DE3238314C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zeitgebersystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Zeitgebersysteme dienen insbesondere zum Steuern des Betriebsablaufs eines Verbrennungsmotors oder einer Brennkraftmaschine. Hierbei müssen bestimmte Zeitsteuerfunktionen mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden, um einen optimalen Betrieb, eine hohe Wirtschaftlichkeit sowie eine Emissionskontrolle zu ermöglichen. Bei Benzinmotoren wird beispielsweise der Zündzeitpunkt gesteuert, während bei einem Dieselmotor eine Steuerung des Zeitpunkts der Brennstoffeinspritzung vorgesehen ist. In jedem Fall wird die Steuerfunktion in eine zeitliche Beziehung zu einer bestimmten Motorlage bzw. Kolbenstellung gesetzt. Allgemein wird die bestimmte Motorstellung als die Stellung angesehen, bei der ein ausgewählter Kolben eine obere Totpunktlage erreicht. Nach allgemeiner Praxis wird diese Totpunklage definiert als die Drehstellung des Motors, bei welcher der ausgewählte Kolben seinen höchsten Hub, d. h. den oberen Punkt seines Hubes, in dem jeweiligen Zylinder erreicht hat. Grundsätzlich kann auch die untere Totpunktlage des Kolbens als die bestimmte Motorstellung ausgewählt werden, wobei diese untere Totpunktlage als die Motorstellung definiert wird, bei der der ausgewählte Kolben die niedrigste Stellung während seines Hubes erreicht.

Es ist vorgeschlagen worden, die Totpunktlage eines Motors dadurch zu bestimmen, daß die Bewegung des ausgewählten Kolbens beim Durchdrehen des Motors erfaßt wird. Nach einem Verfahren wird ein Testinstrument in den Motorzylinder durch eine Zündkerzenöffnung so eingesetzt, daß der Kolben das Instrument während eines Teils seines Hubes berührt. Die Berührungszeit ermöglicht es dann einem Beobachter bzw. einer Vorrichtung, die obere Totpunktlage zu bestimmen, da diese obere Totpunktlage in der Mitte zwischen Beginn und Ende der Berührung mit dem Kolben vorgegeben ist.

Nach einem anderen Verfahren wird ein Näherungsdetektor in der Nähe des Motors so angebracht, daß er die periodische Bewegung eines mit dem Kolben verbundenen Elements erfaßt und einen Impuls erzeugt, der um die obere Totpunktlage des Kolbens zentriert ist.

Ein weiteres Verfahren zum Bestimmen der oberen Totpunktlage wird in dem SAE-Papier (Technical Paper) 790103 von Lienesch und Krage "Using Microwaves to Phase Cylinder Pressure to Crankshaft Position" beschrieben. Hierbei wird ein Zylinder des Motors mit Mikrowellenenergie bestrahlt und es werden Resonanzstellen vor und nach dem Erreichen der oberen Totpunktlage erfaßt. Diese Resonanzstellen entsprechen gleichem Zylindervolumen während der Bewegung des Kolbens zur oberen Totpunktlage hin und von dieser weg, und sind daher symmetrisch um diese obere Totpunktlage angeordnet.

Solche Verfahren können für Erprobungs- oder Eichzwecke sehr nützlich sein. Sie sind jedoch gegen Beschleunigungsvorgänge des Motors sehr empfindlich, so daß sie für ein in das Kraftfahrzeug einzubauendes System ungeeignet sind, bei dem die obere Totpunktlage kontinuierlich oder periodisch für Steuerzwecke bestimmt werden muß.

Bei einem auf der DE-OS 27 26 950 bekannten Zeitgebersystem der eingangs genannten Art ist die Zeitsteuerung auf feststehende Zeitmarkierungen an einem drehbaren Motorelement bezogen. Diese Markierungen ergeben genaue Zeitgabesteuerungen für den Motor, wenn dieser neu und genau geeicht ist. Die Steuergenauigkeit nimmt jedoch mit zunehmendem Motorverschleiß ab. Aus diesem Grunde muß das Zeitgebersystem immer wieder neu geeicht werden, wenn eine genaue Zeitsteuerung erreicht werden soll.

