DE2527232A1

DE2527232A1 - Einrichtung zum verstellen des zuendzeitpunktes bei verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2527232A1
Application number: DE19752527232
Authority: DE
Inventors: Shigeo Aono; Yoshitaka Hata; Kenji Ikeura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1974-06-21
Filing date: 1975-06-19
Publication date: 1976-01-02
Also published as: JPS511843A; JPS559559B2; GB1509579A; US4015565A

Description

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MÜNCHEN E. K. WEIL

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LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

19. Juni 1975
P 8966

Nissan Motor Co., Ltd.

No. 2, Takara-machi, Kanagawa-lcu, Yokohama City, Japan

Einrichtung zum Verstellen des Zündzeitpunktes bei Verbrennung smotoren

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verstellen des Zündzeitpunktes bei Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren.

Die Zündzeitpunkt-Einstellung bei Verbrennungsmotoren übt nicht nur einen grossen Einfluss auf die gesamten Leistungskennwerte des Motors, sondern auch auf die Entstehung toxischer Bestandteile in den Motorabgasen aus. Es wurden bereits verschiedene, zum Teil recht komplizierte und aufwendige Einrichtungen zum Verstellen des Zündzeitpunktes entwickelt und bei Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge hauptsächlich deshalb verwendet, um

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die Konzentration der toxischen, schädlichen Bestandteile in den Motorabgasen zu verringern. Bei bekannten Einrichtungen zum Verstellen des Zündzeitpunktes werden heutzutage meistens Fliehkraftversteller, die in Abhängigkeit von der Drehzahl arbeiten und/oder Unterdruckversteller, die in Abhängigkeit des in der Einlassleitung des Motors auftretenden Unterdrucks arbeiten, verwendet. Die Zündzeitpunkt-Versteller, die auf mechanische Weise arbeiten, können die Forderungen, die im Zusammenhang mit der genauen Einstellung heutiger Verbrennungsmotoren gefordert werden müssen, jedoch nicht erfüllen. Dies liegt daran, dass mechanische Mittel für diesen Zweck ganz allgemein zu ungenau sind und dass die bekannten Versteller mit Verzögerung auf die sich ändernden Betriebsbedingungen des Motors ansprechen. Darüberhinaus ist es nur begrenzt möglich, den Zündzeitpunkt auch in Abhängigkeit von Kennwerten zu verstellen, die von den den einzelnen Motoren eigentümlichen Kennwerten und von den Betriebsbedingungen abhängen, die auf die Wirkungsweise des Motors Einfluss nehmen.

Es wurden bereits transistorisierte Zündzeitpunkt-Versteller vorgeschlagen, um die genannten Schwierigkeiten auszuschalten, die im Zusammenhang mit mechanisch arbeitenden Zündverstellern auftreten. Die transistorisierten Zündversteller können die Zündzeitpunktverstellung in Abhängigkeit von denken in einzelnen Motoren eigentümlichen Kennwerten und in Abhängigkeit von den sich ändernden Betriebsbedingungen genau vornehmen. Diese Versteller sprechen jedoch auf die kleinsten und/oder zufälligen, kurzzeitigen Änderungen der Betriebsbedingungen an, die dadurch auftreten, dass zwischen den Motorzylindern oder zwischen den aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen der einzelnen Zylinder Unterschiede auftreten, so dass der Zündzeitpunkt fehlerhaft eingestellt wird, oder sich in falscher Weise ändert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile zu verringern oder ganz auszuschalten, die bei den bekannten, mechanisch arbeitenden oder transistorisierten Zündzeitpunktverstellern für Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren auftreten.

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Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung_?eine verbesserte Einrichtung zum Verstellen des Zündzeitpunktes anzugeben, die genau und in der richtigen Weise auf die sich ändernden Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors und gegebenenfalls auch des Fahrzeugs ansprechen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Zündzeitpunktverstellung spricht genau und in der richtigen Weise auf die sich ändernden Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotors und gewünschtenfalls^; auch des gesamten Fahrzeuges an. Die erfindungsgemässe Einrichtung kann auch an die einem bestimmten Motor eigentümlichen Kennwerte gut und leicht angepasst werden.

Der erfindungsgemässe Zündzeitpunktversteller spricht auch nicht auf nicht auszuregelnde und/oder zufällige Schwankungen und Änderungen der Betriebsbedingungen an, insbesondere nicht auf DrehzahlSchwankungen, die auf Grund der einzelnen, unterschiedlichen Zylinder und/oder auf Grund der Unterschiede zwischen den aufeinanderfolgenden Betriebszyklen jedes Zylinders auftreten.

Der erfindungsgemässe Zündversteller schafft auch optimale Zündzeitpunkt-Einstellwerte, wodurch die Leistung des Verbrennungsmotors erhöht und die Konzentration der toxischen, schädlichen Bestandteile in den Abgasen des Motors auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen verringert wird.

Die erfindungsgemässe Einrichtung zum Verstellen des Zündzeitpunktes ermittelt die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle eines Verbrennungsmotors in digitaler Form und die Zündpunkt-.einstellung wird durch ein digitales Signal verstellt, das sich

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in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motöres ändert» Dadurch wird die Verstellung des Zündzeitpunkt'es weniger stark als bei dem zuvor beschriebenen bekannten Zündverstellers durch geringe, zufällig auftretende, augenblickliche Schwankungen der Betriebsbedingungen beeinflusst. Die erfindungsgemässe Einrichtung kann auch entsprechend den gewünschten Motorkennwerten auf einfache Weise abgeändert werden, indem man die Schaltungsanordnung, insbesondere der die Analogsignale und Digitalsignale erzeugenden Schaltungsteile,ändert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das die Schaltungsanordnung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung zum Verstellen des Zündzeitpunktes wiedergibt,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für die Wellenform wiedergibt, die die Arbeitsweise bzw. die Wirkung eines in der Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung enthaltenen Schaltungsteils bestimmt,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende graphische Darstellung, die ein Beispiel der Wellenfora darstellt, die die Arbeits- und Wirkungsweise eines weiteren, in der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung enthaltenen Schaltungsteils bestimmt,

Fig. 4- die graphische Darstellung der Signalverläufe, die in der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung erzeugt xverden, und

Fig. 5 einen Querschnitt, der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Detektoreinrichtungen wiedergibt, die Teil der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind.

