DE3907850A1 - Steuerapparat zur zuendzeitpunkteinstellung fuer einen verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen eine Zündzeitpunkteinstel­ lungstabelle verwendenden Steuerapparat zur Zündzeitpunkt­ einstellung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen elektronischen Steuerapparat zur Zündzeitpunkteinstellung für einen mit Kraftstoffen unterschiedlicher Klopffestig­ keitseigenschaften betreibbaren Benzinmotor eines Automo­ bils.

Ein Verbrennungsmotor wie etwa ein Benzinmotor wird im Hin­ blick auf seine volle Leistungsausnutzung vorzugsweise mit einer fast bis zur Klopfgrenze des Motors voreilenden Zünd­ zeitpunkteinstellung betrieben. Wenn die Zündzeitpunktein­ stellung jedoch auf einen solchen Grenzwert festgesetzt wird, kann aufgrund einer kleinen Änderung der Motoreigen­ schaften oder Änderungen der Kraftstoffqualität ein stabiler Betrieb nicht ständig erzielt werden. Dies hat zur Folge, daß oft ein Klopfen auftritt und daß die Leistung des Motors fällt.

Das häufige Auftreten von Motorklopfen verringert die Le­ bensdauer eines Motors. Im Extremfall führt dies zu einem Motordefekt. Daher ist es - insbesondere bei einem mit einem sogenannten Turbolader ausgerüsteten Motor - von größter Wichtigkeit, das Auftreten von Klopfen zu verhindern. Folg­ lich ist vor einiger Zeit ein Klopfkontrollsystem in Ge­ brauch gekommen, bei dem das Auftreten des Klopfens ermit­ telt und die Zündzeitpunkteinstellung anhand einer Rückkopp­ lungssteuerung auf der Grundlage eines Klopfermittlungs­ signales gesteuert wird, wodurch ein ständiger Betrieb des Motors mit einer Zündzeitpunkteinstellung nahe der Klopf­ grenze ermöglicht wird.

In dem herkömmlichen Klopfkontrollsystem wird das Klopfen mittels eines Klopfdetektors ermittelt, der z.B. aus JP 58/2 17 773-A (1983) bekannt ist. Gemäß dieser Anmeldung wird ein Sensor, der eine Art Beschleunigungsdetektor ist, an einem Motorblock befestigt, um die Schwingung des Motors zu ermitteln. Da die Schwingung des Motors harmonische Ober­ schwingungen enthält, die sich über einen ziemlich großen Frequenzbereich erstrecken, werden aus dem Ausgangssignal des Sensors mittels eines Bandpaßfilters nur solche Kompo­ nenten ausgeblendet, die harmonische Oberschwingungen mit Frequenzen z.B. zwischen 6 und 8 kHz, die als typisch für das Klopfphänomen eines Motors angesehen werden, enthalten.

Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters wird verstärkt und bildet einerseits ein Schwingungssignal SIG mit einem vorbe­ stimmten Pegel und wird andererseits einer Halbwellengleich­ richtung und einer Glättung unterzogen, so daß es ein Hin­ tergrundpegelsignal BGL bildet (Fig. 1b). Die so erhaltenen Signale werden miteinander verglichen, wobei ein Impuls­ signal erzeugt wird, wenn das SIG-Signal das BGL-Signal übersteigt. Daher wird das Klopfermittlungssignal des Klopf­ detektors zu einem Impulsfolgensignal (Fig. 1c), wobei die Anzahl der Impulse während einer konstanten Periode die Intensität des Klopfens angibt. Die konstante Periode wird durch ein Bezugssignal REF definiert, das immer dann erzeugt wird, wenn die Stellung der Kurbelwelle des Motors einem vorbestimmten Drehwinkel entspricht (Fig. 1a).

Das herkömmliche Kopfkontrollsystem führt unter Verwendung des obengenannten Klopfermittlungssignales den folgenden Steuerbetrieb aus: Ein in dem Kontrollsystem vorgesehener Zähler zählt die Impulse des Klopfermittlungssignales und wird durch das Bezugssignal gelöscht. Der Zählerinhalt wird jedesmal kurz vor dem Löschen desselben ermittelt, weil dieser Zählerinhalt die Klopfintensität darstellt (Fig. 1d).

Aus einer im voraus bereitgestellten Zündzeitpunkteinstel­ lungstabelle wird der Wert R _R des Zündverzögerungswinkels, der proportional zur ermittelten Intensität n des Klopfens ist, ausgelesen. Der erwähnte Wert R _R wird Proportionalkomponente genannt. Die durch eine Basiszündzeitpunkteinstellung R (N, L) gegebene momentane Zündzeitpunkteinstellung wird um die Proportionalkomponente R _R verzögert, um die tatsächliche Zündzeitpunkteinstellung R _IGN zu erhalten. Danach wird die tatsächliche Zündzeitpunkteinstellung R _IGN mit einer vorbestimmten zeitlichen Zunahme R _I auf die Basiszündzeitpunkteinstellung R (N, L) zurückgestellt (Fig. 1e). Die Rate R _I wird Integrationskomponente genannt. Der Gesamtkorrekturwert R _KN wird daher durch (R _R + R _I ) dargestellt. Das Ergebnis besteht darin, daß zu einem Zeitpunkt, der gegenüber dem R (N, L) entsprechenden Zeitpunkt um einen R _R entsprechenden Winkel verzögert ist, ein Zündsignal erzeugt wird (Fig. 1f).