Ein allgemeines Ziel der Erfindung ist, ein verbessertes Zeitgebersystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, welches einen automatischen Ausgleich von durch den Motorverschleiß hervorgerufenen Einflüssen sicherstellt.

Dieses Ziel wird nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein gleichzeitiger Ausgleich der durch eine Motorbeschleunigung hervorgerufenen Einflüsse ist durch die im Patentanspruch 2 angegebene Weiterbildung des erfindungsgemäßen Zeitgebersystems auf einfachste Weise möglich. Unter dem Begriff Beschleunigung ist sowohl eine positive als auch eine negative Beschleunigung zu verstehen.

Demnach werden zusätzlich zwei zu entgegengesetzten Seiten der oberen Totpunktlage des Kolbens auftretende Zeitintervalle miteinander verglichen, um eine Anzeige für die Motorbeschleunigung zu erhalten. Diese Anzeige wird benutzt, um infolge von Motorbeschleunigungen auftretende Abweichungen bei der Bestimmung des Zeitpunkts des Auftretens des betreffenden Ereignisses zu kompensieren.

Durch die im Patentanspruch 3 angebene Ausführungsvariante wird sichergestellt, daß während eines jeweiligen Kolbenumlaufs auftretende isolierte Motorverbrennungsereignisse sich im wesentlichen gleich auf die ersten und zweiten, bzw. dritten und vierten Zeitintervalle auswirken und dadurch solche Auswirkungen im wesentlichen ausgeglichen werden, wenn die Zeitintervalle bei der Entwicklung der Zeitbeziehung verglichen werden.

Eine zweckmäßige praktische Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zeitgebersystems zeichnet sich durch die Merkmale gemäß Patentanspruch 4 aus.

Hierbei wird die eine Beschleunigung angebende Zeitdauerdifferenz zwischen dem dritten und vierten Zeitintervall gegenüber der Zeitdauerdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Zeitintervall erweitert bzw. vergrößert, welche die Zeitgabe für das bestimmte Ereignis ergibt. Damit werden die diese Zeitintervalle definierenden Winkelbezeichnungen berücksichtigt.

Der Vergrößerungsfaktor ist proportional zu S 2/(S 2 - S 1), sofern die Abstände S 1, S 2 jeweils in Kolbenumlaufgraden angegeben sind und die Beziehung S 2 » S 1 gilt.

Die Referenzstellungen des Kolbens werden durch die Anordnung der Sensoreinrichtung im Kolbenumlaufweg bestimmt, welche den Durchgang eines am Kolben angebrachten Elements erfaßt. Der Ort der Anbringung der Sensoreinrichtung ist so gewählt, daß die zyklischen Motordrehzahländerungen infolge von isolierten Motorverbrennungsereignissen die Zeitgabe- und die Beschleunigungsanzeigen nicht beeinflussen.

Indem die Sensoreinrichtung so angeordnet wird, daß der Abstand zwischen den Referenzstellungen und der Kolbentotpunktlage im wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches von 180/N Kolbenumlaufgraden ist, wobei N die Anzahl der Verbrennungsereignisse pro Kolbenumlauf angibt, sind die durch Verbrennungsereignisse hervorgerufenen Geschwindigkeitsänderungen in den beiden Fällen, in denen der Kolben die Referenzstellungen bei seinem Lauf einerseits zur Totpunktlage hin und andererseits von dieser Totpunktlage weg passiert, die gleichen.

Damit werden die Auswirkungen dieser Geschwindigkeitsveränderungen durch den genannten Vergleich der Zeitintervalle im wesentlichen ausgeglichen.

Die Zeitdauerdifferenz der jeweils miteinander zu vergleichenden Zeitintervalle kann beispielsweise durch eine entsprechende Ansteuerung des Aufwärts/Abwärts-Zählers erhalten werden, wobei dieser Zähler während des einen Zeitintervalls zum Vorwärtszählen und während des anderen Zeitintervalls zum Abwärtszählen angesteuert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 und 2 einen ausgewählten Kolben mit dem betreffenden Zylinder, dem eine Sensoreinrichtung eines Zeitgebersystems zum Erfassen der Kolbenlage zugeordnet ist,