In Fig. 1 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsforin der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung zum Einstellen des Zündzeitpunktes dargestellt. Die Schaltungsanordnung weist als erste Messeinrichtung einen Motordrehzahlmesser 10 und als zweite Messeinrichtung einen Messfühler 12 für den Unterdruck in der

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Ansaugleitung auf. Der Motordrehsahlmesser 10 erfasst die Drehzahl der Antriebswelle des (dargestellten) Motors und erzeugt ein analoges Signal, beispielsweise eine Spannung Er, die die. gemessene Drehzahl der Motorantriebswelle wiedergibt oder die vorzugsweise proportional dieser gemessenen Drehzahl ist; Der Unterdruck-Hessfühler 12 stellt den Unterdruck fest, der in der Ansaugleitung des Motors oder im Vergaserfallstrom der Drosselklappe auftritt und erzeugt ein analoges Signal, beispielsweise eine Spannung Es, die das festgestellte Vakuum in der Ansaugleitung oder im Vergaser wiedergibt, bzw. diesem. Unterdruck proportional ist. Die vom Ilotordrehzahlmesser 10 bzw. vom Unterdruck-Messfühler 12 erzeugten Signalspannungen Er und Es werden einen ersten bzw. einen zweiten Funktionsgeber 14 bzw. 16 zugeleitet. Der erste Funktionsgeber 14 spricht auf die vom Motordrehzahlmesser 10 bereitgestellte Signalspannung Er an und erzeugt eine Signalspannung Vr, die sich entsprechend einen vorgegebenen Schema mit der Eingangsspannung Er, d. h. mit der Mobordrehzahl ändert. In Fig. 2 ist ein vorteilhaftes Beispiel für das vorgegebene Schema durch die dort dargestellte Kurve E angegeben. Der Fachmann weiss, dass die in Fig. 2 dargestellte Kurve E im wesentlichen gleich der Kennlinie für den Zündzeitpunkt ist, die bei den üblichen Fliehkraftverstellern vorliegt, die eine auf der Motordrehzahl beruhende Zündverstellung erzeugt. Der erste Funktionsgeber 14 bewirkt, dass der Zündzeitpunkt bei der Antriebswellen-Umdrehung einige Grad vor dem oberen Totpunkt, d. h. bevor der Kolben die oberste Stelle während des Kolbenhubes erreicht, auftritt, wenn der Motor in Leerlauf ist, und dass der Vorzündungs-Winkel im wesentlichen proportional mit der von einer bestimmten Motordrehzahl E^ ansteigenden Drehzahl bis zu einer bestimmten Drehzahl Ep zunimmt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Der zweite Funktionsgeber 16 spricht auf die Signalspannung Es vom Unterdruck-Messfühler 12 an und erzeugt eine Signalspannung Vs, die sich gemäss einem vorgegebenen Schema, welches beispielsweise durch die Kurve S in Fig. 3 dargestellt ist, mit der Eingangsspannung Es bzw. mit dem Unterdruck in der Ansaugleitung dos Motors ändert. Der Fachmann weiss, dass die

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in Fig. 3 dargestellte Kurve S im wesentlichen gleich der Zündverstell-Kurve ist, die man bei einem Unterdruck-Zündversteller erhält. Der zweite Funktionsgeber 16 bewirkt also eine zusätzliche Zündverstellung, wenn der Motor nur teilweise belastet wird, was durch den Unterdruck in der Ansaugleitung innerhalb des Bereiches von S^ bis Sp festgestellt wird, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Um für den allgemeinen Verlauf der Zündzeitpunkt-Kennlinie eine einfachere Darstellung zu erhalten, wurden die "Kurven" R und S in den Fig. 2 und 3 so dargestellt, als ob sie aus geraden Kurventeilen zusammengesetzt wären. Selbstverständlich können die Kurven R und S im praktischen Falle auch stetige, gekrümmte Kurven oder S-förmige Kurven sein.

Die von den Funktionsgebern 14 und 16 bereitgestellten Signalsrjannungen Vr und Vs v/erden der Sp annungs summier stufe 18 zugeführt, die eine Ausgangsspannung Va bereitstellt, welche die arithmetische Summe der beiden Eingangsspannungen Vr und Vs ist. Die von der Summierstufe 18 bereitgestellte Signalspannung Va ist kompatibel mit beiden durch die Kurven R und S in den Fig. 2 bzw. 3 dargestellten Kennlinien und gibt in analoger Form daher einerseits die optimale Zündverstell-Kennlinie auf der Grundlage der Motordrehzahl und andererseits die Zündverstellkennlinie wieder, die mit dem Unterdruck in der Saugleitung und damit raib der Motorbelastung und der Drosselklappenstellung im Zusammenhang steht. In Fig. A- ist unter (a) die Schwingungsform der von der Summierstufe 18 erzeugten Spannung Va dargestellt.

