DE2504843C3 - Digital arbeitende elektronische Einrichtung zum Steuern von betriebsparameterabhängigen und sich wiederholenden Vorgängen bei Brennkraftmaschinen, insbesondere der Zündzeitpunkte von Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine digital arbeitende elektrotechnische Einrichtung zum Steuern von betriebsparameterabhängigen und sich wiederholen-

den Vorgängen bei Brennkraftmaschinen, insbesondere der Zündzeitpunkte von Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, in der zwei zeitlich nacheinander auftretende Signalfolgen unter Verwendung eines Ergebniszählers bis zu einem vorbestimmten Wert gezählt werden, wobei die zweite Signalfolge in dem Ergebniszähler von einem durch die Zählung der ersten Signalfolge gewonnenen Zahlenwert aus bis zu dem vorbestimmten Wert gezählt wird, mit einem durch wenigstens einen Aufnehmer für Betriebsparameter, nämlich den Drehzahlaufnehmer, über einen Adressenzähler anwählbaren Lesespeicher.

Zunehmend strenger werdende Abgasvorschriften verlangen einen immer genauer auf die einzelnen Betriebszustände abgestimmten Zündzeitpunkt zur möglichst schadstofffreien Verbrennung des angesaugten Gemisches. Um den optimalen Zündzeitpunkt ermitteln zu können, sind neben der Drehzahl und dem Lastzustand der Brennkraftmaschine auch weitere Parameter, wie z. B. Temperatur, Startphase und Leerlaufbetrieb zu berücksichtigen. Um die Ermittlung der Zündzeitpunkte darüber hinaus störungsfrei und alterungsbeständig zu machen, bedient man sich vorteilhafterweise der digitalen Informationsverarbeitung.

Es ist bereits eine Einrichtung zur Ermittlung des Zündzeitpunktes nach der Gattung des Hauptanspruchs aus der US-PS 3749073 bekannt, bei der jedoch die durch einen Zähler angesprochenen Speicherplätze im Funktionsgenerator (Lesespeicher) eine feste Zuordnung zur Drehzahl, also zum Endzählerstand des Zählers enthalten und direkt in einen Akkumulator übernommen werden. Jeder Endzählerstand des Zählers ist einem bestimmten Ausgangszahlenwert des Funktionsgenerators zugeordnet. In diesem Ausgangszahlenwert ist wiederum direkt der Verstellwinkel bei einer bestimmten Drehzahl enthalten. Bei ansteigender Drehzahl werden nacheinander die gespeicherten Zahlenwerte angesprochen. Soll ab einer bestimmten Drehzahl der Verstellwinkel konstant bleiben, so werden weitere Speicherplätze benötigt, die jeweils den diesem Verstellwinkel entsprechenden Zahlenwert enthalten. Dies hat den Nachteil, daß eine große Anzahl von Speicherplätzen für jeden einzelnen Drehzahlwert benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine digitale Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die Speicherplätze eingespart werden, um entweder einfache und billige Speicher verwenden zu können oder aber um eine größere Dichte von Drehzahlpunkten zu erhalten.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß bei der Zählung der ersten Signalfolge die bei Anwahl durch den wenigstens einen Aufnehmer für Betriebsparanieter fortlaufend angesprochenen Speicherinhalte des Lesespeichers aufsummiert werden und daß bei der Zählung der zweiten Signalfolge der Ergebniszähler mit dem Drehzahlaufnehmer über einen von einem Bezugsmarkengeber gesteuerten Schalter verbunden ist.

Vorteilhaft wird nicht jedem einzelnen Drehzahlwert ein fester Verstellwinkel zugeordnet, sondern die angesprochenen Speicherinhalte werden in einem Ergebniszähler laufend summiert und erst der summierte Wert stellt den zugeordneten Verstellwinkel dar. Mit dieser Methode wird für jede Adresse nur eine einziger Speicherplatz benöiigt. Die in den angesprochenen Adressen enthaltenden Speicherwerte betragen ι. B. während eines Kurvenanstiegs jeweils + I und während einer Waagerechten jeweils 0. Eine negative Steigung würde entsprechend die Speicherwerte — 1 benötigen. Durch die niedrigen gespeicherten Zahlenwerte werden nur eine geringe Anzahl von Speicherplätzen im Lesespeicher benötigt.

Die angegebene Beschallung des Umschalters relativ zum Speicher, zum Ergebniszähler und zu den Aufnehmern sowie die Steuerung des Umschalters durch einen Bezugsmarkengeber hat den Vorteil., daß durch einen einzigen Speicher auch Korrekturgrößen, wie z. B. der Saugrohrunterdruck, mit verarbeitet werden können.

Um bei plötzlichen Änderungen, z. B. eines Betriebszustandes, ein Ruckein des Motors wegen starken Änderungen im Zündwinkel zu vermeiden, bedient man sich zweckmäßigerweiie einer Begrenzungsstufe für Änderungen des Zündwinkels. Sie ist besonders dann einfach zu gestalten, wenn sie nach dem Ergebniszähler angeordnet ist :nd damit jeweils nur den augenblicklich errechneten Auslösezeitpunkt mit dem vorangegangenen zu vergleichen hat. Bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine liegen die Zündzeitpunkte bekanntlich in einem Abstand von 180 Grad gemessen an der Kurbelwelle. Die Begrenzungsstufe kann nun dafür sorgen, daß der tatsächliche Zündzeitpunkt nur in einem Intervall z. B. zwischen 178 und 182 Grad nach der vorausgegangenen Zündung liegt.

ω Nicht nur für Vierzylinder-Brennkraftmaschinen soll dieser Erfindungsgegenstand verwendbar sein, sondern möglichst universell für Brennkraftmaschinen beliebiger Zylinderzahl. Dies setzt entsprechend mehr Berechnungsvorgänge während einer Kurbelwellenumdrehung voraus.

