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Impulsgeber zur Ubermittlung von Informationen betreffend Motordrehzahl
und Phase an einen elektronischen Regler der Brennstoffzufuhr in einem Einspritz-Verbrennungsmotor.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgeber zur Ubermittlung
der Informationen Uber Drehzahl-und Motorphase an einen elektronischen Regler der
Brennstoffzufuhr zu einem Einspritz-Verbrennungsmotor.
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Es ist bekannt, daß bei Einspritz-Verbrennungsmotoren, bei denen die
Brennstoffzufuhr durch Einspritzung desselben in die Luftansaugeleitung erfolgt,
besondere Regler der jeweils eingespritzten Brennstoffmenge und zur Synchronisierung
der Einspritzung mit der jeweils in Betracht kommenden Zylinderphase notwendig sind.
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In den meisten FEllen erfolgt diese Regelung der eingespritzten
Brennstoffmenge
durch Regler, der immer häufiger elektronischer Art sind, in Abhängigkeit von der
Motordrehzahl und von einer weiteren Größe, die zwischen dem in der Zufuhrleitung
vorhandenem Unterdruck und dem Winkel der Drosselklappe gewählt werden kann. Die
Synchronisierung der Einspritzung mit der diesbezüglichen Zylinderphase wird hingegen
auf Grund von in geeigneter Weise gesammelten Phaseninformationen ausgeftihrt.
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Bei den herkömmlichen elektronischen Keglern dieser Art, werden die
notwendigen Informationen bezüglich Drehzahl und Phase, von einem Impulsgeber geliefert,
der in geeigneter Weise mit der Motorwelle verbunden ist, so daß eine oder mehrere
Impulsreihen abgegeben werden, in welchen die Informationen über die Drehzahl aus
der Dauer und Frequenz der Impulse bestehen, während die Phaseninformationen gewöhnlich
von der Lage der ansteigenden Flanke der Impulse gegeben werden.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuen und verbesserten
Impulsgebers, der imstande ist, die geforderten Informationen Uber die Motordrehzahl
und Phase an einen elektronischen Regler der Brennstoffzufuhr in einem Einspritz-Verbrennungsmotor
zu liefern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Impulse gebers gelost,
der im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß er mindestens einen an einer
vorbestimmten Stelle längs eines Umkreises angeordneten magnetisch empfindlichen
Schalter aufweist, sowie Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes zur Umschaltung
des genannten Schalters und rotierende Mittel, die mechanisch mit der Motorwelle
verbunden sind,
so daß sie sich mit einer der Motorwellendrehzahl
proportionalen Geschwindigkeit und mit einem vorbesimmten Phasenverhältnis in Bezug
auf die Motorwelle drehen und es ermöglichen, daß das Magnetfeld periodisch an den
Schalter angelegt wird, um dessen Momentanumschaltung mit einer Dauer und Frequenz,
die von der Drehzahl der rotierenden Mittel abhängt, sowie mit einer Phase, die
von dem genannten Phasenvérhältnis abhängt, zu bewirken.
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Der erfindungsgemäße Impulsgeber verwertet demnach das Prinzip, die
periodische Umschaltung des elektrischen Stromkreises mittels eines tsagnetfeldes
zu steuern, das periodisch an einen magnetisch empfindlichen Schalter angelegt wird.
rndem die Dauer und Frequenz, mit denen das Magnet feld angelegt wird, von der Motordrehzahl
abhängig und mit der Motorphase übereinstimmend gemacht werden, wird es möglich,
eine Impulsreihe zu erhalten, bei welcher die Dauer und die Frequenz der Impulse
die Informationen Uber die Motordrehzahl darstellen und die Lage der ansteigenden
Flanke der Impulse die Phaseninformation darstellt. Die derart erzielte Impuls reihe
besitzt den wesentlichen Vorteil, keinen Rückprall (in technischer Hinsicht) aufzuweisen,
eine Bedingung, welche manchmal bei Reglern, mit welchen der erfindungsgemäße Impulsgeber
zusammengeschaltet werden soll, wesentlich ist.
