bestimmung der nächsten Schließzeit dem Latch 27 entnehmen, ohne daß das Hintergrundprogramm wie in Figur 1 jeweils zum Zündzeitpunkt unterbrochen werden muß.