Weitere Vorteile der Erfindung und diese weiterbildende Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und Erläuterung von Ausführungsbeispielen. Es zeigt

-»ο Fig. 1 ein Zählschema für den Zählerstandsverlauf des Ergebniszählers,

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild,

Fig. 3a-3e Impulsdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung,

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zdr Drehzahlsignal-Synchronisation,

Fig. 5 den Aufbau des Adressenzählers,

Fig. 6 die Darstellung einer digitalisierten Kurve und deren Ableitung,

Fig. 7 eine Schaltungsanordnung für die Sondereingriffe,

Fig. 8 ein Schaltungsaufbau der Sondereingriffsmatrix,

Fig. 9 zwei Diagramme zur Zündwinkel-Änderungs-Begrenzung.

Fig. 10 eine Schaltungsanordnung zur Zündwinkel-Änderungs-Begrenzung,

Fig. 11 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung für eine Zy'inderzahl >4,

Fig. 12 eine Adressenzähleranordnung für eine Blockverarbeitung der Last- und Drehzahl-Signale und

Fig. 13 eine Schaltungsanordnung des Adressenzählers für eine konstante Zählfrequenz.
In Fig. 1 ist das gegenüber dem Stand der Technik abgeänderte Zählverfahren dargestellt. Es zeigt den Zählerstand eines einem Speicher nachgeschalteten Ergebniszählers über der Zeit aufgetragen. Demnach

wird der Zählerstand mit jedem Zündsignal auf einen definierten Anfangswert zurückgestellt. Während einer eingestellten Zeit τ werden die Speicherinhalte im Ergebniszähler aufsummiert. Ab einer Bezugsmarke BM werden die Impulse einer Folge, deren Frequenz von der Drehzahl abhängt, noch hinzu addiert. Erreicht der Zählerstand dann einen durch gewisse Betriebszuütände bestimmbaren Endwert EW, so wird erneut ein Zündsignal ausgelöst, und der Vorgang beginnt von neuem.

Während der konstanten Zeit τ wird die Drehzahl-Verstellung berechnet. Zui gleichen Zeit können auch die übrigen Betriebsparameter zur Zündwinkel-Berechnung berücksichtigt werden, so d^ß nach der Zeit τ der aktuelle Zündwinkel vollständig be- r> rechnet ist. Die Bezugsmarke BM ist starr der Kurbelwellen-Stellung zugeordnet und dient der eindeutigen Fixierung des so berechneten Zündwinkels bezüglich des OT des jeweiligen Zylinders. Wegen ucrSiäfft;i'i Wiiikcl-Züiii uiiül'lg inüu äw um uCi Zähl- -'" Vorgang mit einer Frequenz erfolgen, die im groben kurbelwfllenwinkelsynchron ist. Die Begrenzurgsmarke HM muß weiter vor dem oberen Totpunkt OT liegen als der größte Zündwinkel in Richtung früh.

Alternativ dazu läßt sich der Einfluß von Betriebs- -'"> Parametern, die als binäre Signale erfaßt werden, wie z. B. die Drosselklappen-Stellung auch durch entsprechende Verschiebung des Endwerters EW berücksichtigen.

Eine zweite Alternative besteht darin, während der «> Zeit τ nur die Drehzahl-Verstellung zu berechnen und erst anschließend die Lastverstellung während einer Zeit Tp zu berücksichtigen.

Für eine Veränderung des Zündzeitpunktes bieten sich demnach die folgenden Möglichkeiten: >>

1. Der Anfangswert des Ergebniszählers,

2. der Speicherinhalt.

3. die Zählzeit τ bzw. TP, und schließlich

4. der wählbare Endwert EW.
Zweckmäßigerweise werden im Speicherinhalt

Drehzahl und Last berücksichtigt und im Endwert die Temperatur sowie verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine, wie Startphase und Leerlauf. Darüber hinaus sind jedoch sowohl betreffend den Speicherinhalt als auch den Endwert E W zusätzliche Eingriffsmöglichkeiten denkbar, so z. B. das Drosselklappen-Signal und Temperaturschwellwerte.

Weitere, von Betriebsparametern abhängige Kennlinien, wie z. B. eine temperaturabhängige Kennlinie, lassen sich ebenso wie z. B. Drehzahl und v> Last im Speicher berücksichtigen und entsprechend verarbeiten.

Fig. 2 zeigt im vereinfachten Blockschaltbild eine Realisierungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Wesentlichste Merkmale der Schaltungsanordnung sind zwei Aufnehmer für Betriebsparameter, in diesem Fall ein Drehzahlgeber 20 und ein Lastgeber 21, ferner ein Adressenzähler 22, ein Speicher 23 in Form eines Lesespeichers (ROM), ein Schalter 24. ein Umschalter 25 sowie ein Ergebnis- m> zähler 26. Die genaue Funktion des Adressenzählers 22 wird später beschrieben. Jeder in den Adressenzähler 22 einlaufende Drehzahl- bzw. Last-Impuls erzeugt eine bestimmte Speicheradresse. Die auf den jeweiligen Speicherplätzen eingeschriebenen Werte werden während einer bestimmten Zeit ausgelesen und über den Umschalter 25 dem Ergebniszähler 26 zugeführt. Ein Bezugsmarkengeber 28 steht mit dem Umschalter 25 in Verbindung, wodurch dem Ergebniszähler 26 nach dem Auftreten der Bezugsmarke UM Signale des Drehzahlgebers 20 direkt zugeführl werden.

