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Steuervorrichtung für den Zündzeitpunkt bei
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einem Verbrennungsmotor Die Erfindung bezieht sich auf Zündzeitpunkt-Steuersysteme
für Verbrennungsmotoren eines Kraftfahrzeuges und insbesondere auf ein Zündzeitpunkt-Steuersystem,
mit dem der Zündzeitptmkt proportional zu einer Voreilungssteuerspannung gesteuert
werden kann.
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Bekanntlich wurden bereits Einrichtungen vorgeschlagen, mit denen
der Zündzeitpunkt elektrisch zu steuern ist. Diese Einrichtungen weisen gewöhnlich
einen Kondensator auf, der während einer bestimmten Drehperiode der Kurbelwelle
des Motors aufgeladen und in Abhängigkeit von Ansteuersignalen entladen wird. Der
Entladestrom wird in Abhängigkeit von Steuersignalen geregelt, um den Zündzeitpunkt
zu bestimmen, und der Augenblick, bei dem die Entladung des Kondensators beendet
ist, wird durch die Voreilungssteuersignale gesteuert.
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Im Hinblick darauf können die Einrichtungen auch einen monostabilen
Multivibrator aufweisen, der durch ein Bezugswinkel signal derart angesteuert ist,
daß ein Ausgangssignal entsprechend gleich wird, um damit eine Drehzahl in ein Spannungssignal
umzuformen. Das Spannungssignal und das Bezugswinkelsignal werden mit Hilfe eines
Zählers gezählt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, mit dem eine intrigierende Schaltung
gesteuert ist. Ein Ausgangssignal der integrierenden Schaltung und das Voreilungssteuersignal
werden in einer Rechnerschaltung verglichen. Bei einer anderen Ausführung werden
die Lade- und Entladeströme des Kondensators mit Hilfe eines Eonstantstromkreises
gesteuert, um ein Zündzeitpunkt-Steuersignal umgekehrt proportional zu dem Voreilungssteuersignal
zu erhalten. Bei der bisherigen Ausführung, bei der der monostabile Multivibrator
benutzt wird, hängen die Voreilungseigenschaften von den Betriebseigenschaften des
monostabilen Multivibrators ab, So daß es schwierig ist, eine zuverlässig arbeitende
und einfach einzustellende Schaltung zu schaffen. Tritt z. B. in dem monostabilen
Multivibrator Rauschen auf, so erzeugt der Mulitvibrator Ansteuersignale mit der
Folge eines fehlerhaften Arbeitens der Schaltung. Ein weiterer Nachteil bei der
bisherigen Ausführung liegt darin, daß eine Zeitverzögerung in der Schaltung während
des Abgleichvorganges auftritt. Bei der zuletzt erwähnten Ausführung, bei der eine
Konstantstromschaltung benutzt wird, werden das Voreilungssteuersignal und der tatsächliche
Zündzeitpunkt umgekehrt proportional zueinander, wodurch in diesem Fall die Rechengenauigkeit
in einem bestimmten Rechenbereich erheblich verschlechtert wird.
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Bei diesen bisherigen Ausführungen wird ein Suft- Eraftstoff-Gemisch
durch in der Schaltung auftretendes Rauschen gezündet, so daß ein unverbranntes
Gemisch erzeugt wird.
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Ist die Rechengenauigkeit vermindert oder tritt eine Zeitverzögerung
auf, so entsteht außerdem ein Fehler bei einem Zündzeitpunkt, wodurch der Verbrennungswirkungsgrad
erheblich vermindert wird.
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Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine verbesserte Steuervorrichtung
für den Zündzeitpunkt zu schaffen, bei der die Nachteile der bisherigen Anordnungen
nicht mehr auftreten.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Steuervorrichtung für den Zündzeitpunkt zu schaffen, die nicht durch Rauschen beeinflusst
wird und sehr zuverlässig arbeitet.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Steuervorrichtung für den Zündzeitpunkt zu schaffen, bei deren Betrieb keine Zeitverzögerung
auftritt.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Steuervorrichtung für den Zündzeitpunkt zu schaffen, bei der ein tatsächlicher Zündzeitpunkt
proportional zu einem Voreilungssteuersignal bestimmt wird, um damit die Betriebsgenauigkeit
zu verbessern.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte
Steuervorrichtung für den Zündzeitpunkt zu schaffen, die einfach im Schaltungsaufbau
ist und einen leichten Abgleich der Schaltung zu läßt.