In diesem Steuersystem wird bei Erkennung von Klopfen die Zündzeitpunkteinstellung sofort entsprechend der Intensität des Klopfens verzögert, wodurch das Klopfen wirksam unter­ drückt und die volle Leistung des Motors genutzt werden kann.

Es ist jedoch bekannt, daß das Auftreten von Klopfen in einem Benzinmotor in großem Maß vom Oktanwert des Kraft­ stoffs abhängt. Im allgemeinen tritt das Klopfen bei Benzin mit niedriger Oktanzahl leicht und bei Benzin mit hoher Oktanzahl selten auf. Ein wirksame Klopfvermeidungssteuerung muß daher die Qualität des Kraftstoffs, wie etwa die Oktan­ zahl, mitberücksichtigen.

Daher ist bei einem herkömmlichen Motorsteuerapparat ange­ nommen worden, daß der Motor mit Kraftstoff konstanter Qua­ lität betrieben wird, wobei die verschiedenen, für die Mo­ torsteuerung erforderlichen Daten einschließlich der Daten zur Zündzeitpunkteinstellung im voraus auf der Grundlage der angenommenen Kraftstoffqualität bereitgestellt worden sind. Wenn der Motor daher manchmal mit Benzin mit niedriger Oktanzahl und manchmal mit Benzin mit hoher Oktanzahl ver­ sorgt wird, so ist die von einer konstanten Kraftstoffquali­ tät ausgehende Vorbedingung nicht erfüllt, was einen uner­ wünschten Einfluß auf die Leistungsfähigkeit und die Lebens­ dauer des Motors ausübt.

Ferner besteht hierbei eine Beschränkung bei der Einbe­ ziehung unkontrollierbarer Faktoren, wie etwa der altersbe­ dingten Verschlechterung. Daher war es im herkömmlichen Motorsteuerapparat schwierig, die Zündzeitpunkteinstellung ständig auf einem geeigneten Wert zu halten, der mit den Motoreigenschaften in Einklang ist.

Zur Lösung dieses Problems ist ein Steuerapparat zur Zünd­ zeitpunkteinstellung vorgeschlagen worden, wie er beispiels­ weise aus JP 62/58 057-A (1987) bekannt ist. Gemäß dieser Anmeldung wird im voraus eine Mehrzahl unterschiedlicher Zündzeitpunkteinstellungstabellen, die entsprechend der Kraftstoffqualität und Änderungen in den Motoreigenschaften unterschiedliche Daten enthalten, vorgesehen. Aus diesen Tabellen wird entsprechend dem Klopfgrad eine geeignete Zündzeitpunkteinstellungstabelle ausgewählt, woraufhin die Zündzeitpunkteinstellung unter Verwendung dieser ausgewähl­ ten Tabelle ausgeführt wird.

In der Praxis tritt jedoch nicht immer ein signifikanter Unterschied in der Klopfintensität auf, wenn der Motor mit Kraftstoffen unterschiedlicher Oktanzahl betrieben wird. Die Klopfintensität unterscheidet sich von einem Motor zum ande­ ren aufgrund der unterschiedlichen Betriebsbedingungen und der altersbedingten Verschlechterung. Daher mußte eine Schwelle, gemäß der für die Wahl einer geeigneten Zündzeit­ punkteinstellungstabelle das Klopfen beurteilt wurde, für jeden Motor auf einem verschiedenen Pegel festgesetzt wer­ den. Es war schwierig, einen Schwellenwert festzulegen, der in jedem Motor gleichermaßen verwendet werden konnte. Folg­ lich mußte ein gemeinsamer Schwellenwert ziemlich hoch ange­ setzt werden, um fehlerhafte Klopfanzeigen zu vermeiden.

Ferner wurde beim Apparat des Standes der Technik der Steue­ rung des Zündzeitpunktes zum Zeitpunkt des Umschaltens von einer Zündzeitpunkteinstellungstabelle zur anderen keine Beachtung geschenkt, so daß das durch einen abrupten Wechsel von einer Zündzeitpunkteinstellungstabelle zur anderen her­ vorgerufene Klopfen nicht verhindert werden konnte. Da der Schwellenwert ziemlich hoch angesetzt worden war, bestand darüber hinaus die Gefahr, daß das Klopfen, wenn es auftrat, stets stark war, wodurch der Motor ernsthaft beschädigt wurde.