Im einzelnen ergibt sich der folgende Aufbau. Dem Drehzahlgeber 20 folgt eine Synchronisierstufe 30 mil weiteren Eingängen für eine Taktfrequenz /0 und einer Rasterfrequenz fr. Die jeweiligen Eingänge diesel Synchronisier- und Rasterstufe sind mit 31-33 gekennzeichnet Vom Ausgang 34 führt einmal eine Leitung 35 zu einem Eingang 36 des Umschalters 25 der einen weiteren Eingang 37, einen Schalleingang 38 sowie einen Ausgang 39 besitzt. Des weiteren stehl der Ausgang 34 der Synchronisierstufe 30 mit einerr Drehzahleingang 41 eines Wechselschalters 42 ir Verbindung, dessen Ausgang 43 zu einem Eingang 44 des Adressenzählers 22 führt.

Der Lastgeber 21 ist über einen Druck-Zeit-Wandler 46 mit einer Schalteinrichtung 47 gekuppelt, dit cifffldilgig VOiVl A\üSg<ü*igssigMäi ucs L/i üCk-z^cii- »τ änü lers 46 den Eingang 48 der Schalteinrichtung 47 au den Ausgang 49 durchschallet. Dieser Ausgang 49 is dann mit einem weiteren Eingang 51 des Wechsel schalters 42 verbunden. Geschaltet wird der Wechsel schalter 42 über einen Eingang 52 durch das Aus gangssignal eines Stcuerteils 55, dessen Ausgänge 5( und 57 mit den Eingängen 32 und 33 der Synchroni sierstufe 30 verbünden sind, der Ausgang 58 zum F.'r. gang 52 di.j Wechselschalters 42 geführt ist und eir Ausgang 59 mit dem Eingang 48 der Schaltcinrichtunj 47 gekoppelt ist.

Das Steuerteil 55 enthält neber· einem Oszillatoi einen Zähler und eine Dekodiersfufe aus logischer Gattern für die Zählerstände. Dem Ausgang 61 de: Adressenzählers 22 ist ein Ubernahmegatter 62 nach geschaltet, dessen Ausgang 63 wiederum zum Einganj des Speichers 23 führt. Da dem Speicher die Wertt als Zahl entnommen werden, jedoch der Ergebnis zähler 26 nur Binärwerte seriell addieren kann, is zwischen dem dem Ausgang 65 des Speichers 23 fol genden Schalter 24 und dem Umschalter 25 noch eir Parallel-Serienwandler 66 angeordnet. Der Schalte 24 schließlich wird durch ein Zeitglied 68 gesteuert das mit einem Zündimpuls über den Eingang 69 ein geschaltet wird. Neben dem Drehzahlgeber 20 un( dem Lastgeber 21 mit den nachfolgenden Schaltungs teilen läßt sich in entsprechender Weise ein Tempera turfühler anbringen, der dann ebenfalls mit einen weiteren Kontakt des Wechselschalters 42 in Verbin dung stehen kann. In diesem Fall können noch spe zielle Kurven für die Temperatur im Speicher 24 ent halten sein.

Während des Betriebes der Schaltungsanordnunj von Fig. 2 wird mit jedem ZUndsignal sowohl de Adressenzähler 22 als auch der Ergebniszähler 26 au den jeweiligen Anfangswert, z. B. Null oder einei Wert größer Null, falls der Ergebniszähler auch ab wärts zählen können soll, gesetzt. Gleichzeitig gibt da Zeitglied 68 ein entsprechendes Ausgangssignal al und schließt den Schalter 24. Darüber hinaus verbin det der Umschalter 25 die Anschlüsse 37 und 39, se daß die aus dem Speicher gelesenen Werte über dei Parallel-Serienwandler 66 in den Ergebniszähler 2< gelangen können. Der dem Speicher 23 vorgeschaltet! Adressenzähler 22 zählt je nach Schaltstellung de Wechselschalters 42 drehzahl- oder lastabhängig Impulse, und die dem Zählerstand entsprechende! Speicherplätze im Speicher 23 werden angesteuer

und deren Werte ausgelesen. Nach dem erneuten Umschalten des Zeitgliedcs 68 ist der Zahlenfluß aus dem Speicher 23 unterbrochen und bei gleicher Schalterstellung des Umschalters 25 !.leiht der Zählerstand im Ergebniszähler konstant. Nachdem nun Her lic- ■> zugsmarkengeber 28 ein Umschaltsignal für den Umschalter 25 abgegeben hat. werden dem Ergebniszähler 26 Impulse einer Impulsfolge mit drehzahl-proportionalei' Frequenz zugeführt. Beim Erreichen eines bestimmten Zählerstandes erfolgt dann ein Auslöset ^;" gnal.

Da der erste Zählvorgang beendet sein muli, bevor cm Signal am Ausgang des Be/.ugsmarkengcbers 28 auftritt, ist die Schaltzeit des Zeitgliedes 68 auf die Maximaklrehzahl der Brennkraftmaschine sowie auf '' ilen Drehzahlgeber 2(1 abzustimmen. Ebenfalls auf die Zylinderan/ahl abzustimmen ist natürlich der Be/.ugsmarkengcbcr 28 bzw. eine bekannte Anordnung, die / W ·Α\\^.νι>\\νηΛ von iMnrm μΙήτιμι Tntnimkt i\w t'in-

/einen Bezugsmarken erzeugt. '"

Om eine möglichst feine Verstellung des Zündwinkcls zu erhallen, empfiehlt sich noch eine dem Drehzahlgeber 20 nachgeschaltete Frequenzvervielfachcrstufe. Zweckmäßigerweise beHirn· man sich dabei eines Frequenzverdopplers. -'">

Ein synchronisiertes Bezugsmarkensignal frIiM zeigt Fig. 3a, und zum Verständnis der Funktionsweise der Synchronisierstufc 30 dient das in Fig. 3h dargestellte Diagramm für eine bestimmte Drehzahl.

