DE2352941C2 - Verfahren und Einrichtung zur Auslösung eines Impulses innerhalb eines Verstellbereiches einer Antriebsmaschine - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Auslösung eines Impulses innerhalb eines Verstellbereiches einer AntriebsmaschineInfo
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Description
60
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs sowie einer Einrichtung
zur Durchführung des Verfahrens. Ein solches Verfahren ist bereits aus der DE-OS 22 56 562 bekannt, bei der
ebenfalls eine Zündzeitpunktverstellung in Abhängigkeit mehrerer Parameter vorgenommen wird. Hierzu
sind jedoch zwei Geberanordnungen zur Steuerung erforderlich, wobei die eine aus einem rotierenden
Zahngeber besteht und die andere die Bezugsmarken liefert (Taktgeber). Aus der DE-AS 12 09 361 ist zwar
eine Einrichtung zur Zündzeitpunktverstellung bekannt, die nur mit einem einzigen Aufnehmer auskommt,
jedoch ist dort keine Zündzeitpunktverstellung in Abhängigkeit mehrerer Betriebsparameter möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das aus der DE-OS 22 56 562 bekannte Verfahren zur
Zündzeitpunktverstellung in Abhängigkeit mehrerer Parameter so weiterzubilden, daß eine sehr einfache
Geberanordnung mit einem einzigen Aufnehmer eingesetzt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen .des Hauptanspruchs löst diese Aufgabe und hat den Vorteil, daß durch die Verwendung
eines einzigen Aufnehmers eine wesentliche Vereinfachung und Verbesserung erzielbar ist, ohne daß auf eine
komfortable und exakte Zündzeitpunktverstellung in Abhängigkeit mehrerer Parameter verzichtet werden
muß. Dies ist vor allem auch deshalb wichtig, da durch die fortwährend strenger werdenden Abgasvorschriften
der exakten Einstellung des Zündzeitpunktes bei jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine besondere
Bedeutung zukommt. Trotz einer sehr einfachen Anordnung ist es möglich, die von Betriebsparametern,
wie z. B. der Drehzahl, der Temperatur, dem Unterdruck, der Last usw. abhängige Impulsfolge in einem
weiten Bereich zu verändern und dadurch jede gewünschte Verstellkennlinie zu erzeugen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Zudem ist in den Ansprüchen 3 bis
6 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben. Es zeigt
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur rein digitalen Bestimmung des Zündverstellwinkels,
F i g. 2 ein Impulsdiagramm zur Schaltungsanordnung nach Fig. 1,
Fig.3 eine Zählscheibe mit einem Markenfeld zur
Auslösung der Geberimpulse und
F i g. 4 eine einzelne Zündverstellkennlinie mit einem stellen Anstieg.
In Fig. 1 ist die Kurbelwelle 10 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine mit einer Zählscheibe
11 starr gekuppelt, die an Teilen ihres Umfanges bestimmte Mittel wie z. B. Zähne 12 zur Impulsauslösung
in einem Geber 13 besitzt. Ein Ausgang 14 des Gebers 13 ist über eine !mpulsformerstufe 15 mit einem
Zähleingang 16 eines Zählers 17 verbunden. Ein zweiter Ausgang 18 des Gebers 13 ist mit einem Eingang 19
einer Impuls-Triggerstufe 20 mit den Ausgängen 21, 22 und 23 gekoppelt. Der Ausgang 22 führt zu einem
Eingang 25 einer Torstufe 26 mit den weiteren Eingängen 27 und 28 und einem Ausgang 29. Dieser
Ausgang 29 führt zu einem Zähleingang 31 eines Zählspeichers 32. Der Ausgang 33 des Zählspeichers 32