Außerdem tritt im Motor kaum ein Klopfen auf, wenn ungeach­ tet der Tatsache, daß der Motor tatsächlich mit einem Kraft­ stoff mit hoher Oktanzahl versorgt wird, eine Zündzeitpunkt­ einstellungstabelle für einen Kraftstoff mit niedriger Ok­ tanzahl gewählt wird. In einer solchen Situation wurde im Apparat des Standes der Technik die Zündzeitpunkteinstel­ lungstabelle niemals umgeschaltet, weil der Apparat keine Funktion besaß, mit der die Oktanzahl des verwendeten Kraft­ stoffs ermittelt werden konnte. Daher konnte die dem momen­ tan verwendeten Kraftstoff entsprechende volle Leistung ebensowenig wie die Wirkung der speziell vorgesehenen Mehr­ zahl von Zündzeitpunkteinstellungstabellen genutzt werden.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Steuerapparat zur Zündzeitpunkteinstellung zu schaffen, der mehrere Zünd­ zeitpunkteinstellungstabellen aufweist, die entsprechend der Oktanzahl des verwendeten Kraftstoffs umgeschaltet werden können, wobei auch während des Umschaltens von einer Zünd­ zeitpunkteinstellungstabelle zu einer anderen ein glatter Wechsel der Zündzeitpunkteinstellung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Steuerapparat zur Zündzeitpunkteinstellung für einen Ver­ brennungsmotor, wobei der Steuerapparat mehrere die Basis­ zündzeitpunkteinstellungen bereitstellende Tabellen auf­ weist, aus dieser Mehrzahl von Tabellen aufgrund des von einem Klopfsensor ermittelten Klopfermittlungssignales eine Tabelle auswählt und in Übereinstimmung mit der ausgewählten Zündzeitpunkteinstellungstabelle eine endgültige Zündzeit­ punkteinstellung bestimmt; gegenüber dem Stand der Technik weisen die in dem erfindungsgemäßen Steuerapparat enthalten­ den mehreren Zündzeitpunkteinstellungstabellen eine erste Zündzeitpunkteinstellungstabelle für Kraftstoff mit hoher Oktanzahl und eine zweite Zündzeitpunkteinstellungstabelle für Kraftstoff mit niedriger Oktanzahl auf; wenn die erste oder die zweite der Tabellen zur jeweils anderen umgeschal­ tet wird, so wird der Umschaltvorgang erfindungsgemäß fol­ gendermaßen ausgeführt: Es wird der zwischen den Basiszünd­ zeitpunkteinstellungen gemäß den ersten und zweiten Tabellen bestehende Unterschied ermittelt und mit einer vorbestimm­ ten, konstanten Rate mit der Zeit verringert; dann wird eine der einen Tabelle entsprechenden Basiszündzeitpunkteinstel­ lung anhand des abnehmenden Unterschiedes korrigiert, so daß, wenn der sich verkleinernde Unterschied Null geworden ist, die endgültige Zündzeitpunkteinstellung gleich der der anderen Tabelle entsprechenden Basiszündzeitpunkteinstellung ist; der abnehmende Unterschied wird mit einer bestimmten Schwelle verglichen; schließlich wird festgelegt, ob ent­ sprechend dem Vergleichsergebnis die eine Tabelle beibehal­ ten oder ob zur anderen Tabelle umgeschaltet wird.

Erfindungsgemäß kann auch ein leichtes Klopfen unterdrückt werden, bevor es zu einem starken Klopfen anwächst, außerdem kann die Zündzeitpunkteinstellung auch während des Wechsels der Zündzeitpunkteinstellungstabelle glatt verändert werden.

Erfindungsgemäß kann auch dann, wenn der Motor mit irgend­ einer Kraftstoffart, z.B. mit Kraftstoff niedriger Oktanzahl oder mit Kraftstoff hoher Oktanzahl, versorgt wird, ein Klopfen unterdrückt werden, wenn der Motor stets gemäß der zweiten Tabelle gestartet wird: Da die Umschaltoperation von einer Zündzeitpunkteinstellungstabelle zu einer anderen stets veranlaßt wird, kann niemals die Situation eintreten, daß ungeachtet der Tatsache, daß ein Kraftstoff mit hoher Oktanzahl tatsächlich verwendet wird, fortgesetzt die zweite Tabelle zur Anwendung kommt.

Wenn ferner während des Umschaltens einer Zündzeitpunktein­ stellungstabelle zur ersten Tabelle ein Klopfen auftritt, so kann in Übereinstimmung mit der tatsächlichen Zündzeit­ punkteinstellung zu diesem Zeitpunkt zur zweiten Tabelle zurückgekehrt werden. Dadurch wird es möglich, in Abhängig­ keit von der Oktanzahl des verwendeten Kraftstoffs eine geeignete Zündzeitpunkteinstellungstabelle festzusetzen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spieles unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1a bis 1f Darstellungen zur Erläuterung des Betriebes eines herkömmlichen Klopfsteuersystems;

Fig. 2 schematisch den Aufbau eines Motorsteuerappa­ rates, der einen Steuerapparat zur Zündzeit­ punkteinstellung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält;

Fig. 3 einen die Beziehung zwischen dem Klopfgrad und der Zündzeitpunkteinstellung darstellen­ den Graphen;

Fig. 4a bis 4c Darstellungen zur Erläuterung des erfin­ dungsgemäßen Betriebes der Zündzeitpunktein­ stellungstabellen-Umschaltung;

Fig. 5 das Flußdiagramm einer Routine zur Auswahl einer in der erfindungsgemäßen Ausführungs­ form verwendeten Zündzeitpunkteinstellungs­ tabelle;

Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung des Erken­ nungsvorganges der Oktanzahl des Kraftstof­ fes, um eine Zündzeitpunkteinstellungstabelle umzuschalten;

Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung des Betrie­ bes eines zusätzlich in der Ausführungsform verwendeten Digitalfilters; und

Fig. 8 eine Darstellung zur Erläuterung eines weite­ ren Beispiels der Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem der Betrieb der Zündzeitpunkteinstel­ lungstabellen-Umschaltung angeregt wird.

In Fig. 2 ist schematisch der Aufbau eines Motorsteuerappa­ rates, in dem eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Steuerapparates zur Zündzeitpunkteinstellung enthalten ist, gezeigt. In der Zeichnung sind, was den Motor selbst be­ trifft, nur diejenigen Teile gezeigt, die in einer engen Beziehung zum Wesen der Erfindung stehen.