Benötigt wird die Synchronisierung aus Gründen )" der mit einem Raster gestaffelten Verarbeitung von Drehzahl- und Lastsignal am Adressenzähler 22. wobei der zeitliche Zusammenhang der beiden Rasterfrequenzen fr\ und frl sowie der beiden gerasterten Signale fm und frp aus den Fig. 3b und 3c hervor- i"> geht. Dabei ist fn das vom Drehzahlgeber kommende Signal, fr\ die dem Drehzahlsignal zugeordnete Rasterfrequenz und fm das Ausgangssignal der Synchronisierstufe 30. Entsprechend ist Tp die vom Druck-Zeit-Wandler 46 kommende Torzeit, frl die w diesem Lastsignal zugeordnete Rasterfrequenz und frp die in der Schaltung weiterhin verwendete Impulsfolge zur Charakterisierung des Lastzustandes.

Mit der Rasterung und Synchronisierung wird nun erreicht, daß je Impulsdauer und Impulsspanne des ■»> periodischen Signals des Drehzahlgebers 20 ein Impuls definierter Länge zu einem bestimmten Zeitpunkt am Ausgang der Synchronisierstufe 30 auftritt.

Die Synchronisierung und Rasterung dient zwei Zwecken: Einmal gewährleistet sie die oben erwähn- so ten Verarbeitungsvorteile, zum anderen erhöht sie die Störsicherheit des Betriebes der gesamten Einrichtung.

Eine Realisierungsmöglichkeit für eine Synchronisierstufe 30 ist in Fig. 4 angegeben. Dabei sind die einzelnen Ein- und Ausgänge sowie die einzelnen Baugruppen mit den gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 2 versehen. Inhalt der Synchronisierstufe 30 ist im wesentlichen ein JK-Flip-Flop 70, ein D-Flip-FIop 71 und ein ExkJusrv-ODER-Gattcr 72. Beide Flip- ω Flop-Arten sind aus der Literatur hinreichend bekannt und bedürfen daher keiner eingehenden Beschreibung. Die Takteingänge beider Flip-Flops 70 und 71 sind zum Eingang 32 geführt. Dem JK-Flip-Flop 70 sind an beiden Eingängen je ein NOR-Gatter 73 und 74 vorgeschaltet, von denen je ein Eingang über einen Inverter 76 zum Eingang 33 für die Rasterfrequenz geführt ist. Die beiden anderen Eingänge der NOR-Gatter 73 und 74 sind einmal direkt und einmal über einen Inverter 75 zum Eingang 31 geführt. Der nicht invertierende Ausgang des JK-Flip-Flops 70 ist einmal mit dem D-Eingang (abgeleitet von Delay) des D-Flip-Flops 71 verbunden und einmal mit einem Eingang des Exklusiv-ODER-Gatters 72. Ein weiterer Eingang dieses Exklusiv-ODER-Gatters 72 ist am nichtinvertierenden Ausgang des D-FIip-Flops 71 angeschlossen, während sein Ausgang mit dem Ausgang 34 der Synchronisierstufe 30 identisch ist.

Signale des Drehzahlgebers 20 werden nun in der Weise mit der Rasterfrequenz fr gerastert und synchronisiert, daß ein Ausgangssignal am Ausgang 34 zu Beginn eines jeden Rastcrimpulses nach jeder Hanke des Dreh/ahlgebcrsignalcs erscheint. Die Impulsdauer des gerasterten Drehzahlsignalcs ist durch die Taktfrequenz /0 in Verbindung mit dem D-Flip-Flop 71 und dem Exklusiv-ODER-Gatter 72 gegeben. Insbesondere bewirkt die Verwendung des F.xklusiv-ODER-G'ittcrs 72 die Frequenzverdopplung des Eingangssignals.

Auf Grund der synchronen Schachtelung der Rasterfolgen fr\ und frl ist es möglich. Drehzahl und Last im Zeitmultiplex zu verarbeiten. Die in Fig. 3d gezeigte Folge fsp zeigt an. zu welchen Zeitpunkten der Speicher adressiert wird und Ausgangswertc liefert, die zu eben diesen Zeitpunkten im Endwertzähler 26 aufaddiert werden.

Ein für die Zählweise und Verarbeitungsart von Drehzahl- und Lastimpulsen nach Fig. 3d vorgesehener Adressenzähler 22 ist in Fig. 5 dargestellt. Dieser Adressenzähler enthält eine Addierschaltung 80, zwei Schieberegister 81 und 82 sowie eine Setzeinrichtung 83. Beide Schieberegister 81 und 82 weisen je einen seriellen Eingang 86 und 87 auf, einen seriellen Ausgang 88 und 89 sowie je einen Takteingang 90 und 91 sowie einen Setzeingang 93 und 94. Zwei weitere Eingänge 96 und 97 für das Zündsignal und die Taktfrequenz sind in dieser Fig. 5 vorhanden, jedoch der Einfachheit halber in Fig. 2 nicht gezeichnet. Die einzelne Beschallung ist nun in der Weise, daß der Eingang 44 des Adressenzählers 22 mit einem ersten Eingang der Addierschaltung 80 verbunden ist, deren Ausgang zum Eingang 86 des Schieberegisters 81 geführt ist. Der Ausgang 83 dieses Schieberegisters 81 ist zum Eingang 87 des nachfolgenden Schieberegisters 82 geführt, dessen Ausgang 89 wiederum mit einem zweiten Eingang der Addierschaltung 80 gekoppelt ist. Während der Eingang 97 für die Taktfrequenz direkt mit den Takteingängen 90 und 91 der Schieberegister 81 und 82 in Verbindung steht, ist der Eingang 96 für das Zündsignal einmal direkt mit dem Setzeingang 94 des Schieberegisters 82 verbunden und einmal über die Setzeinrichtung 83 mit dem Setzeingang 93 des Schieberegisters 81. Ein Signal am Eingang 96 bedeutet für das Schieberegister 82 rücksetzen auf Null und für das Schieberegister 81 ein Zurücksetzen auf einen durch die Setzeinrichtung 83 bestimmten Wert. Den Ausgang 61 des Adressenzählers 22 bildet der Wort-Ausgang 99 des Schieberegisters 82.