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Selbstverständlich kann die Anzahl der im erfindungsgemEssen Impulsgeber
vorgesehenen magnetisch empfindlichen Schalter je nach dem verwendeten Regler und
insbesondere je nach der Steuerart der verwendeten Einspritzddsen
Abänderungen
erfahren. Ein sehr gew8hnlicher Fall ist zum Beispiel derjenige, in welchem die
unabhängige phasenverschobene BetAt*Wkel*der zu den verschiedenen Zylindern gehörenden
Einspritzdüsen vorgesehen ist. In diesem Fall soll der Impulsgeber offenbar eine
der Anzahl der Zylinder des Motors entsprechende Anzahl untereinander phasenverschobener
Wellen reihen abgeben und infolgedessen muß er mit ebenso vielen magnetisch empfindlichen
Schaltern bestockt sein, die mit etsprechenden gegenseitigen Abständen längs eines
Umkreises anzuordnen sind, so daß das erzeugte Magnetfeld an dieselben der Reihe
nach mit derselben Dauer und Frequenz, aber mit einer verschiedenen Phase, angelegt
werden kann.
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In gleicher Weise können die Mittel, welche das Magnetfeld erzeugen,
und die rotierenden Mittel, welche die periodische Anlegung des Magnetfeldes an
die verschiedenen magnetisch empfindlichen Schalter regeln, je nach der Art des
auszuntitzenden gewflnschten Magnetfeldes verschiedene Formen aufweisen. Will man
nämlich ein zeitlich konstantes und ortsfestes Magnetfeld verwenden, dann können
die Mittel zu seiner Erzeugung beispielsweise aus einer mit Gleichstrom gespeisten
Spule gebildet sein, die auf einen ortsfesten, mit gegen die Schalter gerichtete
Polschuhpaare aufweisenden Magnetkern aufgewickeltist, während die rotierenden Mittel
aus einer rotiereziden Abschirmung bestehen können, die zwischen dem Magnetkern
und den Schaltern liegt und eine Offnung besitzt, die es dem Magnetfeld ermöglicht,
an denjenigen oder an diejenigen Schalter angelegt zu werden, die jeweils von der
Offnung selbst während der Umdrehung des Schirmes abgedeckt werden. Falls man dagegen
ein zeitlich konstantes, aber räumlich bewegliches Magnetfeld benützen will, dann
können die Mittel zu seiner Erzeugung zum Beispiel aus einer mit Gleichstrom gespeisten
Spule bestehen,
die auf einen rotierenden Magnetkern gewickelt ist
(de gleichzeitig auch die vorhergehend definierten ItUmlaufmittel bildet), welcher
ein einziges Paar von Polschuhen besitzt, das durch seine Umdrehung jeweils gegen
die verschiedenen magnetisch empfindlichen Schalter gerichtet wird. Wenn man schließlich
ein räumlich bewegliches und auch zeitlich versnderliches Magnetfeld benUtzen will,
dann kennen die Mittel zur Erzeugung des Magnet feldes zum Beispiel aus Spulen bestehen,
die auf die einzelnen Schalter gewickelt sind, (um sogenannte "reed-relays" oder
Lamellenrelaistt zu bilden) und die der Reihe nach mittels eines Bürsten-und Kollektorsystems
oder mittels Schaltern periodisch gespeist werden, welche die genannten rotierenden
Mittel bilden.
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Jedenfalls können außerdem den verschiedenen magnetisch empfindlichen
Schaltern Polarisationsspulen (oder Magnete) zugeordnet werden, welche die Aufgabe
haben, ein Polarisations-Magnetfeld zu erzeugen, das dem Hauptmagnetfeld entgegenwirkt,
das selbstverständlich die gleiche Stärke auf weisen und dem von den genannten Polarisationsspulen
erzeugten entgegengerichtet sein muß.