Der in Fig. 2 gezeigte Verbrennungsmotor 10 ist schematisch und mit nur einem Zylinder 11 gezeigt. Im Zylinder 11 führt der Kolben 13 fortgesetzt eine Hin- und Herbewegung aus, um eine Kurbelwelle 15 zu drehen. Eine durch die Innenwand des Zylinders 11 und den Kolben 13 definierte Verbrennungskammer steht mit einem Ansaugrohr 17 und einem Auspuffrohr 19 über ein Einlaßventil 21 bzw. über ein Auslaßventil 23 in Verbin­ dung.

Der Motor 10 ist mit einer Zündkerze 25 ausgerüstet, an die mittels einer Zündungseinheit 27 über einen Verteiler 29 eine Hochspannung geliefert wird. Der Verteiler 29 ist me­ chanisch mit der Kurbelwelle 15 gekoppelt, damit er sich synchron mit dieser dreht. Daher kann der Verteiler 29 auch ein Bezugssignal, das die Bezugsposition der Kurbelwelle 15 darstellt, und ein Kurbelwellenwinkelsignal, das einen vor­ bestimmten Wert des Drehwinkels angibt, ausgeben.

Im Ansaugrohr 17 ist in der Nähe des Einlaßventiles 21 eine Kraftstoffeinspritzdüse 31 vorgesehen. Die Einspritzdüse 31 wird mit Kraftstoff versorgt und spritzt eine vorbestimmte Menge hiervon in das Ansaugrohr 17 ein, von wo aus der eingespritzte Kraftstoff zusammen mit der Ansaugluft in die Verbrennungskammer gesaugt wird. Ein geeignetes Kraftstoff­ zuführungssystem, das den Druck des an die Einspritzdüse 31 gelieferten Kraftstoffs auf einen konstanten Wert regelt, ist in der Figur weggelassen.

Der Motor 10 ist ferner mit verschiedenen Sensoren versehen, welche die den Betriebszustand des Motors 10 angebenden Betriebsparameter ermitteln. Das Ansaugrohr 17 ist mit einem Luftdurchflußsensor 33 ausgerüstet, der die Menge der in die Verbrennungskammer gesaugten Luft mißt. An einer Wand des Zylinders 11 sind ein Temperatursensor 35, der die Kühlwas­ sertemperatur des Motors 10 ermittelt, und ein Klopfsensor 37, der das Auftreten und die Intensität des Klopfens ermit­ teln kann, befestigt.

Die Ausgangssignale dieser Sensoren werden an eine elektro­ nische Steuereinheit 39 geliefert. An die Steuereinheit 39 werden ferner das vom Verteiler 29 erzeugte Bezugssignal und das Kurbelwellenwinkelsignal geliefert. Die Steuereinheit 39 enthält einen Prozessor von in diesem Zusammenhang wohlbe­ kannter Bauart, der aus einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) zum Ausführen einer vorgegebenen Verarbeitung, einen Festwertspeicher (ROM) zum Speichern eines von der CPU aus­ geführten Verarbeitungsprogrammes und verschiedener Parame­ ter und Variablen und einem Schreib-Lese-Speicher (RAM) zur vorübergehenden Speicherung der ermittelten Größen und Ver­ arbeitungsergebnisse zusammengesetzt ist, wobei alle diese Be­ standteile miteinander mittels einer internen Busleitung verbunden sind.

Der Prozessor der Steuereinheit 39 empfängt die oben erwähn­ ten Eingangssignale über eine geeignete Schnittstelle und führt eine vorgegebene Verarbeitungsoperation aus, um Steuersignale für die Zündungseinheit 27 und die Einspritz­ düse 31 zu erzeugen. Es ist wohlbekannt, daß der Prozessor verschiedene Arten von Verarbeitungsoperationen, wie etwa die Kraftstoffeinspritzsteuerung, die Steuerung der Zünd­ zeitpunkteinstellung usw. ausführt; dennoch wird im folgen­ den nur der Steuerbetrieb der Zündzeitpunkteinstellung, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, erläutert. Fer­ ner bezeichnet das Bezugszeichen 38 eine Anzeigeeinrichtung, die mit der Steuereinheit 39 gekoppelt ist und eingeschaltet wird, wenn Kraftstoff von schlechter Qualität verwendet wird.

Es ist bekannt, daß das Klopfen je nach Oktanzahl des ver­ wendeten Kraftstoffes bei verschiedenen Zündzeitpunktein­ stellungen auftreten kann. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird bei einer hohen Oktanzahl des verwendeten Kraftstoffs der Betrag des Zündwinkels, der bis an die Klopfgrenze voreilen kann, sehr groß. Dieser Betrag des voreilenden Winkels ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur der Ansaugluft, der altersbedingten Verschlechterung und der Betriebsbedingungen des Motors, weshalb ein teilweise überlappender Bereich zwischen dem Kraftstoff niedriger Oktanzahl und dem Kraft­ stoff hoher Oktanzahl auftritt.

Damit ein Klopfen bei jeder Kraftstoffart, d.h. bei einem Kraftstoff mit hoher Oktanzahl oder bei einem Kraftstoff mit niedriger Oktanzahl, ermittelt werden kann, muß im Grad des Klopfens, das bei verschiedenen Arten des verwendeten Kraft­ stoffes auftritt, ein signifikanter und deutlicher Unter­ schied erscheinen. Bisher konnte jedoch wegen dem erwähnten Überlappungsbereich ein schwaches Klopfen kaum ermittelt werden, weshalb das Klopfen stets stark wurde. Dies führte in nicht wenigen Fällen zu einem Motordefekt.