Neben der Drehzahl und dem Unterdruck in der Ansaugleitung gibt es noch verschiedene Parameter, die die Arbeitsweise des Motors im Zusammenhang mit der Einstellung des Zündzeitpunktes beeinflussen. Solche Parameter sind etwa die Motortemperatur und die Aussentemperatur bzw. der Aussendruck. Der Zündzeitpunkt sollte daher nicht nur in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem Unterdruck in der Ansaugleitung eingestellt v/erden können, sondern auch in Abhängigkeit von diesen [genannten zusätzlichen Parametern, so dass man bei verschiedensten Betriebs- und U&ge-

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bungsbedingungen für den Hotor, oder für das Fahrzeug als Ganzes eine optimale Zündzeitpunkteinstellung erhält. Aus den genannten Gründen ist in der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 2 weiterhin ein Ausgleichssignal-Generator 20 enthalten, der (nicht dargestellte) Messfühler besitzt, die die Betriebs- und Umgebungsbedingungen des Motors oder des Fahrzeuges feststellen. Der Vergleichssignal-Generator 20 erzeugt dann eine Signalspannung Vb, die ebenfalls in analoger Form für die verschiedenen, von den Messfühlern gesessenen Parameter die besten Zündeinstell-Werfce wiedergibt. Die Signalspannung Vb wird einem Impulsgenerator 22 zugeführt, der beispielsweise in Form einer (nicht dargestellten) Ossiilatorschaltung vorliegt und ein digitales, in Form einer Impulsfolge Sb vorliegendes Ausgangssignal erzeugt, das zur Eingangsspannung Vb der Schaltung 22 frequenzproportional oder in anderer V/eise korreliert ist. Die auf diese V/eise vom Impulsgenerator 22 erzeugte Impulsfolge Sb ist unter (b) in Fig. 4 dargestellt.

Die Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1 enthält weiter einen Detektor 24 mit einem ersten und einem zweiten Ausgang 26a und 26b. Der den Kurbelwellen-Winkel feststellende Detektor 24 spricht auf die Drehung der Motorantriebswelle an und stellt am ersten und zweiten Ausgang 26a bzw. 26b ein erstes bzw. ein zweites digitales Signal bereit. Das erste digitale Signal ist- eine Impulsfolge Sc, die die Zeitpunkte wiedergibt, an denen der Kolben in «jedem Zylinder bezüglich des Zylinders eine bestimmte Stellung, beispielsweise den oberen Totpunkt des Zylinders einnimmt. Die Impulsfolge Sc ist unter (c) in Fig. 4- dargestellt. Die Folgefrequenz der Impulse .Sc, die von dem den Kurbelwellen-Winkel feststellenden Generator 24 erzeugt wird, steht daher mit der Zylinderzahl des Motors, oder, wenn der Motor zwei oder mehrere Antriebswellen aufweist, mit der mit einer der Antriebswellen in Verbindung stehenden Zylinderzahl im Zusammenhang. Das am zweiten Ausgang 26b auftretende digitale Signal hat die Form einer Impulsfolge Sd, deren Frequenz die Winkelgeschwindigkeit der Motorantriebswelle wiedergibt. Diese Impulsfolge Sd ist unter (d) in Fig. 4 dargestellt.

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Die auf diese V/eise erzeugten Signale Va, Sb und Sc werden einer Auswerteschaltung; 28 zugeführt, die entsprechend eines bestimmten Schemas ein digitales Ausgangssignal Sg erzeugt, das die Zündeinstellwerte, diebei den einzelnen Zylindern vorliegen sollen, bestimmt. Die Auswerteschaltung 28 enthält einen (nicht dargestellten) Sägezahngenerator, dessen Eingang mit dem ersten Ausgang 26a des Detektors 24 verbunden ist und der von den Signalimpulsen Sc vom ersten Ausgang 26a des' Detektor 24· getriggert wird und eine Folge von Sägezahnimpulsen Se erzeugt, deren Impulsdauemkleiner ist, als die Abstände zwischen den Impulsen Sc und deren Anstiegegleichzeitig beim Auftreten der Impulse Sc vom Detektor 24 beginnen. Die Impulsfolge Se ist unter (e) in Fig. 4 dargestellt. Die Auswerteschaltung 28 besitzt weiterhin eine (nicht dargestellte) Vergleichsschaltung, deren erster Eingang .mit dem Ausgang der Summierstufe·18 und deren zweiter Eingang mit dem Ausgang des zuvor genannten Sägezahngenerators verbunden ist. Die Vergleichsschaltung vergleicht die von der Summierstufe 18 kommende Ausgangsspannung Va und die vom Sägezahngenerator erzeugten Sägezahnimpulse Se und erzeugt Rechteckimpulse Sf, wenn die Spannung Va grosser ist als die Spannungen der Sägezahnimpulse Se. Die Impulse Se sind unter (f) in Fig. 4- dargestellt. Der Ausgang der Vergleichsschaltung ist mit einem Eingang einer (nicht dargestellten) logischen Schaltung verbunden, der die vom Impulsgenerator 22 erzeugten Signale zugeführt werden. Die logische Schaltung lässt die vom Impulsgenerator 22 kommenden Signalimpulse Sb durch, wenn die von der Vergleichsschaltung kommenden Rechteckimpulse Sf auftreten. Als logische Schaltung kann hierfür ein NAND-Glied sowie ein Invertierglied verwendet werden. Der erste Eingang des NAND-Gliedes ist mit dem Ausgang des Impulsgenerators 22 und der zweite Eingang des NAND-Gliedes ist mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung verbunden. Der Eingang des Invertiergliedes ist mit dem Ausgang des NAND-Gliedes verbunden, so dass am Ausgang des Invertiergliedes als Signalimpuls Sg eine logische "1" auftritt, wenn an den Eingängen des NAND-Gliedes das Signal Sb bzw. das Signal Sf als.logische "1" vorliegen.

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An einem ersten Ausgang JOa der Auswerteschaltung 28 treten die durch die logische Schaltung hindureingelaufenen, zuvor beschriebenen Impulse Sg, die unter (g) in Fig. 4 dargestellt sind, auf. An einem zweiten Ausgang 30b der Auswerteschaltung 28 treben Ια-pulse Sh auf, die in Abhängigkeit von den Hinterflanken der Rechteckimpulse Sf von der in der Auswertesehaltung 28 enthaltenen Vergleichsschaltung erzeugt werden. Die Impulse Sh sind unter (h) in Fig. 4 dargestellt.