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Schließlich soll hervorgehoben werden, daß ein derart ausgebildeter
Impulsgeber auch bei anderen Einrichtungen benützt werden kann, welche Informationen
über die Drehzahl und Phase (zusammen oder nicht) benötigen, wie bei Regeleinrichtungen
zur Ztlndvoreilung, bei Zünd-und Umschaltvorrichtungen der Zündkerzen oder bei einem
geeigneten als Drehzahlzähler dienenden Voltmeter Die Kennzeichen und die Vorteile
der vorleigenden Erfindung werden nach der folgenden eingehenden Beschreibung einiger
ihrer Ausführungsformen besser verstanden werden, die zur Anwendung bei einem Regler
für einen Einspritz-
Verbrennungsmotor bestimmt sind, dessen Einspritzdüsen
unabhängig gesteuert werden. In der nachstehenden Beschreibung, die nur als nicht
einschränkendes Beispiel angesehen werden soll, wird auf d#e beiligenden Zeichnungen
Bezug genommen, in welchen: Fig.1 eine erste Ausfflhrungsform des erfindungsgemäs
sen Impulsgebers im Axialschnitt darstellt; Fig.2 eine Perspektivansicht ist, welche
das Detail einer ringförmigen mit Öffnung versehenen Abschirmung zeigt, die im Impulsgeber
nach Fig.1 enthalten ist, Fig.3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Impulsgebers in Axialschnitt darstellt, Fig.4 eine Perspektivansicht eines Details
von einem Magnetkern ist, der den Träger für eine das Magnetfeld erzeugende Spule
bildet und im Iapulsgeber nach Fig.3 enthalten ist, Fig.5 eine dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Impulsgebers in Axialschnitt darstellt, Fig.6 ein Grundriß
des Impulsgebers nach Fig.5 mit abgenommenem Gehäuse ist, Fig.7, 8, 9 weitere drei
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Impulsgebers im Axialschnitt zeigen, Fig.
10 eine weitere Ausftthrungsform des erfindungsgemäßen Impulsgebers im Schnitt längs
der Linie X-X der Fig.11 zeigt, und Fig.11 einen teilweisen Schnitt-Grundriß des
Impulsgebers nach Fig; 10 darstellt.
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Der in den Fig.l und 2 dargestellte Impulsgeber besteht aus einem
Außengehäuse 1, das durch einen Deckelflansch 2 abgeschlossen ist, mittels welchem
es an irgendeinem geeigneten Teil des Kraftfahrzeuges befestigt werden kann.
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Mit dem Gehäuse 1 ist ein Innenkörper 3 verbunden, der als Lager für
vier Lamellenschalter 4 dient, die mit gleichem Abstand längs eines Umkreises angeordnet
sind und je aus einem Paar von (normalerweise offenen) Lamellenkontakten 5 und 6
bestehen, die in einem Gehäuse 7 eingeschlossen und mit entsprechenden Anschluß
leitern 8 und 9 verbunden sind.
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Das Lager 3 trägt außerdem innerhalb des durch die Schalter 4 gebildeten
Umkreises, einen Magnetkern 10, mit hoher iagnetischer Durchlässigkeit, welcher
aus einem Ring 11 besteht, aus welchem in radialer Richtung nach außen vier Paare
von Polschuhen 12 und 13 vorstehen, die entsprechend der Schalter 4 angeordnet sind.
Auf dem Magnetkern 10 ist eine Isolierrolle 14 vorgesehen, auf welche eine elektrische
mit Gleichstrom gespeiste Spule 15 aufgewickelt ist. Im Inneren des Gehauses 1 und
des Lagers 3 ist gleichachsig zum Kern 10, zur Rolle 14 und zur Spule 15 eine Welle
16 drehbar gelagert, die mechanisch mit der Motorwelle gekuppelt ist, so daß sie
sich mit einer der Drehzahl der Motorwelle proportionalen Drehzahl und in genauem
und konstantem Phasenverhältnis zu dieser dreht.