steht dabei mit einem Eingang 38 eines Vergleichers 40 in Verbindung und ein Ausgang 37 des Zählers 17 mit
einem weiteren Eingang 39 des Vergleichers 40. Der Ausgang 41 dieses Vergleichers 40 steht mit einem
Eingang 42 einer Triggerstufe 43 in Verbindung, an deren Ausgang 44 eine bekannte Zündanlage 46 mit —
der Einfachheit halber — nur einer Zündkerze 47 angeschlossen ist. Zu einem zweiten Eingang 45 der
Triggerstufe 43 führt eine Leitung von einem Ausgang 48 einer Nullerkennungsstufe 49. Diese Nullerkennungs-
stufe 49 steht über ihren Eingang 50 mit dem Ausgang 23 der Impulstriggerstufe 20 in Verbindung. Ein weiterer
Eingang 51 der Nullerkennungsstufe 49 ist mit einem
Γ: Ausgang 35 des Zählspeichers 32 gekoppelt Von einem
: weiteren Ausgang 34 des Zählspeichers 32 führt eine
Leitung 53 zu einer Begrenzerstufe 54, deren Ausgang
55 auf einen Eingang 56 eines Frequenzgenerators 57
; geschaltet ist Während ein zweiter Eingang 58 des
Frequenzgenerators 57 mit einem ersten Verstellgiied
60 in Verbindung steht das z. B. für den Unterdruck ρ
;> die Werte für die Verstellung liefert, ist ein Ausgang 59
IJ des Frequenzgenerators 57 mit einem Eingang 28 der
Iv Torstufe 26 gekoppelt An einem weiteren Eingang 27
U der Torstufe 26 ist der Ausgang 62 eines Torzeitgliedes
'; 63 angeschlossen, dessen Eingang 64 mit einem zweiten
Verstellglied 65 in Verbindung steht In diesem zweiten
Verstellglied kann z. B. die Temperatur erfaßt werden.
Ein zweiter Eingang 66 des Torzeitgliedes 63 ist darüber
S hinaus mit einem Ausgang 24 der Impuls-T-iggerstufe
20 verbunden.
Eine Löschstufe 70 ist mit ihrem Eingang 71 am Ausgang 21 der Impuls-Triggerstufe 20 angeschlossen
und ihre beiden Ausgänge 72 und 73 sind mit einem Reset-Eingang 75 des Zählers 17 bzw. dem Reset- und
Umspeichereingang 76 des Zählspeichers 32 verbunden. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung
nach F i g. 1 dienen die Impulsdiagramme 2.1 bis 2.10 der Fig.2. Sämtliche Impulsdiagramme haben
dabei den gleichen Zeitmaßstab. Das Impulsdiagramm 2.1 zeigt das Ausgangssignal des Gebers 13. Es wird
durch die impulsauslösenden Zähne 12 auf der in Pfeilrichtung umlaufenden Zählscheibe 11 erzeugt, die
fest mit der Kurbelwelle 10 gekoppelt ist. Das Ausgangssignal der Impulsformerstufe 15 ist in 2.2
dargestellt und zeigt die positiven Halbwellen des Wechselspannungsanteiles ' des Gebersignales 2.1 in
einer Rechteckform.
Die Impuls-Triggerstufe 20 bestimmt den Gleichspannungsanteil des Gebersignales 2.1 und ihr Ausgangssignal
am Ausgang 22 ist in 2.3 dargestellt. Sowohl die Länge der Impulsfolge 2.2 mit konstanter Impulsanzahl
als auch das Ausgangssignal der Impuls-Triggerstufe 20 nach 2.3 sind drehzahlabhängig. Demgegenüber wird in
einem Torzeitglied 63 ein frei wählbarer Gleichspannungsimpuls 2.4 mit konstanter Länge erzeugt und über
einen Eingang 27 der Torstufe 26 zugeführt. Der Gleichspannungsimpuls 2.4 geht dabei in negative
Richtung und er beginnt jeweils bei dem Anfang des Gebersignals nach 2.1. In der Torstufe 26 werden diese
beiden Signale 2.3 und 2.4 addiert und während des daraus gebildeten Torsignals 2.5 bzw. der Torzeit kann
jeweils eine Folge von Impulsen aus dem Frequenzgenerator 57 auf den Zähleingang 31 des Zählspeichers
32 durchgeschaltet werden. Das Signal an diesem Zähleingang 31 ist im Impulsdiagramm 2.6 dargestellt.