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Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich im einzelnen noch stärker aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung
mit der beiliegenden Zeichnung. In dieser zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer
erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für den Zündzeitpunkt, Fig. 2 ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel eines Bezugswinkel-Signalgenerators, der ein Teil der in Fig.
1 gezeigten Vorrichtung bildet, Fig. 3 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise
des in Fig. 2 gezeigten Signalgenerators, Fig. 4 eine Schaltung im einzelnen der
in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, Fig. 5 ein Zeitdiagramm zum Erläutern der Arbeitsweise
der in Fig. 4 gezeigten Vorricntung, Fig. 6 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der
Arbeitsweise eines anderen Ausführungsbeispiels eines Bezugswinkel-Signalgenerators,
der ein Teil der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung bildet, Fig. 7 eine Darstellung
eines Teiles eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Bezugswinkel-Signalgene
rators und Fig. 8 ein Zeitdiagramm zum Erläutern der Arbeitsweise des in Fig. 7
gezeigten Generators.
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In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
für den Zündzeitpunkt dargestellt. Wie gezeigt, weist die Steuervorrichtung für
den Zündzeitpunkt einen Bezugswinkel-Signalgenerator 10 auf, der erste Ausgangssignale
bei einem ersten bestimmten Kurbelwellenwinkel, d.h. beim oberen Totpunkt eines
jeden Motorzylinders und zweite Ausgangssignale bei einem zweiten bestimmten Kurbelwinkel,
d.h. 600 nach dem oberen Totpunkt erzeugt. Diese Ausgangssignale werden an eine
Signalformerschaltung 12 gegeben, mit der eine Signalformung der Ausgangssignale
durchgeführt wird. Die Ausgangssignale der Signalformerschaltung werden an eine
Schalterschaltung 14 gegeben, die eine Voreilungssteuerspannung VO , die in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl und dem Ansaugunterdruck des Motors erzeugt wird, und eine
Konstantspannung Vc umgekehrter Polarität erhält. Die Schalterschaltung 14 spricht
auf die Ausgangs signale der Signalformerschaltung 12 an und gibt wahlweise eine
der Spannungen Ve und Vc an eine integrierende Schaltung 16.
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Die integrierende Schaltung 16 integriert abwechselnd die Voreilungssteuerspannung
V0 und die Konstantspannung Vc um ein sä-gezahnförmiges Ausgangssignal zu erzeugen.
Dieses Ausgangssignal wird dann an einen Vergleicher 18 gegeben, der das Sägezahnsignal
mit einer Bezugsspannung vergleicht, um ein Ansteuersignal als Bestimmungssignal
für einen Zündzeitpunkt zu erzeugen. Dieses Ansteuersignal wird an eine Zündeinheit
20 gegeben, durch die eine Zündkerze zum Bewirken des Zündvorganges erregt wird.
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Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für den in Fig. 1
gezeigten Bezugswinkel-Signalgenerator 10 und Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel
der von dem Signalgenerator 10 erzeugten Ausgangs signalform.
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In Fig. 2 gibt ein Bezugszeichen 22 einen Rotor eines Verteilers an,
der gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, wie dieses in Fig. 2 dargestellt ist.
Der Rotor 22 ist mit einer Vielzahl von Erfassungsteilen in Form von Vorsprüngen
22a ausgebildet, die an in Umfangsrichtung mit gleichen Abständen vorgesehenen Stellen
des Rotors 22 vorgesehen sind und der Anzahl der Motorzylinder, d.h. vier Zylindern
bei dem in Fig. 2 gezeigten usführungsbeispiel, entsprechen. Der Signalgenerator
10 weist ein Paar von Detektoren 24 und 26 auf.