Weiterhin wird die Änderung der Zündzeitpunkteinstellung zum Zeitpunkt des Umschaltens einer Zündzeitpunkteinstellungs­ tabelle erfindungsgemäß geglättet, wodurch ein schwaches Klopfen ermittelt werden kann. In Abhängigkeit des in einer schwachen Phase sich befindenden ermittelten Klopfens wird eine geeignete Zündzeitpunkteinstellungstabelle ausgewählt und umgeschaltet.

Erfindungsgemäß werden in dem in der Steuereinheit 39 ent­ haltenen Prozessor zwei Arten von Zündzeitpunkteinstellungs­ tabellen bereitgestellt: Eine erste Tabelle für die Kenn­ linie des Voreilungswinkels, die für die für einen Kraft­ stoff mit hoher Oktanzahl geeignete Zündzeitpunkteinstellung vorgesehen ist, und eine zweite Tabelle für die Kennlinie des Nachlaufwinkels, die für die für einen Kraftstoff mit niedriger Oktanzahl geeignete Zündzeitpunkteinstellung vor­ gesehen ist. Die Auswahl und die Umschaltung zwischen den zwei Tabellen wird ebenfalls durch den in der Steuereinheit 39 enthaltenen Prozessor ausgeführt.

Im folgenden wird das Prinzip der Verarbeitung der oben genannten Auswahl und der Umschaltung einer Zündzeitpunkt­ einstellungstabelle mit Bezug auf die Fig. 4a bis 4c erläu­ tert; anschließend wird das Flußdiagramm der in Fig. 5 gezeigten Verarbeitung erklärt.

Wenn der Motor gestartet wird, wird erfindungsgemäß zunächst die zweite Tabelle mit der Nachlaufwinkelkennlinie ausge­ wählt. Diese Tabelle wird während des Warmlaufens des Mo­ tors, d.h. so lange, bis der Motorbetrieb auf einer vorbe­ stimmten Betriebsbedingung stabilisiert ist, verwendet. Die Zündzeitpunkteinstellung während des Warmlaufbetriebes wird durch eine durch die zweite Tabelle gegebene Basis-Zündzeit­ punkteinstellung festgelegt.

Als stabile Betriebsbedingung kann beispielsweise ein Zustand betrachtet werden, in dem die Temperatur der Zylin­ derwand ungefähr 70°C beträgt, die Spannung der Batterie zwischen 9 und 15 V gehalten wird und die Ansaugluftmenge pro Motordrehung in bezug auf einen Zylinder größer ist als ein vorbestimmter Wert; wenn diese Bedingungen erfüllt sind, wird entschieden, daß die Warmlaufphase des Motors abge­ schlossen ist.

In Fig. 4a wird angenommen, daß die Warmlaufphase des Motors zum Zeitpunkt t ₁ abgeschlossen ist. Wenn der Zeitpunkt t ₁ erreicht ist, wird die Umschaltung der Zündzeitpunkteinstel­ lungstabelle von der bis dahin verwendeten zweiten Tabelle zu der ersten Tabelle, die die Kennlinie für den Voreilungs­ winkel enthält, veranlaßt. Als erstes wird die erste Tabel­ le, durch die eine Basis-Zündzeitpunkteinstellung, wie sie durch die unterbrochene Linie von Fig. 4a angegeben wird, gegeben ist, gesetzt, anschließend wird der Unterschied D ₁ der Basis-Zündzeitpunkteinstellungen zwischen der ersten und der zweiten Tabelle ermittelt.

Diese Differenz D ₁ wird zur Bestimmung des Wertes der Verzö­ gerungswinkelkorrektur verwendet, um das Klopfen während des Umschaltens einer Zündzeitpunkteinstellungstabelle zu unter­ drücken. Die Differenz D ₁ wird zum Anfangswert einer Inte­ grationsgröße, die im Fall von Fig. 4b Null ist, addiert, anschließend wird die so gebildete Größe zeitabhängig mit einer vorbestimmten Rate verkleinert, wie durch die durchge­ zogene Linie in Fig. 4b gezeigt ist.

Die endgültig benutzte tatsächliche Zündzeitpunkteinstellung wird bestimmt, in dem der Wert der auf diese Weise erhaltenen Verzögerungswinkelkorrektur von der durch die erste Tabelle festgelegten Basis-Zündzeitpunkteinstellung subtrahiert wird. Das Ergebnis ist als durchgezogene Linie in Fig. 4a gezeigt: Die tatsächliche Zündzeitpunkteinstel­ lung ändert sich während der Umschaltung mit einer vorbe­ stimmten Rate nacheinander von der Basis-Zündzeitpunktein­ stellung gemäß der zweiten Tabelle zu der Basis-Zündzeit­ punkteinstellung gemäß der ersten Tabelle.

Bei der üblichen Klopfkontrolle wird die vorbestimmte Rate in vielen Fällen auf ungefähr 0,1° des Kurbelwellenwinkels pro Motorumdrehung festgesetzt. Bei diesem Wert ist jedoch die Voreilungsrate der Zündzeitpunkteinstellung zu klein. Daher wird, wie in Fig. 4c gezeigt, zum Zeitpunkt t ₁ erfin­ dungsgemäß ein Zustandsbit gesetzt, wenn die vorbestimmte Betriebsbedingung des Motors erfüllt ist. Während das Zu­ standsbit gesetzt ist, wird die erwähnte Rate auf 1,0° des Kurbelwellenwinkels pro Motorumdrehung festgesetzt. Wenn erneut ein Klopfen festgestellt wird (t ₂ in Fig. 4c) oder wenn der Integrationswert Null ist (t ₃ in Fig. 4c), wird das Zustandsbit gelöscht.