Werden zwei achtstufige Schieberegister (81 und 82) verwendet, dann erscheint nach jedem sechzehnten Taktimpuls der über den Eingang 44 erhöhte Wert des Schieberegisters 82 am Ausgang 61. In der Phase um acht Takte verschoben gilt entsprechendes für das Schieberegister 81. Die Schaltfrequenz des Wechselschalters 42 muß daher dem achten Teil der Taktfre-

quenz entsprechen (Fig. 3e). Die Drehzahl- und Last im pulse müssen Jäher ebenfalls im Hinblick auf diese Schaltstellung gerastert sein. Um eine korrekte Addition in der Addierschaltung HO ausführen zu können, kann nur nach jedem achten Taktimpuls, und zwar abwechselnd, ein Drehzahl- bzw. ein Lastimpuls, der Addierschalfung zugeführt werden. Im vereinfachten Blockschaltbild von Fig. 2 ist dem Adressenzähler 22 ein Übernahme-Gatter 62 nachgeschaltet, das jeweils nur bei jedem achten Impuls den im Schieberegister 82 des Adressenzählers 22 stehenden Wert übernimmt.

An Stelle des Weehselschalters 42 laßt sieh auch wegen der Rasterung ein ODHR-Gatter verwenden.

Wenn das in Fig. 2 gezeichnete Übernahmegatter (>2 nach jedem achten Taktimpuls den im Schieberegister 82 enthaltenen Zahlenwert übernimmt, dann wird im Anschluß daran abwechselnd mit einer Adresse für Drehzahl bzw. Last der Speicher 23 angesteuert. Im b.K'^r beschriebenen Beisⁿiel sind die Adressen 0-127 für die Drehzahl reserviert, und entspicchend die Adressen 128-191 für die Last. Diese Lasiadres sen können weiter im Hinblick auf unterschiedliche Temperaturen unterteilt sein. Eine entsprechende Eingriffsmöglichkeit ist in Fig. 5 über einen Eingang 84 der Setzeinrichtung 83 gegeben. Damit können dann die Speicherplätze 128-159 Werte für die Lastverstellung bei bereits warmer Brennkraftmaschine enthalten, und die Speicherplätze 160-191 Werte der Verstellung für eine kalte Brennkraftmaschine.

Die gewünschte Verstellkennlinie, wobei der Zündwinkel über der Drehzahl aufgetragen ist, muß einem Zählvorgang über der Zeit entsprechen. LIm diesen Zeitbezug zu erhalten, dient der in Fig. 2 mit 24 bezeichnete Schalter. Er wird durch das Zeitglied 68 gesteuert und ermöglicht eine Ergebniszählung nur während einer bestimmten Zeit. Fig. 6 zeigt eine digitalisierte Kurve mit positiven und negativen Steigungen. Soll sie in einem Zähler gebildet werden, genügt die Eingabe eines Anfangswertes und die Addition von zu den Steigungen proportionalen Werten. Die einzelnen Steigungswerte der in 6.1 dargestellten Kurve sind in 6.2 aufgetragen. Im Hinblick auf den Speicherbedarf ist folgendes zu bemerken:

a) Positive und negativen Steigungen können z. B. durch ein zusätzliches Vorzeichenbit oder indirekt durch Kodierung der Zahlendarstellung berücksichtigt werden,

b) je größer die Steigung, desto größer ist ebenfalls der Speicheraufwand,

c) für Verstellkennlinien ist die Abspeicherung von Steigungen wegen der dafür benötigten geringen Bitzahl vorteilhaft.

Die in 6.1 dargestellte Kurve wird durch Addition der einzelnen Steigungswerte zu einem Anfangswert gebildet.

Dieses Verfahren wird bei allen abgespeicherten Kennlinien verwendet.

In einer weiteren, jedoch aufwendigeren Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, die Speicherplätze mit den Funktionswerten selber zu besetzen. In diesem Falle übernimmt das Übernahmegatter 62 nicht nach jedem achten Taktimpuls eine Adresseninformation, sondern nur einmal für jeden in Frage kommenden Betriebsparameter pro Rechenzyklus. Der Ergebniszähler 26 braucht dann auch nur so dele Binärwörter seriell zu addieren wie Betriebsparameter vorhanden sind, die Speicherwerte beeinflussen.

Um Sondereingriffe in den Zündzeitpunkt zu realisieren, bietet sich die Schaltungsanordnung von Fig. 7 an. Diese Schaltungsanordnung enthält auch für die Zündwinkeländerung eine Begrenzungsstufe 101, die /war unabhängig von den Sondereingriffen ist, jedoch wegen den erforderlichen Winkelwcrtcn vorteilhafterweise mit der Sondereingriffs-Verarbeitung in Verbindung steht. Dargestellt ist hier von oben nach unten der Wechselschalter 42, der Adresscnzähler 22, der Ergebniszähler 26 und ferner eine Endwert-Verstelleinrichtung 100 sowie eine Begrenzungsstufe 101 für den Zündwinkelabstand. Darüber hinaus steht mit dem Adressenzähler 22 eine Drehzahlmatrix 102 in Verbindung, von der ein Ausgang IOJ über eine Sehaltstufe KM mit der Endwert-Verstellcinrichtung UM)gekoppelt ist. Von der Drehzahlmatrix 102 führen noch zwei Leitungen 107 und 108 zu einem zweipo'·- gen Eingang 109 der Begrenzungsstufc 101. Neben einem Eingang 1 lOzeigt Fig. 7 noch drei weitere Ein-

1 1 1

F- nrlu/prt-V/^retf» llfirlrirhtiitin IiMI .._.. . _o ..

für Sondereingriffe wie Temperatur und unterschiedliehe Betriebszusiände der Brennkraftmaschine. Bezeichnet sind mit ϋ die Temperatur, mit LL der Leerlauf und mit AL der Anlaßvorgang.

