DE2329046C2

DE2329046C2 - Schaltungsanordnung zur elektronischen Erzeugung von Winkelmarken für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2329046C2
Application number: DE2329046A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. 7141 Möglingen Kiencke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-06-07
Filing date: 1973-06-07
Publication date: 1983-03-24
Also published as: US3943898A; JPS5032336A; GB1477472A; SE388913B; DE2329046A1; FR2232955A5; SE7407468L; JPS5819851B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Erzeugung von Winkelmarken als Bezugsgrößen für die Festlegung der Zündzeitpunkte einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Solche Zündanlagen sind beispielsweise aus der DE-AS 19 17 389, der DE-AS 20 10 999 sowie der US-PS 35 92 178 bekannt. In diesen bekannten Anlagen werden die Zündzeitpunkte bezüglich von einem Geber erzeugten Winkelmarken festgelegt. Dabei bilden diese Winkelmarken den Ausgangspunkt für die Bestimmung des Zündzeitpunkts in Abhängigkeit des augenblicklichen Betriebszustands der Brennkraftmaschine. Die Anzahl dieser Winkelmarken muß dabei auf der Kurbelwelle der halben Anzahl der Kolben entsprechen, während sie auf der Nockenwelle der gleichen Anzahl der Kolben entspricht Beim angegebenen Stand der Technik wird zur Erzeugung eines Zündzeitpunkts jeweils ausgehend von einer durch einen Geber erzeugten Winkelmarke ein Berechnungs-Vorgang ausgelöst Dazu ist ein Impulsgeber vorgesehen, der bei jeder Umdrehung der Geberantriebswelle eine Vielzahl von Winkelimpulsen abgibt Diese werden zur Erzielung einer Drehzahlinformation zunächst während einer festen Zeitspanne gezählt, anschließend

ίο wird vom erreichten Zahlenwert aus bis zu einem Auslösezahlenwert weitergezählt, der den Zündzeitpunkt festlegt Bei der nächsten Winkelmarke beginnt der Vorgang erneut abzulaufen, um den nächsten Zündzeitpunkt zu erzeugen. Bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen muß dieser Vorgang pro Umdrehung mehrfach ablaufen und es sind pro Umdrehung mehrere Winkelmarken notwendig. Die Problematik bei den bekannten Systemen besteht darin, zur Erzielung einer guten Genauigkeit diese Winkelmarken sehr exakt festzulegen und dabei die Vielfalt der Einflußgrößen, wie z. B. die Drehzahl, die Temperatur sowie elektrische Einflußgrößen für den Geber auszuschalten. Besonders unerwünschte Auswirkungen ergeben sich, wenn aufgrund der genannten Einflußgrößen eine Verschiebung der Winkelmarken gegeneinander stattfindet. Weiterhin ergeben sich vor allem für vielzylindrge Brennkraftmaschinen in der Konstruktion aufwendige Geberanordnungen, die für jede Zylinderzahl neu konstruiert werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen eine einzige, durch einen Winkelgeber erzeugte Winkelmarke auf elektronischem Wege zu vervielfachen. Im Gegensatz zum angegebenen Stand der Technik, wo es vor allem darauf ankommt, ausgehend von Winkelmarken einer rotierenden Geberanordnung Auslöseimpulse für den jeweiligen Zündvorgang der Brennkraftmaschine abzuleiten, ist das wesentliche hier, diese Winkelmarken exakt und einfach zu erzeugen und darüber hinaus eine vielseitig einsetzbare Geberanordnung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in vorteilhafter Weise gelöst. Da die Vervielfachung der Winkelmarken auf elektronische Weise erfolgt, ist für alle Arten von Brennkraftmaschinen mit verschiedener Zylinderzahl nur ein einziger Gebertyp mit einer Winkelmarke erforderlich. Durch die digitale Auszählung der weiteren Winkelmarken ist deren Winkellage zur einzigen durch den Geber erzeugten Winkelmarke sehr

so exakt und unabhängig von Einflußgrößen. Eine Anpassung an andere Brennkraftmaschinen mit anderer Zylinderzahl ist ohne Veränderung der Geberanordnung möglich. Es brauchen lediglich die Dekodierwerte zur elektronischen Erzeugung der Winkelmarken verändert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich.