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Insbesondere kann die Welle 16 mit der Ztindverteilerwelle verbunden
sein und in diesem Fall kann der Flansch 2 (mit bekannten Mitteln) auf dem Gehäuse
des Zündverteilers selbst befestigt werden. Auf der Welle 16 ist mittels eines Keiles
17 eine ringförmige Abschirmung 18 aus Magnetstoff (Fig.2) aufgekeilt, die eine
weite Öffnung 19 besitzt,die sich über einen Winkel erstreckt, der im Laufe der
Projektierung in Abhängigkeit von der Höchstdrehzahl des Motors und der Hochstdauer
der Einspritzung bestimmt werden kann. Wie aus Fig.1 hervorgeht, befindet sich die
Abschirmung 18 zwischen zwei konzentrischen Umkreisen, die von den Schaltern 4 und
den Polschuhen 12 und 13 gebildet werden.
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Während des Betriebes erzeugt der durch die Windungen der Spule 15
fliessende Strom ein zeitkonstantes und ortsfestes Magnetfeld, dosen Fluss sich
durch die Polschuhe 12 und 13 auf den Kontakten 5 und 5 nur desjenigen oder derjenigen
Schalter 4, die jeweils durch die Öffnung 19 der der umlaufenden Abschirmung 18
abgedeckt werden, oder aber auf dem Schirm 18 schließt. Diese Schalter (die zusammen
mit der Spule 15 und dem Magnetkern 10 praktisch die sogenannten "reed-relays" oder
"Lamellenrelays" bilden) schliessen also in wiederholter periodischer Reihenfolge
mit einer Dauer und einer Frequnz, die vond er der Drehzahl des Schirmes 18 und
infolgedessen des Motors abhingen; gleichzeitig liefert der Augenblick des Schliessens
der Schalter (abhängig vom Phasenverhältnis zwischen der Welle 16 und der Welle
des Zündverteilers und vom Aufkeilwinkel des Schirmes 18 auf Welle 16) eine Information
über die Motorphase. Die vier Schalter bewirken daher die Erzeugung von ebenso vielen
untereinander phasenverschobenen Impulsreihen, von welchen jede die gewünschten
Informationen über die Drehlzahl und Phase des Motors enthält.
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Der in Fig.3 und 4 dargestellte Impulsgeber unterscheidet sich von
denjenigen der Fig.1 und 2 dadurch, daß die drehbare Abschirmung 18 weggelassen
worden ist, und daß der Magnetkern 10, der hier mit einem einzigen Paar von Polschuhen
12 und 13 versehen ist, die sich Uber einen Winkel erstrecken, der demjenigen der
Öffnung 19 der Abschirmung 18 der vorher# gehenden Ausführungsform entspricht, nunmehr
mit einem auf der Welle 16 mittels eines Keiles 21 befestigten Lager 20 verbunden
ist. Zwei Platten 22 und 23 dienen außerdem als
Gegengewicht zu
den Polschuhen 12 und 13, so daß die durch die umlaufenden Massen erzeugten Fliehkräfte
im Gleichgewicht gehalten sind.
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Zufolge dieser Form des Magnetkernes 10 und der zwischen demselben
und der Welle 16 bestehenden Verbindung, ist das durch die Spule 15 (die zum Beispiel
mittels eines BUrstensystems und eines Ringkollektors gespeist ist) erzeugte Magnetfeld
zeitkonstant, aber dreht sich räumlich zusammen mit der Welle 16, so daß es der
Reihe nach an die verschiedenen Schalter 4 angelegt wird, die sich jeweils dem Polschuhen
12 und 13 gegenüber befinden. Auch in diesem Fall schliessen diese Schalter £ür
eine Zeitdauer und mit einer Frequenz} die von der Drehzahl des Motors abhängen
un-d liefern infolgedessen ebenso viele, untereinander phasenverschobene Impulsreihen,
von welchen jede die gewtlnschten Informationen bezüglich Motordrehzahl und Phase
enthalt.