Der erste und zweite Ausgang 30a und 30b der Auswerteschaltung 28 ist mit einer Speicherschaltung 32 verbunden, die durch die am zweiten Ausgang 30b der Ausv/ert es ehalt ung auftretenden Signalimpulse Sh "verriegelt" wird und die vom ersten Ausgang 30a der Auswerteschaltung 23 an die Speicherschaltung 32 gelieferten Impulse Sg jeweils während des Zeitraumes zwischen den am ersten Ausgang 25a des Detektor 24 auftretenden Signalimpulsen Sc speichert. Wie zuvor beschrieben, stellen die zwischen den Signalinpulsen Sc auftretenden Zeitdauern die Intervalle zwischen den Zeitpunkten dar, bei denen der Kolben jedes Zylinders in eine vorgegebene Stellung bezüglich des Zylinders, beispielsweise in die obere Totpunkt-Stellung kommt. Der Zeitraum zwischen diesen Zeitpunkten wird nachfolgend als der Arbeitszyklus der Schaltungsanordnung bezeichnet.

Der Ausgang der Speicherschaltung 32 steht mit dem Eingang eines Voreinstell-Zählers 34 in Verbindung, dessen andere Eingänge mit dem ersten bzw. zweiten Ausgang 26a bzw. 26b des Detektors 24 verbunden sind. Der Voreinstellzahler 24 wird bei Beginn jedes Arbeitszykluses der Schaltungsanordnung durch den am ersten Ausgang 26a des Detektors 24 auftretenden Signalimpuls Sc ausgelöst und beginnt von diesem Zeitpunkt an die vom zweiten Ausgang 26b des Detektors 24 kommenden Signalimpulse Sd zu zählen, nachdem der Voreinstellzahler 34 ausgelöst worden ist. Der Voreinstellzahler 34 addiert die Impulse Sd zu der Summe der Signalimpulse Sg, die in der Speicherschaltung 32 während des vorhergegangenen Arbeitszykluses gespeichert worden waren. In dem Moment, in dem der Voreinstellzahler 34 auf diese Weise eingeschaltet wird, steigt die Spannung im Voreinstellzahler 34 plptz-

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lieh auf einen Wert Eo an, der der Zahl m der in der Speicherschaltung 28 gespeicherten Impulse Sg entspricht. Danach erhöht sich die Spannung schrittweise, wenn die an Ausgang 26b des Detektors 24 auftretenden Signalimpulse Sd nacheinander zum Voreinstellzähler 3^ gelangen. Dieser Spannungsanstieg ist unter (i) in Fig. 4 dargestellt. Wenn die schrittweise_}von einem Ausgangswert Eo aus ansteigende Spannung einen vorgegebenen Spannungswert Ep bei einer Zahl η der am Voreinstellzähler 34 auftretenden Signalimpulse Sd erreicht, erzeugt der Voreinstellzähler 34 einen Signalimpuls Sj, wie dies unter (j) in Fig. 4 dargestellt ist. Der Signalimpuls Sj wird also vom Voreinstellzähler 34 zu einem Zeitpunkt erzeugt, der um einen Zeitraum <5 früher auftritt, als der Endzeitpunkt des Arbeitszykluses. Der Zeitraum cT wird durch die Zahl m der Impulse Sg bestimmt, die während des vorhergegangenen Arbeitszykluses in der Speicherschaltung 28 gespeichert worden war. Der durch den Voreinstellzähler 34 auf diese Weise festgelegte Zeitraum gibt die Grosse der Zündverstellung wieder, die während eines Kolben-Arbeitszykluses in jedem Zylinder erforderlich ist.

In Fig. 5 ist ein Beispiel des Detektors 24 dargestellt, der Teil der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung ist. Der Detektor 24 steht mit der Motorwelle 36 in Verbindung und besitzt eine sich mit der Antriebswelle 36 drehende, kreisförmige Scheibe 33. Die Scheibe 38 besitzt an ihrem Aussenumfang eine Nut 40, in der eng aneinander ein erster und ein zweiter Kreisring 42 und 44 mit im wesentlichen gleichen Aussendurchmessern angebracht sind. Der erste Kreisring 42 besteht aus nichtmagnetischem Material, in dem eine bestimmte Anzahl an Permanentmagneten 46 enthalten ist, die bezüglich der Drehachse der Scheibe 38 in regelnlässigen Winkelabständen zueinander beabstandet sind. Die Zahl der im ersten Kreisring 42 enthaltenen Magnete 46 ist halb so gross wie die mit der Motorantriebswelle 36 in Verbindung stehenden Motorzylindern. Wenn die Antriebswelle 36 also mit vier Zylindern in Verbindung steht, liegen zwei Permanentmagnete sich auf der Scheibe 38 diametral gegen-