Die einzelnen Zählerstände im Adressenzähler 22 entsprechen Winkeln auf der Kurbelwelle. Zur Auslösung eines Zündimpulses in einer bekannten Zündanlage wird nun ein bestimmter Zahlenwert in der F.ndwert-Verstelleinrichtung 100 festgelegt in Abhängigkeit der einzelnen genannten Betriebsparameter. Die Drehzahlmatrix 102 selbst besteht z. B. aus UND-Gattern.

Zur Umsetzung von Winkel in Drehzahl ist eine zeitabhängige Schaltstufe 104 notwendig. Deren Einschaltzeit ist zweckmäßigerweise mit dem Auslöseimpuls am Ausgang der Begrenzungsstufc 101 zu synchronisieren.

Fig. H zeigt den Schaltungsaufbau der Endwert-Verstelleinrichtung 100. Sie ist im wesentlichen ähnlich der Drehzahlmatrix 102 aufgebaut, d. h. sie besteht aus verdrahteten UND-Gattern. Mit einer Dioden-Logik ist diese verhältnismäßig einfach zu bilden. Zum Einsatz in der Schaltungsanordnung von Fig. 7 besitzt die Endwert-Verstelleinrichtung von Fig. 8 fünf Eingänge bzw. Eingangsgruppen: die Eingänge 110, 111, 112, 113 und 115. In dieser Reihenfolge werden der Endwert-Verstelleinrichtung 100 Drehzahlschwellwerte, ein Temperatur-Schwellwert, die Drosselklappe n-Leerlaufstellung, das Anlaßsignal sowie der Zählerstand des Ergebniszählers 26 zugeführt. Abhängig von den Sondereingriffen gibt die Endwert Verstelleinrichtung 100 dann ein Signal an die Begrenzungsstufe 101 ab, wenn der Zählerstand im Ergebniszähler 26 den entsprechenden Wert erreicht hat. Da die Ansteuerung der verschiedenen Sondereingriffe teilweise über Schwellwertschalter erfolgt, können sehr große Winkeldifferenzen zwischen den einzelnen Auslöse- bzw. Zündimpulsen entstehen. Ein dadurch bedingtes Ruckein des Fahrzeuges läßt sich bei der Verwendung einer Begrenzungsstufe 101 vermeiden.

Die Drehzahlmatrix 102 gibt an die Leitungen 107 und 108 für die Begrenzungsstufe 101 dann ein Signal ab, wenn z. B. der Zählerstand des Adressenzählers 22 einen Winkel von 178 Grad bzw. 182 Grad nach der letzten Zündung entspricht.

Fig. 9a veranschaulicht das Variieren des Winkeiabstandes mit der Endwert-Verstelleinrichtung 100.

04

Über der Zeit ist hierbei der überstrichene Kurbelwellenwinkel aufgetragen und setzt man den Null-Punkt in den Zündmoment, dann ergibt sieh bei konstanter Diehzahl eine Gerade für den überstrichenen Kurbelwcllenwinkel. Bei gleieher Drehzahl sowie gleiehartigen Sondereingriffen hat der nächste Zündimpuls gerade nach 180 Grad Drehung der Kurbelwelle zu erfolgen. Nach Zündwinkel-Verstellung ist jedoch der Zündimpuls entweder in Richtung Frühoder Spätzündung gelegt. Angestrebt wird nun ein überstrichener Zündwinkcl nach der letzten Zündung im Bereich vmi 1 78 Grad bis 1 82 Oi ad, wodurch das bereits erwähnte Ruckein vermieden werden kann.

liinc entsprechende graphische Darstellung fur die Begrenzung der Zundwinkel-Änderung zeigt Fig. ¹Jb. Die Abszisse bildet hier die berechnete Zündwinkel-Änderung, wohrend die Ordinate die tatsächlich verwendet!.· Änderung angibt. Nach dem Diagramm von Fig. 9b erfolgt demnach eine maximale Zundwinkei-Versleiiun^ von 2 Au (.»rad zwischen zwei Zündungen.

Eine mögliche Schaltungsanordnung fur die Begrenzungsstufe 101 zeigt Fig. 10. Wesentlicher Bestandteil dieser Begrenziingsstufc 101 sind zwei SR-Flip-Flops 120 \iad 21. Wahrend der Setzeingang 123 des SR-Flip-Flops 121 /u einem ersten Anschluß des zweipoligen Eingangs 109 geführt ist. steht der Setzeingang 122 des SR-Flip-Flops 120 über die Leitung 135 mit der Endwert-Verstellcinriehtung KM) in Verbindung. Beide nichtinvertiere.de Ausgänge 124 und 130 der SR-Flip-Flops 120 und 121 sind über ein UND-Gatter 131 mit einem Eingang 127 eines ODER-Gatters 126 gekoppelt, dessen Ausgang 128 einmal den Ausgang der Begrenzungsstufe bildet und zum anderen mit den Rueksetzeingängen 133 und 136 des SR-Flip-Flops verbunden ist. Der zweite Eingang 125 des ODER-Gattcrs 126 entspricht dem zweiten Eingang (für einen gegenüber dem ersten höheren Winkelwert) des zweipoligen Eingangs 109.

Aufgabe der Begrenzungsstufc 101 ist die Abgabe ; eines Signals innerhalb des nicht zwangsläufig symmetrischen Winkelbereiches von z. B. 178 Grad und 182 Grad nach der vorangegangenen Zündung bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine. Erscheint der Impuls aus (ier Endwert-Verstelleinnchtung vor 17S ; Grad, dann wird das SR-Flip-Flop 120 gesetzt und beim Eintreffen des 178 Grad-Impulses ein Ausgangssignal abgegeben. Innerhalb des Winkelbereiches 178 Grad bis 182 Grad erfolgt ein zeitweises Durchschalten des Eingangsimpulses auf der Leitung 135 und tritt der berechnete Impuls vor 182 Grad nicht auf, so wird der Winkelimpuls 182 über das ODER-Gatter 126 auf den Ausgang der Begrenzungsstufe 101 durchgeschaltet. Je nach Wahl der Grenzwinkel läßt sich daher ein maximaler und mini- ·. maler Abstand zur vorangegangenen Zündung einstellen.