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Der erste Detektor 24 ist aus einem Polstück 28, dessen Enden um 900
abgewinkelt sind, einem auf einem Mittenteil des Polstücks 28 befestigten Magneten
30 und einer Spule 32 gebildet, die den Magneten 30 umgibt und mit Anschlüssen 34
verbunden ist. In gleicher Weise ist der zweite Detektor 26 aus einem Polstück 76,
mit um 900 abgewinkelten Enden, einem auf einem Zwischenteil des Pol stücks 36 befesigten
Magneten 38 und aus einer Spule 40 gebildet, die den Magneten 38 umgibt und mit
Anschlüssen 42 verbunden ist. Bei dieser Anordnung wird die Änderung des magnetischen
Plusses, der die Wicklung 32 kreuzt, einen maximalen Wert beim oberen Totpunkt annimmt
und ein Ausgangssignal an Anschlüssen 34 auftritt, das durch die in Fig. 3 gezeigte
Signalform a dargestellt ist. Das Polstück 36 des zweiten Detektors 26 ist so angeordnet,
daß die Enden rung des magnetischen Flusses über die Wicklung 40 einen maximalen
Wert annimmt, wenn der Rotor 22 um 300 gegenüber dem oberen Totpunkt, entsprechend
600 Kurbelwinkel, gedreht ist, so daß dann die Wicklung 40 ein durch die Signalform
b in Fig. 3 gezeigtes Ausgangssignal erzeugt.
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Fig. 4 zeigt eine Schaltung im einzelnen der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
für den Zündzeitpunkt, wobei gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen tragen
wie in Fig. 1.
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Fig. 5 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der
in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung. In Fig. 4 werden die ersten und zweiten Ausgangssignale
von dem Bezugswinkelsignalgenerator 10 an die Signalformerschaltung 12 gegeben,
die aus ersten und zweiten Schmitt-Triggerschaltungen 12a und 12b gebildet ist,
um jeweils Ausgangssignale Vs und VR zu erzeugen, die unterschiedliche Phase zueinander
haben. Das Ausgangssignal Es wird an den Setzeingang S eines SR-Flip-Flops FF gegeben,
das Teil einer Schalterschaltung 14 bildet, während das Ausgangssignal VR an den
Rücksetzanschluß R des Flip-Flops FF gegeben wird.
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Auf diese Weise wird das Flip-Flop FF in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal
V5 gesetzt, um ein Ausgangssignal an seinem Q-Ausgang zu erzeugen, wie dieses durch
die Signalform Q in Fig. 5 gezeigt ist. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, steigt das Ausgangs
signal Q synchron mit der abfallenden Flanke des ersten Ausgangssignals V5 an und
fällt synchron mit der abfallenden Flanke des zweiten Ausgangssignals VR ab. Das
Q-Ausgangssignal wird daher einen hohen logischen Pegel während eines bestimmten
Zeitintervalls vom oberen Totpunkt bis 600 von diesem und einen niedrigen logischen
Pegel während eines zweiten bestimmten Zeitintervalls von der Drehstellung von 600
bis zu dem nächsten oberen. Totpunkt annehmen. Das Q-Ausgangssignal ist invers zum
Q-Ausgangssignal. Das Q-Ausgangssignal und das -Ausgangssignal werden jeweils an
erste und zweite Schalter SW1 und SW2 gegeben. Jeder der ersten und zweiten Schalter
SW1 und SW2 ist aus einem Analogschalter gebildet, der irgendeinen bekannten Aufbau
haben kann. Der Analogschal ter SW1 ist mit seinem Eingang zur Aufnahme eines Voreilungssteuersignals
V0 und mit seinem Ausgang mit einem Ausgang des Analogschalters SW2 verbunden, dessen
Eingang zur Aufnahme einer Konstantspannung Vc geschaltet ist. Auf diese Weise steuert
der Analogschalter SZ1 die Zuführung der Voreilungssteuerspannung Vg an die integrierende
Schaltung 16 in Abhängigkeit von dem Q-Ausgangssignal des Flip-Flops FF.