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über. Wenn die Antriebswelle 36 mit sechs Zylindern in Verbindung stellt, sind also drei Permanentmagnete vorhanden, die um 120° auf der Scheibe 38 jeweils winke!massig voneinander beabstandet sind. Der zweite Kreisring 44 besteht aus einem Ferrit und ist auf dem Umfang herum so magnetisiert, dass abwechselnd Nord- und Südpole auftreten. Die Polzahl kann beliebig gewählt v/erden, je nachdem, wie die gewünschten Zündverstellwerte aus den in den Diagrammen (d) bzw. (j) von Fig. 4- dargestellten Signalimpulsen Sd und Sj gewonnen werden. Als Beispiel sei angenommen, dass pro Grad auf dem Kreisring Kord- und Südpole gebildet v/erden, so dass insgesamt 360 Pole vorhanden sind. Nahe bei dem ersten und zweiten Kreisring 4-2 und 4-4- ist ein erstes und zweites magnetisch leitendes Element 48 bzw. 50 angeordnet, die als elektro-magnetische Fühler arbeiten. Auf Grund der Wechselivirkung zwischen dem induktiven Element 4-3 und jedem der Permanentmagnete 4-6 im ersten Kreisring 4-2 wird auf diese Weise eine elektromotorische Kraft im ersten induktiven Element 4-8 jedesmal dann erzeugt, wenn sich die Scheibe 33 um einen Winkel um ihre Achse dreht, der gleich dem winkelmässigen Abstand zwischen zwei benachbarten riagneten 46 ist. Im zweiten induktiven Element wird in gleicher Weise jedesmal dann eine elektromotorische Kraft erzeugt, wenn die Scheibe 38 sich um 1° um ihre Achse dreht. Der vom ersten induktiven Element 4-S erzeugte Strom gibt den Zeitpunkt wieder, an dem jeder die Antriebswelle 36 drehende Kolben eine vorgegebene Stellung bezüglich des jeweiligen Zylinders einnimmt. Diese Stellung des Kolbens sei dia Stellung des oberen Totpunktes (oT), wie dies zuvor beschrieben wurde. Die Zahl der im zweiten induktiven Element 50 produzierten Ströme bzw. Impulse gibt die Verschiebung des Kolbens nach Durchgang durch den oberen Totpunkt wieder,, wenn diese- Impulse von dem Zeitpunkt an gezählt werden, wenn das erste induktive Element 48 einen Strom erzeugt hat. Die Leitungen 52 und 54- des ersten und zweiten induktiven Elementes 48 und 50 stellen die zuvor erwähnten ersten und zweiten Ausgangsleitungen 25a bzw. 26b des Detektor 24 dar, so dass die Signalimpulse Sc und Sd an den Klemmen 26a bzw. 26b auftreten, wenn die Antriebswelle 36 durch die Kolben in den einzelnen Zylindern in Drehung versetzt wird.

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Nachfolgend soll die Arbeitsweise des erfindungsgemessen Zündverstellers anhand der Fig. 1 bis 5 beschrieben werden.

Bei laufendem Motor stellt der Motordrehzahlmesser 10 die Motordrehzahl fest und stellt eine der festgestellten Motordrehzahl, proportionale, oder in anderer Weise mit der festgestellten Motordrehzahl konelierbe Aus gangs spannung Er bereit. Die im Motordrehzahlmesser 10 erzeugte Spannung Er wird dem ersten Funktionsgeber 14· zugeführt, der diese Spannung Er entsprechend dem vorgegebenen, in Fig. 2 durch die Kurve R dargestellten Schema in eine Signalspannung Vr umsetzt. Bei laufendem Motor bildet sich insbesondere im Leerlauf oder während des Bremsvorganges in der Ansaugleitung ein teilweiser Unterdruck aus, so dass der Unterdruck-Messfühler 12 eine Ausgangsspannung Es erzeugt,.die dem gemessenen Unterdruck in der Ansaugleitung proportional oder mit ihm in irgendeiner anderen Weise korreliert ist. Die vom Unterdruck-Messfühler 12 erzeugte Spannung Es wird dem zweiten Funktionsgeber 16 zugeführt, der es entsprechend dem durch die Kurve S in Fig. 5 dargestellten vorgegebenen Schema in eine Signalspannung Ys umsetzt. Die auf diese Weise vom ersten bzw. zweiten Funktionsgeber 14 bzw. 16 erzeugten Signalspannungen Vr und Vs gelangen zur Spannungssummierstufe 18, die eine Ausgangsspannung Va erzeugt, welche gleich der Summe der beiden Eingangsspannungen Vr und Vs ist und unter (a)in Fig. 4 dargestellt wurde. Der Ausgleichssignal-Generator 20 misst verschiedene Betriebs- und sonstige Parameter in der Umgebung des Fahrzeuges, beispielsweise die Motortemperatur und die Lufttemperatur,sowie den Luftdruck und erzeugt eine Ausgangs spannung Vb, die sich entsprechend einem vorgegebenen Schema mit den gemessenen Parametern ändert. Die vom Ausgleichsignal-Generator 20 erzeugte Signalspannung Vb wird dem, eine Oszillatorschaltung enthaltenden Impulsgenerator 22 zugeführt, der eine Impulsfolge Sb mit einer Wiederholungsfrequenz erzeugt, die durch die Eingangsspannung Vb festgelegt ist. Die Impulsfolge Sb ist unter (b) in Fig. 4- dargestellt. Gleichzeitig mit der von der Spannungssummierstufe 18 erzeugten Signalspannung Va und der vom Impulgenerator 22 erzeugten Impulsfolge Sb wird

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die einen Teil des in Fig. 5 dargestellten Generators 24 bildende Kreisscheibe 38 zusammen mit der Antriebswelle 36 des Hotors gedreht, so dass der erste elektromagnetische Fühler 48 jedesmal dann einen Impuls Sc erzeugt, wenn der Kolben jedes Zylinders im oberen Totpunkt (oder, wenn dies gewünscht ist) sich in irgendeiner anderen vorgegebenen Stellung bezüglich des Zylinders befindet." Der Impuls Sc ist unter (c) in Fig. 4 dargestellt. Der zweite elektromagnetische Fühler 50 erzeugt eine die Winkelgeschwindigkeit der Motorantriebswelle 36 wiedergebende Impulsfolge Sd, die unter (d) in Fig. 4 dargestellt ist. Der am ersten Ausgang 26a des Detektors 24 auftretende Signalimpuls Sc wird dem Eingang des (nicht dargestellten) in der Auswerteschaltung 28 enthaltenen Sägezahngenerators zugeleitet. Der Sägezahngenerator v/ird ausgelöst und erzeugt jedesmal dann einen Sägezahnimpuls Se, wenn der Signalimpuls Sc am ersten Ausgang 26a des Detektors 24 auftritt (vgl. hierzu (c) und (e) in Fig. 4). Die Spannung des Sägezahriimpulses Se wird mit der von der Summierstufe 13 kommenden Signalspannung Va verglichen, so dass ein Rechteckimpuls Sf mit einer Impulsdauer erzeugt wird, die dem Zeitraum entspricht, in dem die Signalspannung Va von der Addierstufe 18 höher ist als die Spannung des Sägezahnimpulses Se (vgl. die Diagramme (e) und (f) in Fig. 4). Der Rechteckimpuls Sf beginnt am Anfang jedes Zeitintervalles zwischen den am ersten Ausgang 26a des Detektors 24 auftretenden Signalimpulsen Sc, oder, anders ausgedrückt, zwischen den Zeitpunkten, an denen der* Kolben jedes Zylinders nacheinander den oberen Totpunkt erreicht. Der Rechteckimpuls Sf ward einer, ebenfalls einen Teil der Auswerteschaltung 28 bildenden, nicht dargestellten logischen Schaltung zugeführt, so dass die vom Impulsgenerator 22 kommenden Signalimpulse Sb während eines Zeitraumes an den ersten Ausgang 30a der Auswerteschaltung 30 durchgelassen werden, der der Zeitdauer oder der Impulsdauer des Rechteckimpulses Sf entspricht (vgl. das Diagramm (g) in Fig. 4). Die Auswerteschaltung 28 weist (nicht dargestellte) Schaltungsteile auf, die auf die Hinterflanke der Rechteckimpulse Sf ansprechen und bei jeder auftretenden Hinterflanke der Rechteckimpulse Sf ein Signalimpuls Sh erzeugen. Der Impuls Sh