Besonders vorteilhaft ist dabei die Erzeugung von Winkelmarken von Brennkraftmaschinen mit unsymmetrischer Zündung. Bei kurbelwellengesteuertem Geber können die Dekodierwerte der Dekodierstufe durch ein N^ckenwellensignal für zwei aufeinanderfolgende Umdrehungen auf einfache Weise umgeschaltet werden. Die Erzeugung von Winkelmarken für unsymmetrische Zündanlagen durch eine kurbelwellengesteuerte Geberanordnung wäre ansonsten nicht realisierbar. Der

Realisierung über eine nockenwellengesteuerte Geberanordnung hätte den Nachteil einer größeren Ungenauigkeit

Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen sind nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Erzeugung von Winkelmarken bei einer Brennkraftmaschine mit symmetrischer Zündung,

F i g. 2 eine entsprechende Schaltungsanordnung unter Berücksichtigung einer unsymmetrischen Zündung,

Fig.3a eine Auslösestufe für einen Dekodierer im Falle unsymme<rischer Zündung mit einem D-Flip-Flop, F i g. 3b eine weitere Auslösestufe mit einem D-Flip-Flop und einer bistabilen Kippstufe,

Fig.4a ein Kreisdiagramm zur Darstellung der gegenseitigen Lage von Winkelmarken und Zündzeitpunkten während einer Kurbelwellenumdrehung einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit symmetrischer Zündung und

F i g. 4b ein Kreisdiagramm zur Darstellung der Lage der Winkelmarken einer Sechszylinder-Brennkraftmaschine mit unsymmetrischer Zündung.

Nach F i g. 1 ist der Pluspol einer nicht dargestellten Gleichstromquelle über einen durch die Kurbelwelle betätigbaren Schalter 10 zur Markierung des oberen Totpunktes mit einem Reseteingang 21 eines Zählers 20 verbunden. An seinem Zähleingang 23 ist ein Winkelimpulsgeber 13 für den Kurbelwellendrehwinkel angeschlossen, während sein Ausgang über die Leitungen 22 mit einem aus logischen Gattern aufgebauten Dekodierer 25 verbunden ist Ein Ausgang 27 des Dekodierers 25 ist an einem Eingang 51 einer Berechnungsstufe 50 für den Zündzeitpunkt angeschlossen. Zu ihr führen auch die Leitungen 52 mit Meßgrößen der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel dem Druck p, der Drehzahl η und der Temperatur 7: Eine Zündanlage 55 ist schließlich am Ausgang 53 dieser Berechnungsstufe 50 angeschlossen. Zusätzlich ist ein Zündverteiler 41 und eine mit der Kurbelwelle in Verbindung stehende Nockenwelle 40 eingezeichnet

F i g. 2 zeigt die Schaltungsanordnung zur elektronischen Erzeugung von Winkelmarken bei unsymmetrischer Zündung. Die bereits in der F i g. 1 enthaltenen Schaltungsteile sind hier mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Als Ergänzung führt in der vorliegenden Fig.2 eine weitere Leitung vom Pluspol der nicht dargestellten Gleichstromquelle über einen durch die Nockenwelle 40 betätigbaren Geber 12 auf einen Eingang 31 einer Auslösestufe 30. Außerdem ist ein zweiter Eingang 33 der Auslösestufe 30 über eine Leitung 11 mit der Zählerseite des oT-Scha'ters 10 verbunden, während ihr Ausgang 32 mit einem weiteren Eingang 26 des Dekodierers 25 in Verbindung steht.

In Fig.3a bildet die Auslösestufe 30 der Fig. 2 ein D-Flip-Flop 300 mit einem Impulseingang 310 und einem Takteingang 330. Sie sind identisch mit den Eingängen 31 und 33 der Auslösestufe 30. Der Ausgang 32 dieser Auslösestufe 30 entspricht im übrigen dem nicht invertierenden Ausgang des D-Flip-Flops 300.

In Fig.3b bilden die Eingänge 31 und 33 der Auslösestufe 30 die Eingänge einer bistabilen Kippstufe mit den NOR-Gattern 311 und 312. Der Eingang 33 der Auslösestufe 30 ist dabei ein Eingang des NOR-Gsttters 312, dessen Ausgang mit dem Signaleingang 310 des D-Flip-Flops 300 gekoppelt ist. Außerdem ist der Eingang 33 mit dem Takteingang 330 des D-Flip-Flops 300 verbunden, dessen Ausgang mit dem Ausgang 32 der Auslösestufe 30 übereinstimmt.

Nach der Beschreibung der Schaltungsanordnungen folgt nun im Anschluß die Erläuterung ihrer Wirkungsweise.