Im Zählspeicher 32 erfolgt mit jedem Ende des Ausgangssignals 2.3 der Impuls-Triggerstufe 20 über die
Löschstufe 70 eine Umspeicherung des Zählergebnisses aus einem Zählerteil in einen Speicherteil des
Zählspeichers 32 und direkt im Anschluß daran wird der Zählerteil wieder auf Null zurückgestellt. Im Speicherteil
selbst überschreibt dabei jeder neue Zahlenwert den Inhalt des vorangegangenen. Bei einer am Zähleingang
31 anliegenden Impulsfolge nach 2.6 mit einer konstanten Impulsanzahl bleibt z. B. der Speicherinhalt
laufend konstant. Im Speicherteil steht daher jeweils der maximale Zählerstand von dem während der vorangegangenen
Periode am Zähleingang 31 aufgetretenen Signal.
Der Inhalt des Speicherteils vom Zählspeicher 32 liegt in jedem Augenblick an einem Eingang 38 des
Vergleichers 40 an. Im Zähler 17 werden nur jeweils die Impulsfolgen 22 aus der Impulsformerstufe 15 aufsummiert
Bei Übereinstimmung des Zahlenwertes im Zähler 17 mit dem Speicherinhalt vom Zählspeicher 32
gibt der Vergleicher 40 an seinem Auspang 41 einen Impuls ab. Dieser Impuls löst schließlich in der
Triggerstufe 43 einen weiteren Impuls für die Zündanlage 46 aus, von der schließlich die Zündkerze 47 einen
Zündimpuls erhält.
Sowohl die Impulslänge des Ausgangssignals 2.4 des Torzeitgliedes 63 als auch die Frequenz des Frequenzgenerators
57 lassen sich über ein erstes bzw. zweites Verstellglied in Abhängigkeit von Betriebsparametern
ändern. In F i g. 1 wirkt auf das zweite Verstellglied 65 die Temperatur, während auf das erste Verstellglied 60
der Unterdruck ρ einen Einfluß ausübt
In der Fig.2 besitzt im Impulsdiagramm 2.4 das Signal eine kleinere Impulslänge als das Impulssignal nach 23. Für den Fall einer sehr großen Umdrehungszahl der Zählscheibe 11 verringert sich die Impulsbreite des Signals 23 und das Signal 2.4 kann nun so eingestellt werden, daß bei der maximalen Drehzahl beide Impulslängen gleich groß sind. Durch die Torstufe 26 können in diesem Fall keine Impulse vom Frequenzgenerator 57 auf den Zähleingang 31 des Zählspeichers 32 mehr gelangen und damit bleibt auch der Speicherinhalt null. Da jedoch auch bei dieser Betriebsart Zündimpulse ausgelöst werden müssen, sorgt eine Nullerkennungsstufe 49 für das Durchschalten des Geberimpulses aus dem Gieber 13 direkt zur Triggerstufe 43. Man erhält auf diese Weise den maximalen Verstellw inkel vor dem oberen Totpunkt
In der Fig.2 besitzt im Impulsdiagramm 2.4 das Signal eine kleinere Impulslänge als das Impulssignal nach 23. Für den Fall einer sehr großen Umdrehungszahl der Zählscheibe 11 verringert sich die Impulsbreite des Signals 23 und das Signal 2.4 kann nun so eingestellt werden, daß bei der maximalen Drehzahl beide Impulslängen gleich groß sind. Durch die Torstufe 26 können in diesem Fall keine Impulse vom Frequenzgenerator 57 auf den Zähleingang 31 des Zählspeichers 32 mehr gelangen und damit bleibt auch der Speicherinhalt null. Da jedoch auch bei dieser Betriebsart Zündimpulse ausgelöst werden müssen, sorgt eine Nullerkennungsstufe 49 für das Durchschalten des Geberimpulses aus dem Gieber 13 direkt zur Triggerstufe 43. Man erhält auf diese Weise den maximalen Verstellw inkel vor dem oberen Totpunkt
Bei abnehmender Drehzahl wird die Länge des
Signals 2.3 größer, die Torzeit größer und mit ansteigender Impulsfolge 2.6 wird der Inhalt des
Zählerspeichers 32 größer. Folglich werden auch zunehmend mehr Geberimpulse benötigt, und am
Vergleicher 40 wird daher zu einem späteren Zeitpunkt
eine Übereinstimmung der zu vergleichenden Signale 2.8 und 2.9 erzielt. Das führt zu einem verzögerten
Ausgangsimpuls 2.10 und somit zu einem kleineren Verstellwinkel für die Auslösung der Zündung.