Enthält die Brennkraftmaschine mehr als vier Zylinder, z. B. acht oder zwölf, und wird ein großer Verstellbereich gefordert, so reicht die zwischen zwei Zündimpulsen bei hoher Drehzahl zur Verfugung stehende Zeit nicht aus, um alle notwendigen Berechnungen in der ailgemeinerforderlichen Form vorzunehmen. In einem solchen Falle besteht die Möglichkeit, den berechneten Zündwinkel für meh- „-, rere Zündvorgänge zu benutzen, ohne ihn jedesmal neu berechnen zu müssen. Berechnung und Auslösung können dann im Gegensatz zu dem oben Gesagten unabhängig voneinander erfolgen.

Fig. Il zeigt eine Schaltungsanordnung, mit der die jeweiligen Zündzeitpunkte bei Brennkraftmaschinen mit höheren Zylinderzahlen berechnet werden können. In der Reihenfolge von oben nach unten in dieser Fig. 11 ist der Speicher 23 und der Schal.er 24 angegeben, sowie ein nachfolgender Paiallel-Serienwandlcr 66. Ihm folgen ein Zwischcnzähler 150, ein Zwischenspeicher 151 sowie ein Übernahmegatter 152 Dieses (jbernahmegatter 152 steht mil einem an die höhere Zylinderzahl angepaßten Bezugsmarkengeber 28 in Veibindung. und sein Ausgang 153 steht mit einem Ergebniszähler 155 in Verbindung. Dieser Ergebniszahler wird nun beim Auftreten einer jeden Bezugsmarke im Bezugsmarkengeber 28 mit dem im Speicher 151 stehenden Wert gesetzt und im Anschluß daran mit Signalen des Drehzahlgebers 20 hochgezählt, die über einen von der Bezugsmarke betätigten Schalter 225 von der Leitung 35 kommen. Entsprechend der Schaltungsanordnung von Fig. 7 folgt diesem Ergebniszähler 155 die Endwert-Verstelleinrichtung 100 mit den einzelnen Sondereingriffsmöglichkeiten.

In der vorliegenden Schaltungsanordnung vn,i Fig. I 1 werden die dem Speicher 23 entnommenen Werte während einer durch das Zeitglied 68 bestimmten Zeit im Zwischenzähler 150 hochgezählt und anschließend in den Zwischenspeicher 151 übernommen. Aus diesem Zwischenspeicher 151 steht dann fur jeden neuen Auszählvorgang ein z. B. last- und diehzahlabhängiger Wert zur Verfugung. Entsprechend der Zylinderzahl sind dann auch die einzelnen Begrenzung*werte abzuändern.

In Fig. 12 ist eine Schaltungsanordnung zur block mäßigen Verarbeitung der Last- und Drehzahlsignalc \om Drehzahlgeber 20 und die Lastimpulse vom l.astgeberll in getrennten Adressenzählern 160 und 161 aufsummiert. Die Zählerstände werden über den Wechselschalter 162 dem Speicher 23 blockweise zugeführt, d. h. erst werden „lic Drehzahl-Adressen und anschließend alle Lastadressen durchlaufen oder umgekehrt. Um den Winkel der Kurbelwelle fur die Drehzahlmatrix 102 zu erfassen, muß diese dabei ebenfalls am Ausgang des ersten Adressenzäh¹ rs 160 angeschlossen werden.

Bei dieser Verarbeitungsart kann eine Rasterung der einzelnen Signale auch entfallen.

Zwischen der geschachtelten und der blockweisen Verarbeitung von Drehzahl- und Lastimpulscr. sst auch eine beliebige gruppenmäßige Zusammenstellung möglich, sofern diese über den Zählerstand mit den Speicherplätzen im Speicher 23 abgestimmt sind.

Schließlich zeigt Fig. 13 eine weitere Schaltungsvariante zur Berechnung dei Drehzahlabhängigkeit. In Fig. 2 mußte das vom Drehzahlgeber 20 ankommende Signal synchronisiert und gerastert werden, um es anschließend zusammen mit dem Lastsignal dem Adressenzähler 22 über den Wechselschalter 42 zuführen zu können. In der Schaltungsanordnung von Fig. 13 werden demgegenüber die vom Drehzahlgeber 20 abgegebenen Signale in einen Hilfszähler 170 bis zu einem durch die Endwertstufe 171 festgelegten Wert aufgezählt. Die Zeit vom Beginn des Zählvorganges bis zu seinem Ende ist dann drehzahlabhängig und während dieser Zeit werden Impulse konstanter Frequenz fk über den Wechselschalter 42 dem A.dressenzähler 22 zugeführt. Diese Frequenz fk ist je nach Verarbeitungsart ebenfalls zu rastern und zu syn-

chronisieren. Bei dem hier in Fig. 13 angegebenen Zählverfahren ist der von der Drehzahl abhängige Zählerstand irn Adressenzähler 22 umgekehrt proportional zur Drehzahl der Kurbelwelle. Beim Berechnungssystem von Fig. 2 jedoch war der Zählerendstand proportional der Drehzahl. Durch die Umkehrung ist entsprechend auch der Speicherinhalt des Speichers 23 abhängig von der gewünschten Verstellkeiinlinie zu wählen.