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wird vorn, zweiten Ausgang 30h der Auswerte schaltung 23 zur Speicherschaltung 32 geführt und löst die Speicherschaltung 32 auf, die die Zahl m der am ersten Ausgang 30a der Auswerteschaltung 28 auftretenden Impulse Sg speichert. Dem Voreinstellzähler 34- werden weiterhin die vom ersten Ausgang 26a des Detektors 24 kommenden Signalimpulse Sc zugeleitet. Der Voreinstellzähler 34 wird daher ausgelöst und liest die in der Speicherschaltung 32 gespeicherte Zahl m der Impulse Sg aus, die während des vorangegangenen Arbeitszykluses, bzw. während des Zeitintervalles zwischen dem den Voreinstellzähler 34- auslösenden Signalimpulses Sc und dem diesem vorangegangenen Signalimpuls in der Speicherschaltung 32 gespeichert wurde. Auf diese Weise erzeugt der Voreinstellzähler 34- sofort eine der Zahl m der in der Speicherschaltung 32 gespeicherten Impulse Sg proportionale Spannung Eo, wenn der Voreinstellzähler 34- durch den Signalimpuls Sc ausgelost wird. Der Voreinstellzähler 34- beginnt dann damit, die Signalimpulse Sd zu zählen, die vo-:a zweiten Ausgang 26b des Detektors 24 an den Voreinstellzähler 34- gelangen und fügt den Spannungsbetrag von jedem dieser Signalimpulse der gleich zu Anfang in Voreinstellzähler 34- auftretenden Spannung Eo zu- Wenn die Summe aus der Spannung Eo und aus den Spannungen der Signalimpulse Sd einen vorgegebenen Spannungspegel Ep erreicht, erzeugt der Voreinstellzähler 34- ein im Diagramm (j) in Fig. 4 dargestelltes Ausgangssignal Sj. Das Ausgangssignal Sj wird daher vom Voreinstellzähler 34 früher bzw. in Abhängigkeit von der kleineren Zahl η der Signalimpulse Sd,anstatt der grösseren Zahl m der in der Speicherschaltung 32 gespeicherten Signalimpulse Sg erzeugt, wie dies aus dem Diagramm (i) in Fig. 4 hervorgeht. Das Ausgangssignal Sj des Voreinstellzählers 34· bestimmt den Zeitpunkt, an dem der Zündfunke in jedem der Zylinder auftritt, so dass der Zeitraum cF zwischen dem in Form eines Impulses auftretenden Signal Sj und dem am Ende des Betriebszykluses des Voreinstellzählers 34- diesem zugeführten Signalimpuls Sc die Grosse, der Vorzündung darstellt, die bei einem bestimmten Arbeitszyklus gewünscht wird. Da bei diesem Beispiel die Zahl η der vom Voreinstellzähler 34- gezählten Signalimpulse Sb proportional der Winkelgeschwindigkeit der Motorantriebswelle 36 ist, wird der Zündzeitpunkt mit höherer Dreh-

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zahl weiter nach vorn verschoben, bzw. es tritt bei höherer Drehzahl eine frühere Vorzündung auf.

Das Steuersignal Sj kann auch zur Speicherschaltung 32 zurückgeführt werden, so dass die während eines Arbeitszykluses der Speicherschaltung gespeicherten Impulse Sg gelöscht werden,und die Speicherschaltung 32 während des darauffolgenden Arbeitszykluses die Impulse Sg speichern kann.

Das Ausgangssignal des Voreinstellzählers 34- kann einer geeigneten Steuereinrichtung zugeführt werden, die in Abhängigkeit vom Steuersignal Sj eine Drehbewegung erzeugt, durch die die Unterbrecherkontakte, oder die Steuernocke für die Unterbrecherkontakte im Zündverteiler auf einen früheren Zündzeitpunkt eingestellt werden, wenn der Zündverteiler Unterbrecherkontakte auf v/eist. Bei einem Zündverteiler in einer MagnetZündanlage kann das vom Voreinstellzähler 3¹^ bereitgestellte Steuersignal einer Steuerschaltung für den Magnetkern-Zeitgeber des Verteilers oder der Transistor-Steuerschaltung des Magnetkern-Zeitgebers direkt zugeleitet werden.