Wenn vom Zeitpunkt t ₁ an eine vorbestimmte Zeit verstreicht und wenn der Integrationswert zum Zeitpunkt t ₃ Null wird, weil währenddessen kein Klopfen festgestellt worden ist, so wird der verwendete Kraftstoff zu diesem Zeitpunkt als Kraftstoff mit hoher Oktanzahl angesehen, weshalb weiterhin die erste Tabelle Verwendung findet; wenn der Zeitpunkt t ₃ erreicht wird, so wird die Zündzeitpunkteinstellung der durch die erste Tabelle gegebenen Basis-Zündzeitpunktein­ stellung gleich.

Wenn andererseits zum Zeitpunkt t ₂, d.h. bevor die Integra­ tionsgröße Null wird, ein Klopfen festgestellt wird, so wird zunächst das Zustandsbit gelöscht, wie durch die Strich­ punktlinie in Fig. 4c gezeigt ist. Dann wird, wie in Fig. 6 gezeigt ist, die momentane tatsächliche Zündzeitpunktein­ stellung mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Wenn sie auf der Seite der voreilenden Zündzeitpunkteinstel­ lung oberhalb des Schwellenwertes liegt, so wird der verwen­ dete Kraftstoff als Kraftstoff mit hoher Oktanzahl angese­ hen, so daß die erste Tabelle als Zündzeitpunkteinstellungs­ tabelle beibehalten wird. Wenn im Gegensatz dazu die momen­ tane Zündzeitpunkteinstellung unterhalb des Schwellenwertes bleibt, so wird der Kraftstoff als Kraftstoff mit niedriger Oktanzahl angesehen, so daß wieder zur zweiten Zündzeit­ punkteinstellungstabelle zurückgegangen wird.

Folglich ändert sich die Integrationsgröße in diesem Fall zum Zeitpunkt t ₂ gemäß der in Fig. 4b gezeigten Strich­ punktlinie, weshalb sich die Zündzeitpunkteinstellung gemäß der in Fig. 4a gezeigten Strichpunktlinie ändert. Wenn die in der in Fig. 4a gezeigten Form ausgegebene tatsächliche Zündzeitpunkteinstellung einem Digitalfilter zugeführt wird, wird die Änderung der tatsächlichen Zündzeitpunkteinstellung geglättet, wodurch die Zündzeitpunkteinstellungsänderung während des Umschaltens einer Zündzeitpunkteinstellungsta­ belle weiter verbessert werden kann. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird ein berechneter Wert (unterbrochene Linie) der tatsäch­ lichen Zündzeitpunkteinstellung entsprechend der gezeigten durchgezogenen Linie geglättet.

Auf diese Weise kann erfindungsgemäß die Oktanzahl des zu dieser Zeit verwendeten Kraftstoffes genau bestimmt werden, da die Bestimmung anhand der Schwelle ausgeführt wird. Wenn nämlich momentan der Kraftstoff mit hoher Oktanzahl verwen­ det wird, so tritt gewöhnlich während des Intervalles zwi­ schen dem Zeitpunkt t ₁ und dem Zeitpunkt t ₃ kein Klopfen auf, weil die Zündzeitpunkteinstellung relativ zum Kraft­ stoff mit hoher Oktanzahl stark nacheilt.

Auch wenn aufgrund der Änderung der Betriebsbedingung des Motors, wegen eines Rauschens oder aus anderen Gründen, während des genannten Intervalles ein Klopfen auftritt, so wird die Integrationsgröße zu dieser Zeit sehr klein sein, weshalb die Zündzeitpunkteinstellung zu dieser Zeit unmög­ lich niedriger als der Schwellenwert sein kann. Die Zünd­ zeitpunkteinstellung muß nämlich zu dieser Zeit sehr nahe bei der durch die erste Tabelle gegebenen Basis-Zündzeit­ punkteinstellung liegen. Deswegen kann die Zündzeitpunktein­ stellungstabelle sicherlich zur ersten Tabelle umgeschaltet werden.

Aus der vorangegangenen Beschreibung wird deutlich, daß die Beurteilung der Oktanzahl auf der Grundlage der Integra­ tionsgröße, d.h. der Zündzeitpunkteinstellung zu dieser Zeit, ausgeführt wird und nicht durch die Klopfintensität wie in herkömmlichen Apparaten. Daher kann sogar bei Ver­ wendung eines Kraftstoffes mit niedriger Oktanzahl ein Klop­ fen unterdrückt werden, wenn es noch in der schwachen Phase ist. Daher besteht keine Gefahr eines Motordefektes.

Darüber hinaus ist in der vorliegenden Erfindung auch zur Zeit des Umschaltens einer Zündzeitpunkteinstellungstabelle der Wechsel der Zündzeitpunkteinstellung geglättet. Folglich tritt im Motor keine Erschütterung auf.

In einem Mehrzylindermotor wird die Klopfkontrolle häufig für jeden Zylinder ausgeführt, weil in einem solchen Motor aufgrund der Ungleichmäßigkeiten in der Ansaugluftmenge der Zylinder, ihrer unterschiedlichen Temperaturen usw. ein Klopfen in einem Zylinder leicht, in einem anderen Zylinder schwerlich auftritt. Wenn daher die vorliegende Erfindung in einem Mehrzylindermotor zur Anwendung kommt, so ist es na­ türlich möglich, für jeden Zylinder einen anderen Betrag des Nacheilungswinkels und der Umschaltzeit vorzusehen, weshalb sich die Umschaltungen der Zündzeitpunkteinstellungstabelle in den jeweiligen Zylindern unterscheiden.