In den F i g. 1 und 2 markiert das Schließen des Schalters 10 den oberen Totpunkt eines Kolbens. Die Kontaktgabe dieses Schalters 10 bewirkt dabei ein ίο Löschen des Zählerstandes im Zähler 20. Bei sich drehender Kurbelwelle gibt der Winkelimpulsgeber 13 eine Impulsfolge ab, deren Länge proportional zum überstrichenen Kurbelwellenwinkel ist und die im Zähler 20 aufsummiert wird Die Zahlenwerte des Zählers 20 werden über die Leitungen 22 dem Dekodierer 25 zugeführt an dessen Ausgang 27 die Winkelmarken abgegeben werden. In der nachfolgenden Berechnungsstufe 50 werden diese Winkelmarken als Ausgangswerte für die Bestimmung der Zündzeitpunkte unter Berücksichtigung der Drehzahl n, der Temperatur f und dem Druck ρ verwendet Schließlich sorgt die mit dem Ausgang 53 der Berechnungsstufe 50 in Verbindung stehende Zündanlage 55 für die Erzeugung der Zündimpulse, die mit Hilfe des Zündverteilers 41 den einzelnen Zylindern zugeführt werden.

Wird als Beispiel eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine betrachtet, so entspricht die Umdrehungszahl der Kurbelwelle dem Zweifachen der Nockenwellenumdrehungen. Während einer halben Nockenwellenumdrehung, beziehungsweise einer vollen Kurbelwellenumdrehung müssen demnach zwei Zündimpulse erzeugt werden. Bei symmetrischer Zündung liegen sie dabei genau um 180° gegeneinander versetzt Zur Auslösung dieser Zündimpulse werden zwei Winkelmarken benötigt, die in der vorliegenden Schaltung aufgrund des Zählerergebnisses bestimmt werden. Die vom Zähler 20 ausgehende und in binärer Form vorliegende Winkelangabe der Kurbelwelle wird schließlich zur Erzeugung der Winkelmarken im Dekodierer 25 benützt.

Bei unsymmetrischer Zündung ist zur eindeutigen Bestimmung der einzelnen Winkelmarken ein Nockenwellensignal erforderlich. In der entsprechenden Schaltungsanordnung nach F i g. 2 wird zu dieser Bestimmung sowohl ein Nockenwellensignal vom Geber 12 als auch ein oT-Signal vom Schalter 10 als Taktimpuls der Auslösestufe 30 zugeführt Das Nockenwellensignal kann dabei infolge des Taktens mit dem oT-Signal ungenau sein. Ein im Geber 12 ausgelöstes und über den

so Eingang 31 der Auslösestufe 30 nach der F i g. 3a dem Impulseingang 310 des D-Flip-Flops 300 zugeführten Nockenwellensignal erscheint nämlich erst im Anschluß an ein vom oT-Schalter 10 ausgelösten Signal am Ausgang 32. Die Schaltungsanordnung nach Fig.3b besitzt gegenüber der Schaltungsanordnung nach der F i g. 3a den Vorteil eines genau definierten Signals am Impulseingang 310 des D-Flip-Flops 300. Sowohl ein oT-Signal vom Schalter 10 als auch ein Nockenwellensignal vom Geber 12 bewirken in dieser Fig.3b ein Umschalten der bistabilen Kippstufe mit den beiden NOR-Gattern 311 und 312.

Die am Ausgang 32 der Auslösestufe 30 abgegebenen Impulse werden einem Eingang 26 der Dekodierstufe 25 zur Kennzeichnung des jeweiligen Kurbelwellenumlaufs zugeführt. Zur näheren Erläuterung dienen hier die Fig.4a und 4b. Bei einer in Fig.4a dargestellten symmetrischen Zündung einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine liegen sowohl die Zündmarken ZMi, 2 sowie

die beiden Zündzeitpunkte ZZPX, 2 symmetrisch in bezug auf den Kreismittelpunkt. Die Winkelmarke ZM1 liegt hier etwa 60° vor dem oberen Totpunkt des den Schalter 10 zur Erzeugung eines oT-Signais betätigbaren Kolbens. Der bezüglich dieser Winkelmarke ZMt berechnete Zündzeitpunkt ZZPl liegt hier etwas vor dem oberen Totpunkt Infolge der symmetrischen Zündung genügt hier die Festlegung von zwei Winkelmarken beziehungsweise die Berechnung von zwei Zündzeitpunkten, da die Zündungen in äquidistanten Zeitabschnitten aufeinander folgen und jeder Kolben nur ein Arbeitstakt während eines doppelten Kurbelwellenumlaufs besitzt