Der maximale Zählerstand im Zähler 17 ist durch die Anzahl der impulserzeugenden Zähne 12 auf der
Zählscheibe 11 festgelegt. Der maximale Speicherinhalt
des Zählspeichers 32 ist dagegen von der Länge des Torsignals nach 2.5 festgelegt, d. h. durch die währenddessen
auf den Zähleingang 31 des Zählspeichers 32 gelangende Impulsanzahl des Frequenzgenerators 57.
Durch die Begrenzerstufe 54 wird der maximale Inhalt des Zählspeichers 32 auf den Wert der Gesamtzahl der
im Zähler 17 auslösbaren Impulse begrenzt. Ein Ausgangssignal der Begrenzerstufe 54 stoppt daher die
Impulsabgabe des Frequenzgenerators 57, sobald der Zahlenwert im Zählerteil des Zählspeichers 32 diesen
Maximalwert erreicht.
Das Zähldiagramm 2.7 zeigt den Zahlenwert im Zählerteil des Zählspeichers 32, 2.8 den Speicherinhalt
des Zählspeichers 32,2.9 den Zahlenwert des Zählers 17 und »jhließlich 2.10 den Ausgangsimpuls des Vergleichers
40 über der Zeit aufgetragen.
Die Löschstufe 70 sorgt schließlich für die Rücksetzung des Zählers 17 sowie für die Rücksetzung und
Umspeicherung im Zählspeicher 32.
Der Verstellbereich richtet sich in der vorliegenden
Der Verstellbereich richtet sich in der vorliegenden
Schaltungsanordnung nach der Anordnung der impulsauslösenden Zähne 12 auf der Zählscheibe 11. Während
die Größe des Umfangbereiches der mit diesen Zähnen versehenen Zählscheibe für den Verstellbereich maßgebend
ist, steht die Dichte dieser Zähne für die Genauigkeit des Auslösezeitpunktes.
In Fig.3 ist eine Zählscheibe 11 für eine Zweizylinder-Brennkraftmaschine
dargestellt, die ein einziges Segment mit impulsauslösenden Zähnen 12 auf ihrem Umfang aufweist und im Verstellbereich der Brennkraftmaschine
liegen. Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine muß die Zählscheibe entsprechend
mehrere Segmente mit diesem impulsauslösenden Mittel besitzen.
Fig.4 zeigt eine Verstellkennlinie, für welche die
vorliegende Schaltungsanordnung besonders geeignet ist. Bis zum Beginn der Verstellung bei der Drehzahl η 1
ist das Signal 2.3 wesentlich länger als das Signal 2.4. Das heißt, die Torzeit ist sehr groß und dem
Zähleingang 31 des Zählspeichers 32 wird jeweils die maximale Impulsanzahl zugeführt. Mit steigenden
Drehzahlen nimmt nun die Länge der Signale 2.3 sowie die der Torsignale 2.5 ab, so daß die in den Zählspeicher
32 gelangende Impulszahl sich ebenfalls verringert. Dadurch wird proportional zur Drehzahl η der
Brennkraftmaschine im Vergleicher 40 der Ausgangsimpuls 2.10 für die Steuerung der Zündanlage 46 in
Richtung Frühzündung verstellt, und zwar bis bei der Drehzahl π 2 die maximale Impulszahl im Zählspeicher
32 und damit die maximale Verstellung erreicht ist. Innerhalb des Verstellbereiches ist die digitale Verstellung
voll wirksam, während die maximale Verstellung die Nullerkennungsstufe 49 besorgt, indem die Anstiegsflanken der Geberimpulse vom Geber 13 direkt auf die
Triggerstufe 43 durchgeschaltet werden.