Obwohl in einem Mehrzylindermotor die für das Umschalten einer Zündzeitpunkteinstellungstabelle erforderlichen Be­ dingung selten in allen Zylindern zur gleichen Zeit erfüllt ist, werden die Zündzeitpunkteinstellungstabellen vorzugs­ weise gleichzeitig für alle Zylinder umgeschaltet, um den Motor vor der Gefahr des Klopfens zu schützen, selbst wenn die erforderliche Bedingung nur in einem einzigen Zylinder erfüllt ist.

Wie bereits beschrieben, wird der Zeitpunkt t ₁ nach dem Start des Motors anhand einer vorgegebenen Betriebsbedingung des Motors festgesetzt. In einem Fahrzeugmotor, der unter stark sich ändernden Betriebsbedingungen betrieben wird, ist es jedoch manchmal unmöglich, daß der Motor ununterbrochen die vorgegebene Betriebsbedingung aufrechterhält, die dafür erforderlich ist, daß der Motor als nicht in der Warmlauf­ phase befindlich angesehen wird.

Um diesen Fall mit einzuschließen, ist ein diejenige Zeit, während der die notwendige Bedingung erfüllt ist, akkumulie­ render Zeitzähler vorgesehen. Wenn die akkumulierte Zeit einen vorgegebenen Wert erreicht, so wird das Umschalten einer Zündzeitpunkteinstellungstabelle veranlaßt. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, kann die Tatsache verwendet werden, daß die Klopfkontrolle nur dann ausgeführt wird, wenn die Motor­ ausgabe einen bestimmten Pegel (schraffierte Bereiche in Fig. 8) übersteigt; eine solche Zeitdauer wird durch den Zeitzähler akkumuliert. Wenn die akkumulierte Zeit den vor­ bestimmten Wert erreicht, so wird angenommen, daß der Zeitpunkt t ₁, zu dem eine Zündzeitpunkteinstellungstabelle umgeschaltet werden soll, erreicht ist.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 5 der Ablauf einer Umschaltrou­ tine zum Umschalten einer Zündzeitpunkteinstellungstabelle erläutert.

Wenn die Routine gestartet worden ist, so wird im Schritt 41 entschieden, ob die Warmlaufphase des Motors abgeschlossen ist, während im Schritt 42 entschieden wird, ob eine vorbe­ stimmte Zeit (t ₁) verstrichen ist oder nicht. Wenn in beiden Schritten die Antwort negativ ist, so endet die Verarbeitung der Routine. Wenn jedoch die Warmlaufphase abgeschlossen ist (Schritt 41) oder die vorbestimmte Zeit verstrichen ist (Schritt 42), so rückt die Verarbeitung zum Schritt 43 vor, wo entschieden wird, ob das Zustandsbit gesetzt ist oder nicht.

Wenn das Zustandsbit nicht gesetzt ist, so wird es im Schritt 44 gesetzt, woraufhin die Umschaltung einer Zünd­ zeitpunkteinstellungstabelle veranlaßt wird. Zunächst wird im Schritt 45 die erste Tabelle, die eine für den Kraftstoff mit hoher Oktanzahl geeignete Basis-Zündzeitpunkteinstellung vorsieht, als Zündzeitpunkteinstellungstabelle gesetzt. Dann wird im Schritt 46 die Differenz D ₁ zwischen der Basis- Zündzeitpunkteinstellung gemäß der bis dahin benutzten zwei­ ten Tabelle und der Basis-Zündzeitpunkteinstellung gemäß der ersten Tabelle gewonnen, woraufhin die Verarbeitung dieser Routine endet. Anschließend wird die gewonnene Differenz D ₁ zum Umschalten einer Zündzeitpunkteinstellungstabelle in der Steuerung der Zündzeitpunkteinstellung verwendet, wie be­ reits beschrieben worden ist.

Wenn das Zustandsbit gesetzt ist, so bedeutet dies, daß die erste Tabelle von der vorherigen Ausführung dieser Routine bereits als Zündzeitpunkteinstellungstabelle gesetzt worden war, und daß nun die Umschaltung einer Zündzeitpunkteinstel­ lungstabelle stattfindet. Dann wird im Schritt 47 entschie­ den, ob die Integrationsgröße bereits Null ist oder nicht, während im Schritt 48 entschieden wird, ob ein Klopfen er­ mittelt wird oder nicht. Wenn die Antwort in beiden Schrit­ ten negativ ausfällt, so bedeutet dies, daß die Umschaltung der Zündzeitpunkteinstellungstabelle fortgesetzt wird, weshalb hier die Verarbeitung dieser Routine endet.

Wenn jedoch die Integrationsgröße bereits Null ist (Schritt 47) oder ein Klopfen festgestellt wird (Schritt 48), so muß die Oktanzahl des Kraftstoffes beurteilt und folglich eine Zündzeitpunkteinstellungstabelle umgeschaltet werden (Fig. 6). Dazu wird im Schritt 49 entschieden, ob die momentane Zündzeitpunkteinstellung den Schwellenwert übersteigt. Wenn die momentane Zündzeitpunkteinstellung den Schwellenwert übersteigt, so wird der Kraftstoff als Kraftstoff mit hoher Oktanzahl angesehen, so daß die zu dieser Zeit verwendete erste Tabelle beibehalten wird. Danach endet die Verarbei­ tung dieser Routine.