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Der Analogschalter SZ2 steuert die Zuführung der Konstantspannung
Vc
an die integrierende Schaltung 16. Die Analogschalter SW1 und SW2 sind geschlossen,
wenn ihre Eingangssignale einen hohen logischen Pegel annehmen. Während des ersten
bestimmten Zeitintervalls vom oberen Totpunkt bis zu 600 Kurbelwinkel wird daher
die Voreilungssteuerspannung din an die integrierende Schaltung 16 gegeben uni während
eines zweiten bestimmten Zeitintervalls von dem Punkt von 600 bis zum nächsten oberen
Totpunkt wird die Konstantspannung Vc an die integrierende Schaltung 16 gegeben.
Die integrierende Schaltung 16 weist einen Verstärker AMP, einen zwischen die Ausgänge
der Schalter SW1 und SW2 und den Eingang des Verstärkers AMP geschalteten Widerstand
R, eine Diode D und einen Kondensator C auf, die parallel zwischen den Eingang und
den Ausgang des Verstärkers AMP geschaltet sind. Infolge dieser Anordnung erzeugt
die integrierende Schaltung 16 ein sägezahnförmiges Ausgangssignal, wie dieses in
Fig. 5 durch das Signal VI gezeigt ist. Die Diode D der integrierenden Schaltung
16 dient als eine Einrichtung zum Zwingen cbs Ausgangssignals der integrierenden
Schaltung 16 auf einen Wert von nahe Null. Das Ausgangssignal der integrierenden
Schaltung 16 wird an einen Vergleicher 18 gegeben, durch den das Ausgangssignal
VI mit einer Bezugsspannung verglichen wird, die nahe 0 ist und ein Ausgangssignal
VT wird als ein Ansteuersignal erzeugt.
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Dieses Ansteuersignal wird an die Zündeinheit 20 gegeben, die die
Zündung synchron mit der abfallenden Flanke des Ansteuersignals bewirkt.
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Die Beziehung zwischen der Voreilungssteuerspannung V0 und dem Zünizeitpunkt
wird anschließend im einzelnen erläutert.
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Die Amplitude VMdes Ausgangssignals VI der integrierenden Schaltung
16 ändert sich proportional zur Voreilungssteuerspannung Ve und dem Zeitintervall
t0 und wird ausgedrückt als: VM k.V9.t0
wobei k eine Konstante
ist. Da die Amplitude des Ausgangssignals V1 sich derart ändert, daß sie sich einem
Pegel von 0 mit konstanter Geschwindigkeit infolge der Eonstantspannung Vc annähert,
ist das Zeitintervall t, während dem die Amplitude des Ausgangssignals VI sich einem
Pegel von 0 nähert, proportional zur Amplitude VM und in der folgenden Weise auszudrücken:
t = k' VM = k?.V0.t0 Dieser Ausdruck wird umgeschrieben zu t/to = k11 V@
= wobei g und und @o die Kurbelwinkel jeweils zu Zeitpunkten t und t0 angeben.
Daraus ist zu erkennen, daß der Zündzeitpunkt proporiional zur Voreilungssteuerspannung
Vg sich ändert. Der änderbare Bereich des Kurbelwinkels @ # wir wird ausgedrückt
zu: # = 180 - 90 = 120° Während sich der einstellbare Bereich des Kurbelwinkels
mit der Abnahme von- Oo vergrößert, ist darauf hinzuweisen, daß der einstellbare
Bereich des Kurbelwinkels @ # so so eingestellt wird, daß er ein kleinerer
Wert ist, um die Rechenzuverlässigkeit zu verbessern. Gewöhnlich wird der Wert des
Kurbelwinkels #0 so gewahlt, daß er in dem Bereich zwischen 60 und 1200 liegt und
der Wert von @ # in in dem gleichen Bereich liegt.
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Wie bereits erwähnt wurde, befinden sich die Voreilungssteuerspannung
« und der Kurbelwinkel @ # in in einer geeigneten Beziehung zueinander, wodurch
eine hohe Genauigkeit in der Berechnung selbst beim kritischen Wert des einstellbaren
Bereichs erhalten wird, so daß der einstellbare Bereich des Kurbelwinkels zur
Herstellung
eines genauen Zündzeitpunktes wirksam benutzt werden kann. Wie in Fig. 5 gezeigt
ist, wird der Zündzeitpunkt verzögert, wenn die Voreilungssteuerspannung V0 einen
hohen Pegel hat, und voreilend verschoben, wenn die Voreilungssteuerspannung einen
niedrigen Pegel hat.