Die vorstehend beschriebene und erläuterte Einrichtung zum Steuern von betriebsparameterabhängigen und sich wiederholenden Vorgängen läßt sich universell bei Brennkraftmaschinen verwenden. Wird sie zur Berechnung der Zündzeitpunkte in Brennkraftmaschinen eingesetzt, dann bietet sie gegenüber dem angegebenen Stand der Technik eine größere Einflußmöglichkeit für verschiedene Parameter bei gleichzeitig verfeinertem Berechnungsergebnis.

Die in den vorstehend beschriebenen Beispielen

aufgeführten Bauelemente und Baugruppen sind han delsüblich. In der folgenden Liste ist jeweils die Num mer und die Herstellerfirma des genannten Bauteil angegeben:

Übernahmegatter 62:
Speicher 23:

Parallel-Serien-Wandler 66:
Ergebniszähler 26:

Addierschaltung 80:
Schieberegister 81, 82:

Zähler im Steuerteil 55:

Es sei noch bemerkt, daß sich die Einrichtung we sentlich vereinfacht, wenn dem Adressenzähler ζ. Β nur die Drehzahlimpulse zugeführt werden.

In jedem Fall besitzt die beschriebene Schaltungs anordnung einen integrationsfreundlichen Umfang.

RCA	CD	4027 A
Intel	MF	1701R
RCA	CD	4014A
RCA	CD	4015A um
RCA	CD	4032 A
RCA	CD	4032 A
RCA	CD	4014A um
RCA	CD	4015 A
RCA	CD	4022 A

Hierzu 8 Blatt Zeichnunticn

Claims (21)

Patentansprüche;

1. Digital arbeitende elektronische Einrichtung zum Steuern von betriebsparameterabhängigen und sich wiederholenden Vorgängen bei Brennkraftmaschinen, insbesondere der Zündzeitpunkte von Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, in der zwei zeitlich nacheinander auftretende Signalfolgen unter Verwendung eines Ergebniszählers bis zu einem vorbestimmten Wert gezählt werden, wobei die zweite Signalfolge in dem Ergebniszähler von einem durch die Zählung der ersten Signalfolge gewonnenen Zahlenwert aus bis zu dem vorbestimmten Wert gezählt wird, mit einem durch wenigstens einen Aufnehmer für Betriebsparameter, nämlich den Drehzahlaufnehmer, über einen Adressenzähler anwählbaren Lesespeicher, dadurch gekennzeichnet,daß bei der ZählungUsr ersten Signalfolge die bei Anwahl durch den wenigstens einen Aufnehmer für Betriebsparameter fortlaufend angesprochenen Speicherinhalte des Lesespeichers (23) aufsummiert werden und daß bei der Zählung der zweiten Signalfolge der Ergebniszähler (26,155) mit dem Drehzahlaufnehmer (20) über einen von einem Bezugsmarkengeber (28) gesteuerten Schalter (25, 225) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lesespeicher (23) über einen zeitabhängigen Schalter (24) nur für eine einstellbare Zeit mit dem Ergebniszähler (26, 155) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der. Adressenzähler (22) abwechselnd wenigstens Last- und Drehzahlimpulse zuführbar sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Adressenzähler (22) zuführbaren Impulse mit einer Frequenz gerastert sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Adressenzähler (22) für den Zählvorgang nacheinander wechselweise die gerasterten Impulse der einzelnen Betriebsparameter zuführbar sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Adressenzähler (22) während des Zählvorganges nacheinander blockweise die gerasterten Impulse der einzelnen Betriebsparameter zuführbar sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und S, dadurch gekennzeichnet, daß der Adressenzähler (22) wenigstens zwei, vorzugsweise je «-stufige Zähler enthält.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähler als Schieberegister (81, 82) ausgebildet sind und in Verbindung mit einer Addierschaltung (80) den Adressenzähler bilden.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Adressenzählers (22) über ein Übernahmegatter nach jedem /ι-teη Zähltakt mit dem Eingang des Lesespeichers (23) verbindbar ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zähler bzw. Schieberegister (81 und 82) des

Adressenzählers (22) zu Beginn des Zählvorganges auf bestimmte Werte setzbar sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lesespeicher (23) und Schalter (25) ein Parallel-Serien-Wandler (66) vorgesehen ist.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Lesespeicher Steigungswerte der den Vtistellkennlinien angepaßten Kurven gespeichert sind.

13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ergebniszähler (26, 155) eine Endwert-Verstelleinrichtung (100) nachgeschaltet ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Endwert-Verstelleinrichtung(lOO) Eingänge (110,111,112 und 113) für Sondereingriffe (Drehzahlschwellwerte, Temperaturschwellwerte, Drosselklappen-Stellklappe, Anlaßfall) aufweist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Endwert-Verstelleinrichtung (100) eine Matrix aus Logik-Einheiten enthält.

16. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Endwert-Verstelleinrichtung (100) eine Begrenzungsstufe für die Veränderung der Periodendauer der sich wiederholenden Vorgänge nachgeschaltet ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsstufe (101) über eine als Winkel-Dekodierstufe wirkende Drehzahlmatrix mit dem Adressenzähler (22, 160) in Verbindung steht und wenigstens einen logischen Schalter (120, 121) sowie ein logisches Gatter (126) enthält.

18. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit einer höheren Zylinderzahl als vier vorzugsweise ein Zwischenzähler (150), ein Zwischenspeicher (151) sowie ein Übernahmegatter (152) zwischen Parallel-Serien-Wandler (66) und Ergebniszähler (155) angeordnet ist.

19. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Drehzahlgeber (20) und Adressenzähler (22) ein Hilfszähler (170) angeordnet ist, mit dessen Zählerstand die Zuführung einer konstanten Frequenz zum Adressenzähler (22) zeitlich steuerbar ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Adressenzähler (22) während des Zählvorganges nacheinander blockweise nicht gerasterte Impulse der einzelnen Betriebsparameter zuführbar sind.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 10, 11, 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher die Funktionswerte der verschiedenen Verstellkennlinien enthält.