Die beschriebene Schaltung bietet die bereits eingangs erwähnte Möglichkeit einer sehr großen
Variation des Zündwinkels in einem engen Bereich. Gerade dies ist ihr bestechender Vorteil gegenüber den
bekannten Systemen zur Zündzeitpunktverstellung. Darüber hinaus bietet sie eine sehr große Rücklaufsicherheit
und die Festlegung eines genauen Verstellbereiches. Für den Geber 13 in Verbindung mit dem
Markenfeld 12 können die verschiedensten Systeme verwendet werden, wenn sie die Signalform eines
Gleichspannungssignals mit überlagerter Wechselspannung abgeben. Dies können z. B. Magnetplattengeber
sein oder auch photoelektrische Gebersysteme.
Die einzelnen Stufen in der beschriebenen Schaltungsanordnung sind käuflich erwerbbar bzw. einfach zu
realisieren. Als Beispiel kann für das Torzeitglied 63 ein monostabiler Multivibrator verwendet werden und als
Frequenzgenerator 57 ein astabiler Multivibrator.
Es sei noch vermerkt, daß die Zählscheibe 11 auch auf
einer mit der Kurbelwelle 10 gekoppelten weiteren Welle, wie z. B der Nockenwelle, angeordnet sein kann.
Darüber hinaus ist es möglich, speziell bei Magnetzünder-Anlagen anstelle der Zählscheibe 11 ein mit
impulsauslösendem Mittel versehenes Polrad zu verwenden. Die impulsauslöseriden Mittel sind dann
ebenfalls im Verstellbereich der Antriebsmaschine anzubringen.
Bei größeren Stückzahlen der vorstehend beschriebenen Einrichtung zur Auslösung eines Impulses innerhalb
eines Verstellbereiches empfiehlt sich schließlich die Integration der Schaltungsanordnung.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zur Auslösung eines Impulses innerhalb eines Verstellbereiches einer Antriebsmaschine,
z. B. dem Zündverstellbereich einer Brennkraftmaschine, bezüglich einem Bezugspunkt eines
Markenfeldes auf einer mit der Antriebswelle gekuppelten Zählscheibe, wobei ab dem Bezugspunkt
einem Zählerspeicher eine von Betriebsparametern abhängige Impulsfolge zuführbar ist, in
einem weiteren Zähler die vom Markenfeld erzeugten Wechselspannungssignale aufsummiert
werden und bei Übereinstimmung des Zählerstandes des Zählers mit dem im Zählerspeicher ermittelten
Wert in einer Vergleicherstufe der Auslöseimpuls erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Impulse des im Verstellbereich der Antriebsmaschine liegenden umlaufenden Markenfeldes
(12) in einem einzigen Geber (13) ein Gleichspannungssignal mit überlagerter Wechselspannung
erzeugen, daß während der Dauer dieses Gebersignales Impulse eines Oszillators mit parameterabhängiger
Frequenz im Zählerspeicher (32) gezählt werden und daß bei dem am Geber nächstfolgenden Markenfeld die Halbwelie der
überlagerten Wechselspannung im weiteren Zähler (17) erfaßt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Zählerstand »Null« im
Zählerspeicher (32) das Gebersignal vom Geber (13) über eine Impulstriggerstufe (20) und über eine
Nullerkennungsstufe (49) einer nach der Vergleichsstufe (40) angeordneten Triggerstufe (42) zur
Auslösung des Zündimpulses zuführbar ist.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß einer Torstufe (26) sowohl das Rechtecksignal eines Torzeitgliedes (33) zuführbar ist als auch über
die Impulstriggerstufe (20) das Gebersignal des Gebers (13) und daß ein Frequenzgenerator (57)
über die Torstufe (26) auf den Zählerspeicher (32) schaltbar ist.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Begrenzung der Anzahl der Impulse des Frequenzgenerators (57) eine Begrenzungsstufe (54) zwischen
den Zählerspeicher (32) und den Frequenzgenerator (57) geschaltet ist.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Geber (13) und dem weiteren Zähler (17) eine Impulsformer-Stufe (15) vorgesehen ist.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
mehrzylindngen Antriebsmaschinen eine der Zylinderanzahl entsprechende Anzahl von Markenfeldern
(12) auf der Zählscheibe (11) angeordnet sind.
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