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Da das Zwingen des Ausgangssignals der integrierenden Schaltung 16
mit Hilfe der Diode D durchgeführt wird, behält das Ausgangssignal der integrierenden
Schaltung einen hohen Pegel in der Nähe eines Pegels von 0 bei. Es ist darauf hinzuweisen,
daß eine zuverlässigere Schaltung durch Benutzung von Schalterelementen, wie z.B.
bipolaren Transistoren oder Feldeffekttransistoren erhalten werden kann. Darüberhinaus
kann die integrierende Schaltung 16 derart modifiziert werden, daß sie mit einer
Seite einer Speisequelle von z.B. 12 Volt verbunden wird und eine Bezugsspannung
von der Hälfte der Ausgangsspannung der Speisequelle benutzt wird. Die Voreilungssteuerschaltung
Vg und die Konstantspannung Vc werden an die integrierende Schaltung in einem besonderen
Verhältnis zu der Bezugsspannung eingegeben, wodurch die integrierende Schaltung
in der gleichen Weise arbeiten wird, wie dieses bereits erwähnt wurde. In diesem
Fall ist die in denVergleicher 18 benutzte Bezugsspannung vorzugsweise auf einen
Wert eingestellt, der nahe der in der integrierenden Schaltung benutzten Bezugsspannung
liegt.
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Obwohl der Bezugswinkelsignalgenerator als ein erste und zweite Detektoren
magnetischer Bauart aufweisender Generator gezeigt und beschrieben wurde, ist darauf
hinzuweisen, daß der Bezugswinkelsignalgenerator in irgendeiner anderen Weise aufgebaut
sein kann, solange er zur Erzeugung von. Ausgangssignalen bei einem Bezugswinkel
und einem bestimmten Winkel in Bezug auf diesen Bezugswinkel dient. So kann z.B.
der Bezugswinkel signalgenerator mechanische Kontakte aufweisen, die so angeordnet
sind,
daß die in Fig. 6 gezeigten Ausgangssignale erzeugt werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
können die Detektorteile des Rotors 22' in der in Fig. 7 gezeigten Weise ausgebildet
sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die in Fig. 2 gezeigten Polstücke 28
und 36 fortgelassen werden und der Bezugswinkelsignalgenerator erzeugt hier Ausgangssignale,
wie sie in Fig. 8 gezeigt sind. Das Flip-Flop FF wird in Abhängigkeit von den positiven
Impulsen gesetzt und in Abhängigkeit von den negativen Impulsen des in Fig. 8 gezeigten
Ausgangssignals zurückgesetzt.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich damit, daß bei der vorliegenden
Erfindung der Zündzeitpunkt proportional zu einer Voreilungssteuerspannung bestimmt
wird, so daß damit die Steuervorrichtung für den Zündzeitpunkt in sehr zuverlässiger
Weise selbst an- den Grenzen des einstellbaren Bereichs des Kurbelwinkels arbeiten
kann, wodurch der wirksame einstellbare Bereich der Voreilung vergrößert werden
kann.
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Es ist außerdem darauf hinzuweisen, daß, da der Zündzeitpunkt proportional
zum Voreilungssteuerspannungssignal ist, das Steuersignal keine besonderen Eigenschaften
haben muß, wodurch ein Steuerspannungssignalgenerator schaltungsmäßig vereinfacht
werden kann.
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Es ist außerdem darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Steuervorrichtung
für den Zündzeitpunkt eine integrierende Schaltung anstelle eines monostabilen Multivibrators
benutzt, der in seinem Betrieb instabil ist, wodurch ein fehlerhaftes Arbeiten vermieden
werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache begründet, daß, da eine
Konstantstromschaltung und eine Abgleichschaltung bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
für den Zündzeitpunkt nicht benutzt werden, der Schaltungsaufbau vereinfacht werden
kann, leicht Einstellungen
und Abgleiche vorgenommen werden können,
und die Berstellungskosten zu vermindern sind.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die erfindungsgemäße Steuervorrichtung
zum Voreilen des Zündzeitpunktes sehr schnell anspricht.