Wenn im Gegensatz dazu die momentane Zündzeitpunkteinstel­ lung den Schwellenwert nicht übersteigt, so wird der verwen­ dete Kraftstoff als Kraftstoff mit niedriger Oktanzahl ange­ sehen, so daß im Schritt 50 von der zu diesem Zeitpunkt gesetzten ersten Tabelle zur zweiten Tabelle zurückgekehrt wird, die die Nacheilungswinkelkennlinie enthält, mittels der die Basis-Zündzeitpunkteinstellung für Kraftstoff mit niedriger Oktanzahl bereitgestellt wird. Danach endet die Verarbeitung dieser Routine.

Wie beschrieben, kann die Oktanzahl des verwendeten Kraft­ stoffes genau beurteilt werden, so daß folglich eine geeig­ nete Zündzeitpunkteinstellungstabelle ausgewählt werden kann. Damit kann auch während des Umschaltens einer Zünd­ zeitpunkteinstellungstabelle die Zündzeitpunkteinstellung glatt geändert werden, weshalb der Motor seine volle Leistung erbringen kann.

Claims (7)

1. Steuerapparat zur Zündzeitpunkteinstellung für einen Verbrennungsmotor (10), mit
einer Zündungseinrichtung (27) für die Zuführung eines Zündsignales an den Motor (10) zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt;
einer am Motor (10) befestigten Klopfsensoreinrichtung (37) für die Erkennung von Motorschwingungen und die Erzeugung eines den Klopfgrad angebenden Klopferken­ nungssignales; und
einer einen Prozessor aufweisenden Steuereinrichtung (39), wobei der Prozessor eine Mehrzahl von Tabellen, in denen Basis-Zündzeitpunkteinstellungen bereitgestellt sind, enthält und so programmiert ist, daß er die Schrit­ te des Auswählens einer Tabelle aus der Mehrzahl der Ta­ bellen aufgrund eines Klopferkennungssignales; und
der Bestimmung gemäß der ausgewählten Zündzeitpunktein­ stellungstabellen einer der Zündungseinrichtung (27) zuzuführenden tatsächlichen Zündzeitpunkteinstellung als vorbestimmte Zündzeitpunkteinstellung ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mehrzahl der Zündzeitpunkteinstellungstabellen eine erste eine Basis-Zündzeitpunkteinstellung für Kraftstoff mit hoher Oktanzahl bereitstellende Zündzeitpunkteinstel­ lungstabelle und eine zweite eine Basis-Zündzeitpunktein­ stellung für Kraftstoff mit niedriger Oktanzahl bereit­ stellende Zündzeitpunkteinstellungstabelle aufweist, und der in der Steuereinrichtung (39) enthaltene Prozessor dann, wenn von der ersten oder der zweiten Zündzeitpunkt­ einstellungstabelle zur jeweils anderen umgeschaltet wird, die Verarbeitung der Schritte des Setzens der jeweils anderen Zündzeitpunkteinstel­ lungstabelle;
der Gewinnung einer Differenz (D ₁) zwischen den den ersten und zweiten Zündzeitpunkteinstellungstabellen entsprechenden Zündzeitpunkteinstellungen;
der zeitabhängigen Verringerung der Differenz (D ₁) mit einer vorbestimmten, konstanten Rate;
der Korrektur der der einen Zündzeitpunkteinstellungs­ tabelle entsprechenden Basis-Zündzeitpunkteinstellung anhand der verringerten Differenz, so daß die tatsäch­ liche Zündzeitpunkteinstellung gleich der der anderen Zündzeitpunkteinstellungstabelle entsprechenden Basis- Zündzeitpunkteinstellung wird, wenn die verringerte Differenz Null wird;
des Vergleichens der verringerten Differenz mit einem bestimmten, im voraus bereitgestellten Schwellenwert; und
der Bestimmung entsprechend dem Vergleichsergebnis des vorangehenden Schrittes, ob die eine Zündzeitpunktein­ stellungstabelle beibehalten oder ob zur anderen Zünd­ zeitpunkteinstellungstabelle umgeschaltet werden soll, ausführt.

2. Steuerapparat zur Zündzeitpunkteinstellung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorbestimmter Betrag (D _C ) zum Momentanwert der sich verringernden Differenz addiert wird, falls ein Klopfen erkannt wird, wenn die sich verrin­ gernde Differenz den Wert Null noch nicht erreicht hat.

3. Steuerapparat zur Zündzeitpunkteinstellung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (10) mit einer Zündzeitpunkteinstellung gemäß der zweiten Tabelle startet.

4. Steuerapparat zur Zündzeitpunkteinstellung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der von dem Prozessor ausgeführten Verarbeitung vor dem Schritt des Setzens der Schritt des Entscheidens, ob der Betriebszustand des Motors (10) eine vorbestimmte Betriebsbedingung erfüllt oder nicht, enthalten ist.

5. Steuerapparat zur Zündzeitpunkteinstellung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidung, ob die vorbestimmte Betriebsbedingung erfüllt ist, davon abhängig gemacht wird, ob die Motortemperatur einen bestimmten Wert stabil hält.

6. Steuerapparat zur Zündzeitpunkteinstellung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidung, ob die vorbestimmte Betriebsbedingung erfüllt ist, davon abhängig gemacht wird, ob eine vom Motorstart an gezählte Zeitdauer einen vorbestimmten Wert übersteigt.

7. Steuerapparat zur Zündzeitpunkteinstellung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer eine Summe von Zeitdauern ist, während denen eine Ausgabe des Motors (10) einen vorbestimmten Pegel übersteigt.