F i g. 4b zeigt ein Kreisdiagramm mit den Winkelmarken einer Sechszylinder-Brennkraftmaschine mit unsymmetrischer Zündung. Hier liegen die Winkelmarken beziehungsweise mit ihnen die Zündzeitpunkte, unregelmäßig verteilt über eine Nockenwellenumdrehung, das heißt über zwei Kurbelwellenumdrehungen. Die Rückstellung des Zählers 20 erfolgt jedoch über den von der Kurbelwelle betätigbaren Schalter 10, der Zählbereich entspricht daher einer Kurbelwellenumdrehung. Zur Unterscheidung der beiden Kurbelwellenumdrehungen während einer Nockenwellenumdrehung durch den Dekodierer 25 muß daher ein zusätzliches Signal im Dekodierer verarbeitet werden. Geliefert wird dieses Signal von der Auslösestufe 30 und es erscheint nur einmal während eines Nockenwellenumlaufs. Dem Dekodierer 25 ist damit eine Unterscheidungsmöglichkeit für die beiden gleichen Zählbereiche während einer Nockenwellenumdrehung gegeben. Über logische Verknüpfungen kann daher der Zählbereich über zwei Kurbelwellenumdrehungen erfaßt werden und damit können auch unsymmetrisch liegende Winkelmarken gesetzt werden. Für die anschließende Berechnung der Zündzeitpunkte ist die Symmetrie jedoch ohne Belang; sie erfolgt nur bezüglich der Winkelmarken. Berücksichtigung finden zur Berechnung des jeweils günstigen

Zündzeitpunktes die augenblicklichen Betriebsdaten der Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel die Drehzahl n, der Druck ρ und die Temperatur T.

Als Literatur sei hier im Zusammenhang mit dem

D- Flip- Flop sowie der bistabilen Kippstufe auf das Philipps-Fachbuch »Digitale Elektronic'in Meßtechnik und Datenverarbeitung« von Dokter und Steinhauer, Seiten 11—21, verwiesen. Auf den Seiten 46 und 47 des gleichen Buches ist ferner ein Vorwärtszähler beschrieben, wie er in den vorliegenden Schaltungsanordnungen nach F i g. 1 und 2 Verwendung finden kann.

Es sei noch vermerkt, daß zur Markierung des oberen Totpunktes eines Zylinders für den Schalter 10 jeder beliebige Geber verwendet werden kann, sofern er die gewünschte Genauigkeit für die Auslösung eines Impulses besitzt Außerdem kann das rationale Vielfache von 360° sowohl Werte oberhalb, als auch unterhalb von 360° umfassen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur elektronischen Erzeugung von Winkelmarken als Bezugsgrößen für die Festlegung der Zündzeitpunkte einer Brennkraftmaschine mit einem eine Vielzahl von Winkelimpulsen pro voller Umdrehung der Geberantriebswelle abgebenden Impulsgeber, mit einem Zähler zur Zählung von Impulsen des Impulsgebers sowie einem an seinen Ausgang angeschlossenen Dekodierer, mit einem, bei einer festlegbaren Winkelmarke durch einen Winkelgeber ausgelösten Signal zur Rückstellung des Zählers, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählvorgang kontinuierlich während einer vollen Umdrehung der Geberantriebswelle erfolgt und daß der Dekodierer (25) bei wenigsten? zwei Dekodierwerten anspricht die nach Betrag und Anzahl von der Anordnung und Zahl der Zylinder der Brennkraftmaschine abhängen und bei deren Erreichen durch den sich verändernden Zählerstand die Winkelmarken erzeugt werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dekodierer (25) die von der Kurbelwelle zu durchlaufenden Drehwinkel zwischen den oberen Totpunkten der einzelnen Kolben in Form bestimmter logischer Verknüpfungen für die Zahlenwerte des Zählers (20) enthält.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit unsymmetrischer Zündung ein in einem Geber (12) ausgelöstes Nockenwellensignal und ein Impuls eines bei einer festgelegten Winkelmarke betätigbaren Schalters einer Auslösestufe (30) zuführbar ist und der Ausgang (32) der Auslösestufe (30) mit einem Eingang (26) des Dekodierers (25) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die A-jslösestufe (30) ein D-Flip-Flop enthält, dessen Impulseingang (310) den Eingang (31) und der Takteingang (330) des D-FIip-Flops (300) den Eingang (33) der Auslösestufe (30) bildet.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem D-Flip-Flop (300) eine die beiden NOR-Gatter (311 und 312) enthaltende bistabile Kippstufe vorgeschaltet ist, deren Eingänge denen der Auslösestufe (30) entsprechen und daß das Signal vom Winkelgeber (10) außerdem dem Takteingang (330) des D-Flip-Flops zuführbar ist.