Der erfindungsgemässe Zündeinsteller weist den Vorteil auf, dass die Steuerung wesentlich weniger stark als bei bekannten Einrichtungen durch kleinere oder zufällig und kurzzeitig auftretende Schwankungen und Änderungen der Betriebsbedingungen, insbesondere im Zusammenhang mit Schwankungen und Änderungen der Motordrehzahl beeinflusst wird. Die Steuereinrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung ist daher nahezu fehlerfrei im Gegensatz zu den bekannten Zündverteilern, bei denen derartige Schwankungen und Änderungen zu fehlerhaften Einstellungen führen. Diese-Vorteile des erfindungsgemässen Zündverstellers sind auf den Umstand zurückzuführen, dass die Drehzahl der Motorantriebswelle auf digitaler Weise gemessen v/ird, und dass die Zündverstellung durch ein digitales Signal gesteuert wird, das nur von den wesentlichen Änderungen der Motorbetriebsbedingungen abhängt. Die Steuerkennwerte und -kennlinien bei dem erfin- -dungsgemässen Zünverteiler können durch Änderung der Schaltungs-

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anordnung in geeigneter Weise verändert werden, beispielsweise dadurch, dass die Funktionsgeber und/oder der Ausgleichsignal-Generator, die Teile der erfindungsgenässen Einrichtung sind,
abgeändert werden.

Die beschriebene Ausführungsform stellt lediglich ein Beispiel für einen Zündverteiler dar, der gemäss der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Selbstverständlich können verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen v/erden, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke überschritten vrerden würde. Beispielsweise wurde der Voreinstellzähler 34, der in Fig. 1 dargestellten
Schaltungsanordnung so ausgebildet, dass er die im Diagramm
(i) von Fig. 4 dargestellten Eigenschaften aufweist. Es könnte auch ein Voreinstellzähler 34 verwendet werden, der eine Spannung aufbaut., die proportional oder in einer anderen Weise
korreliert ist mit der reziproken Grosse der Zahl m der
in der Speicherschaltung 32 gespeicherten Signalimpulse Sg.
Von dieser Spannung könnte dann jedesmal dann ein vorgegebener Spannungswert abgezogen werden, wenn dem Voreinstellzähler vom Detektor 24 Signalimpulse Sd zugeführt werden, so dass der Voreinstellzähler 34 das Ausgangssignal Sj dann erzeugt, wenn die dabei entstehende Spannung Null wird.

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Claims

Patentansprüche

Einrichtung zum Verstellen des Zündseitpunktes bei einem Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch Analogsignale erzeugende Einrichtungen (10, 12, 14, 16, 18), die auf die Kotordrehzahl und auf den Unterdruck in der Hotoransaugleitung ansprechen und ein Analogsignal erzeugen, das sich in Abhängigkeit von der gemessenen Drehzahl und dem gemessenen Unterdruck in der Ansaugleitung entsprechend vorgegebener Schemata ändert, durch Digitalsignale erzeugende Einrichtungen (20, 22), die in Abhängigkeit von ausgewählten, die Funktionskennwerte des Hotors beeinflussenden Parametern eine Impulsfolge (Sb) mit einer mit diesen Parametern im Zusammenhang stehenden Impulsfolgefrequenz erzeugen, durch auf die Drehzahl der I'Iotorantriebsvralle (;;G) ansprechende Detektoreinrichtungen (2·τ), die eine Folge von ersten Impuls er» (Sc) erzeugen, wobei jeder Impuls einen Zeitpunkt wiedergibt, bei dem der Kolben jedes Zylinders in Bezug auf de;: entsprechenden Zylinder eine vorgegebene LaC₃e einnimmt, und die eine Folge von zweiten Impulsen (Sd) mit einer Folgefrequenz bereitstellen, die der Winkelversetzung der Motorantriebswelle (36) proportional ist, durch eine auf die von der den Detektoreinrichtungen (24-) kommenden ersten Impulse ansprechende Auswerteschaltung (23), die die von der Digital ignale erzeugenden Einrichtung (20, 22) kommenden Impulse während eines Zeitraumes durchlässt, der sich in Abhängigkeit vom von den Analogsignale erzeugenden Einrichtungen (10, 12, 14, 16, 18) bereitgestellten Analogsignal gemäss einem vorgegebenen Schema ändert, durch eine Speicherschaltung (32), die die durch die Auswerteschaltung (28) hindurchgelassenen Impulse während der Zeitintervalle zwischen den ersten, von den Detektoreinrichtungen (24) kommenden Impulsen speichert, und durch einen auf die ersten, von den Detektoreinrichtungen (24) kommenden Impulse ansprechende Zählerschaltung (34), die ein Zündzeitpunkt-Verstellsignal

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(kj) zu einem Zeitpunkt erzeugt, der proportional zur Zahl der in der Speicherschaltung (32) gespeicherten Impulse und proportional zur Eolgefrequenz der zweiten, von den Detektoreinrichtungen (24) kommenden Impulsen (Sd) verschoben wird.

Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Analogsignale erzeugende Einrichtungen (10, 12, 14-, 16, 18) folgende Teile auf v/eist: Einen die Motordrehzahl messenden Motordrehzahliaesser (10), der eine von der gemessenen Drehzahl abhängige Ausgangsspannung bereitstellt, einen Messfühler (12) für den Unterdruck in der Ansaugleitung, der den Unterdruck in der Hotoransaugleitung feststellt und eine vom gemessenen Unterdruck in der Ansaugleitung abhän-. gige Ausgangsspannung erzeugt, einen ersten, auf die Ausgangsspannung des Motordrehzahlniessers (10) ansprechenden Funktionsgeber (14 ) , der eine erste Signal spannung ("Vr) erzeugt, die sich in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Motordrehzahlmessers (10) gem'dss einem vorgegebenen Schema ändert,einen zweiten, auf die Ausgangsspannung des Unterdruck-Hessfühlers (12) ansprechenden Funktionsgeber (16), der ein zweites Signal erzeugt, welches sich gemäss einem vorgegebenen Schema mit der Ausgangsspannung des Unterdruck-Ilessfühlers (12) ändert, und eine Spannungssummierstufe (18), die eine Signalspannung erzeugt, welche gleich der Summe der von dem ersten und zweiten Funktionsgeber (14, 16) kommenden ersten und zweiten Signalspannung ' ist.

Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (28) folgende Teile aufweist: Einen auf die ersten, von den Detektoreinrichtungen (24) kommenden Impulsen (Sd) ansprechenden Sägezahngenerator, der einen Sägezahnimpuls mit einer Impulsdauer erzeugt, die kürzer ist als die Zeitintervalle zwischen den ersten, von den Detektoreinrichtungen (24) kommenden Impulsen (Sc), und mit einer Anstiegzeit, die bei Auftreten der ersten, von den Detektoreinrichtungen (24) kommenden Impulsen (Sc) be-

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ginnt, und eine Vergleichsschaltung, die das von den Analogsignale erzeugenden Einrichtungen (10, 12, 14-, 16, 13) kommenden Analogsignal mit dem Sägezahnimpuls (Se) vergleicht und einen Hechteckimpuls (Sf) erzeugt, wenn das Analogsignal (Va) höher ist als der Sägezahnimpuls (Se),und einen Schaltungsteil, der die von den Digital signale, erzeugenden Einrichtungen (20, 22) kommenden Impulse dann zur Zählerschaltung durchlässt, wenn der von der Vergleichsschaltung kommende Rechteckimpuls (Se) auftritt.

4-. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Zähl er schaltung (34) als Basissignal eine Spannung erzeugt, die proportional der Zahl der Impulse ist, die während der jeweiligen Zeitintervalle zwischen den ersten, von den Detektoreinrichtungen (24) kommenden Impulsen in der Speicherschaltung (32) gespeichert werden, wobei diesem Basissignal jedes Mal dann ein vorgegebener Spannungswert zuaddiert wird, wenn der zweite, von den Detektoreinrichtungen (24) kommende Impuls (Sd) an der Zähl er schaltung (34·) auftritt, und wobei das Zündpunkt-Vers teil signal von der Zähl er schaltung (24-) dann bereitgestellt wird, wenn die Summe der von der Zählerschaltung (34·) erzeugten Spannung und der dieser Spannung zuaddierten Spannungswerte einen vorgegebenen Wert (Ep) überschreitet.

5. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1. bis 4-, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählerschaltung (34) als Basissignal eine Spannung erzeugt, die proportional dem Eeziprokwert der Zahl der Impulse ist, die während der Zeitintervalle zwischen den von den Detektoreinrichtungen (24-) kommenden ersten Impulsen (Sc) in der Speicherschaltung (32) gespeichert wurden, und die von dieser Spannung Jedes Mal dann einen vorgegebenen Spannungswert abzieht, wenn der zweite, von den Detektoreinrichtungen (24·) kommende Impuls (Sd) an die Zähl er schaltung (24-) gelangt, und die das Zündpunkt-Vers teilsignal (Sj) erzeugt, wenn die in der Zäh-

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lerschaltung (34) erzeugte Spannung Null wird.

6. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Signale erzeugenden Einrichtungen (20, 22) einen auf die ausgewählten Parameter ansprechenden Signalgenerator (20) zur Erzeugung eines Ausgangssignales, das sich gemäss einen vorgegebenen Schema mit den Parametern ändert, sowie einen Impulsgenerator (22) aufweisen, der eine Impulsfolge mit einer Wiederholungsfrequenz erzeugt, die mit der Ausgangsspannung des Signalgenerators (20) in Zusammenhang steht, wobei die vom Impulsgenerator (22) erzeugten Impulse (Sb) die Impulse von den digitale Signale erzeugenden Einrichtungen (20, 22) darstellen.

7· Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Stellung des Kolbens bezüglich des entsprechenden Zylinders dem oberen Totpunkt des Kolbens entspricht.

8. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinrichtungen (24) folgende Teile aufweisen: Eine sich mit der Motorantriebswelle (36) drehende Kreisscheibe (38), einen ersten auf dem Aussenumfang der Kreisscheibe (33) angebrachten Kreisring (4-2) mit mehreren darin eingesetzten Permanentmagneten (46), die um die Drehachse der Kreisscheibe (38) herum voneinander Jeweils mit dem gleichen Winkel beabstandet sind, wobei die Zahl der Permanentmagnete (46) halb so gross ist, wie die Zahl der der Antriebswelle (36) zugehörigen Zylinder, einen auf dem Aussenumfang der Kreisscheibe (38) angebrachten zweiten Kreisring (44) mit mehreren Süd- und Nordpol-Bereichen,' die um den ganzen Umfang des Ringes herum abxtfechselnd auftreten, einen ersten, mit dem ersten Kreisring (42) zusammenwirkenden elektromagnetischen Fühler (48), der immer dann einen Strom erzeugt, wenn jeweils einer der Permanentmagnete (46) auf der Kreisscheibe (38) mit dem

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Fühler (48) magnetisch in Verbindung tritt, wenn die Exeisscheibe (38) durch die Antriebswelle (36) gedreht wird, wobei dieser Ausgangsstrom den ersten, von den Detektoreinrichtungen (24-) bereitgestellten Impuls bildet, einen zweiten mit dem zweiten Kreisring (44·) zusammenwirkenden elektromagnetischen Fühler (50), der immer dann einen Ausgangsstrom erzeugt, wenn einer der Polbereiche mit gleicher Polarität mit dem zweiten elektromagnetischen Fühler (50) in magnetische Verbindung tritt, wenn die Kreisscheibe (33) von der Hotorantriebswelle (36) angetrieben wird, wobei dieser von dem zweiten elektromagnetischen Fühler (50) erzeugte Ausgangsstrom den zweiten,von den Detektoreinrichtungen (24) bereitgestellten Impuls (Sd) bildet. .

Einrichtung nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator (20) wenigstens eine der folgenden Einrichtungen aufweist: Einen Temperaturfühler, der die Motortemperatur feststellt und ein von der festgestellten Motortemperatur abhängiges Ausgangssignal erzeugt, einen die Umgebungstemperatur feststellenden Fühler, der eine von der festgestellten Umgebungstemperatur abhängige Ausgangsspannung erzeugt, sowie einen den Atmosphären druck feststellenden Fühler, der eine von dem festgestellten Atmosphärendruck abhängige Ausgangsspannung erzeugt.

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