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Der in den Fig.5 und 6 dargestellte Impulsgeber unterscheidet sich
seinerseits von demjenigen der Fig.3 und 4,sowie von demjenigen der Fig.1 und 2
dadurch, daß die Einheit zur Erzeugung des Magnetfeldes bestehend aus dem Magnetkern
10 und der Spule 15 (oder aus einem Permanentmagneten der dieselbe Wirkung hat),
durch vier Spulen 24 ersetzt ist, die auf die verschiedenen Schalter 4 aufgewickelt
sind( so daß echte "reed-relayst' gebildet werden), wobei je ein Ende an eine Speisung
und das andere Ende an den entsprechenden von vier leitenden Sektoren 25 (die durch
Isolierabstandsstücke 26 getrennt sind) eines Kollektorringes 27 angeschlossen ist,
auf dem die von einem auf der Welle 16 mittels eines Keiles 30 befestigten Lager
29 getragene Bürste 28 schleift.
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Es ist klar, daß die Umdrehung der Welle 16 der Borste 28 die Möglichkeit
gibt, der Reihe nach mit den verschiedenen Sektoren 25 des Kollektorringes 27 in
Berührung zu kommen und infolgedessen, dank der damit erhaltenen Brdverbindung,
die Speisung der Reihe nach an die Spulen 24 anzulegen und folglich das aufeinanderfolgende
Schliessen der Schalter 4 zu bewirken. Die somit erzeugten Impuls reihen besitzen
offenbar die gleichen Kennzeichen wie diejenigen, welche von den Impulsgebern der
vorhergehenden Figuren erzeugt werden.
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Die in den Fig.7 und 8 dargestellten Impulsgeber sind im wesentlichen
gleich denjenigen der Fig.1 und 2 bzw.3 und 4, ausgenossen den Unterschied, daß
um jeden der Schalter 4 eine Spule 31 gewickelt it, die dauernd mit Gleichstrom
gespeist wird und die bezweckt, ein derartiges Polarisations-Hagnetfeld zu erzeugen,
daß die Kontakte des entsprechenden Schalters bis zum Augenblick der Anlegung des
von der Spule 15 erzeugten Haupt-Magnetfeldes mit Sicherheit geschlossen bleiben.
Dieses letztere Feld muß selbstverstXndlich derart stark sein, daß es das von dem
einzelhen Polarisationsspulen erzeugte Feld tibersteigt, um die Offnung der verschiedenen
Schalter der Reihe nach zu gestatten.
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Das Prinzip, die einzelnen Schalter mit eigenen Polarisationsimpulsen
zu versehen, (die durch eine einzige gemeinsame Spule für alle Schalter oder durch
einen oder mehrere Dauermagneten ersetzt werden können), welche die Aufgabe besitzen,
die Schalter selbst geschlossen zu halten, bis der Reihe nach das Hauptmagnetfeld
angelegt wird, wird auch im Impulsgebev nach Fig.9 wiederholt, der ansonsten im
wesentlichen gleich wie derjenige der Fig.5 und O ausgebildet ist. Die anderen Unterschiede
bestehen tatsächlich nur darin,
daß die Hauptspulen 24 nicht auf
die Schalter 4, sondern auf die Polarisationsspulen 31 aufgewickelt sind, die ihrerseits
auf einer Rolle 32 aufgebracht sind, die auch als Lager fUr Polschuhe 33 und 34
aus magnetischem Material Mit hoher Durchlässigkeit dient und daß die Erdanschlüsse
der Spulen 24 hier mit entsprechenden Bürsten 35 verbunden sind, die auf einer auf
der Welle 16 aufgekeilten Kollektorscheibe 36 schleifen, die einen leitenden Sektor
45 besitzt, dessen Öffnungswinkel bei der Projektierung zu berechnen ist, ähnlich
wie der Offnungswinkel 19 dr Abschirpung 18 des Inpulsgebers der Fig.1 und 2 und
der Winkel der Polschuhe 12 und 13 des Magnetkernes 10 des Inpulsgebers der Fig.3
und 4. Es ist klar, daß die Wirkungsweise des Impulse gebers nach Fig.9 derjenigen
des Impulsgebers nach Fig.5 und 6 entspricht, sel#stverstänlich unter Hinzuftigung
von Polarisations-Magnetfelder, welche die Schalter 4 bis zum Aus genblick geschlossen
halten, in den das Hauptnagnetfeld angelegt wird. Schließlich ist der in den Fig.
10 und 11 dargestellte @mpulsgeber praktisch demjenigen der Fig.5 und 6 gleich,
nit den einzigen Unterschied, daß der Erdanschluß jeder Spule 24 über einen Schalter
37 erfolgt, der aus einen festen Kontakt 38 (der nit der Spule verbunden ist) und
aus einen beweglichen Kontakt 39 gebildet ist, der ton einen auf einen festen Stift
41 drehbar gelagerten Hebel 40 getragen wird, der durch eine Feder 42 gegen die
Schließlage der Kontakte 38 und 39 gedrückt wird, die in Fig.11 dargestellt ist,
und der aus dieser Lage mittels einer auf der Welle 16 aufgekeilten Nockenscheibe
43 periodisch entfernt wird, die auf eine Na#e 44 einwirkt, welche von jedem der
Hebel 40 vorsteht. In der Praxis ist also nur das System von Bürsten und Kollektor
durch ein Schaltersystem ersetzt. Die allgemeine Wirkungsweise des Impulsgebers
bleibt offenbar unverändert.
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Es wurde vorhergehend erwähnt, daß die Lage der ansteigenden Flanke
der durch den erfindungsgemäßen Impulsgeber erzeugten Impulse die verlangte Information
über die Motorphase darstellt. Im Falle der in den Zeichnungen dargestellten Impulsgeber,
hängt diese Lage der ansteigenden Flanke der Impulse, außer von dem zwischen der
Welle 16 und der Welle des Zündverteilers bestehenden Phasenverhältnis, offenbar
auch vom Aufkeilwinkel der Abschirmung 18 (Impulsgeber der Fig.1 und 2 und Impulsgeber
nach Fig.7), vom Aufkeilwinkel des Magnetkernes 10 (Impulsgeber der Fig.3 und 4
und Impulsgeber nab8 Fig.8), vom Aufkeilwinkel des Kollektors 27 oder 36 (Impulsgeber
der Fig.5 und 6 und Impulsgeber der Fig.9) und vom Aufkeilwinkel der Nockenscheibe
43 (Impulsgeber der Fig. 10 und 11) ab. Die derart erhaltene Phaseninformation ist
infolgedessen genau und wird von den Projektierungsdaten festgelegt. Sie kann jedoch
in Bezug auf den Aufkeilwert auch verSndert werden, indem geeignete mechanische
und/oder elektrische Vorrichtungen verwendet werden. In ersten Fall kennen zum Beispiel
Einrichtungen verwendet werden, die imstande sind, den Aufkeilwinkel im VerhEltnis
zum Unterdruck im Motor zu verändern, oder Systeme mit Zentrifugalmassen, während
im zweiten Fall Vorrichtungen zur Anwendung kommen können, welche imstande sind,die
Speisespannung der Spule oder der Spulen welche das Hauptmagnetfeld erzeugen, abzuändern,
zum Beispiel ein mechanisch betriebenes Potentio#eter, oder eine Vorrichtung, welche
die Verarbeitung der in den aus den Lamellenschaltern austretenden Signalen enthaltenen
techometrischen Information verwerten. Es geht infolgedessen klar die Moglichkeit
hervor, Variationen der Einpritzphase zu erhalten (und der Zündung,im Falle daß
der Impulsgeber auch zur Zündung verwendet wird), die von der Drehzahl des
Motors,
dem Unterdruck in der Ansaugleitung oder nach Verlangen von den Erfordernissen des
Motors abhängen, wobei die Phasenänderungen in Abhängigkeit von allen genannten
Grossen, oder nur von einer derselben verwirklicht werden können.