Fig. 3 eine Schaltung zur Erzeugung eines Sensor-Impulses,

Fig. 4 eine graphische Darstellung verschiedener idealisierter Wellenformen in Abhängigkeit von der Zeit, die von der Schaltung nach Fig. 3 erzeugt werden,

Fig. 5 eine idealisierte Darstellung der Kolbenlage über der Zeit bei Motorbetrieb mit konstanter Durchschnittsgeschwindigkeit,

Fig. 6 eine idealisierte Darstellung der Motordrehzahl über der Zeit zur Erläuterung von Geschwindigkeitsänderungen infolge isolierter Verbrennungsvorgänge im Motor,

Fig. 7 und 8 Schaltungen zur Vervollständigung des Zeitgebersystems,

Fig. 9 idealisierte Wellenformen über der Zeit, die in den Schaltungen nach Fig. 7 und 8 auftreten,

Fig. 10 eine graphische Darstellung des Zeitgebersystem- Betriebs als Funktion der Zeit bei verschiedenen Motorzuständen, und

Fig. 11 eine graphische Darstellung eines Vergrößerungsfaktors als Funktion eines bestimmten Abstandsverhältnisses zweier Referenzstellungen des Kolbens bezüglich der oberen Totpunktlage dieses Kolbens.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Abschnitt eines herkömmlich aufgebauten Verbrennungsmotors mit einem Kolben 10, Kolbenringen 15, einem Zylinder 12, einem Kolbenbolzen 13 und einem als Dichtung dienenden Kolbenbolzenring 17 gezeigt. Der Kolben 10 ist so ausgelegt, daß er innerhalb des Zylinders 12 eine hin- und hergehende Bewegung ausführt. Er ist mit der (nicht dargestellten) Motorkurbelwelle in üblicher Weise über einen Pleuelarm 11 und den Kolbenbolzen 13 verbunden. In Fig. 1 ist der Kolben 10 in der Nähe der unteren Totpunktlage dargestellt.

Ein Flügel oder eine Fahne 14 aus leitfähigem Material ist mittels Befestigungsteilen 16 starr mit einem Abschnitt 18 des Kolbens 10 verbunden, der gegenüber dem am Zylinder 12 anliegenden Umfang des Kolbens zurückgesetzt ist. Wie Fig. 1 und 2 zeigen, kann dieser eingeschnittene Abschnitt 18 durch den Einschnitt gebildet werden, der normalerweise für den Kolbenbolzen 13 vorgesehen ist. Der Flügel bzw. die Fahne 14 ist gegenüber dem Kolben 10 so angeordnet, daß eine Spitze 20 aus dem Einschnitt radial nach außen vorsteht, ohne an der Innenwand des Zylinders 12 bei einer Bewegung des Kolbens 10 anzuliegen.

Eine Sensoreinrichtung 22 umfaßt einen Befestigungsflansch 24, einen Schaft 26 und eine gegabelte Spitze 28. Die Spitze 28 besitzt zwei Arme 30 und 32, zwischen denen ein Luftspalt 34 gebildet ist. In jedem Arm 30, 32 befindet sich eine elektrische Wicklung 36 bzw. 38, die in Fig. 2 schematisch gestrichelt dargestellt ist. Die Wicklungen 36 und 38 sind in der in Fig. 3 dargestellten Weise verschaltet, wobei Zuleitungen 40 durch den Schaft 26 und den Befestigungsflansch 24 laufen, um eine Verbindung mit der in Fig. 3 dargestellten Schaltung zur Erzeugung von Sensor-Impulsen herzustellen. Der Befestigungsflansch 24 ist über eine Lasche 42 mittels einer Schraube 46 in der dargestellten Weise an einem Motorgehäuseteil 44 befestigt, so daß bei der Bewegung des Kolbens 10 im Zylinder 12 die Fahne 14 zwischen den Armen 30 und 32 hindurchläuft. Mittels Befestigungsteilen 48 ist die Sensoreinrichtung 22 an der Lasche 42 so befestigt, daß sich diese im Zylinder 12 nicht drehen kann.

Wie später näher ausgeführt wird, wird die Wicklung 36 mit Wechselstrom beaufschlagt. Die an der Wicklung 38 abfallende Spannung wird überwacht, um die magnetische Kopplung der beiden Wicklungen 36, 38 festzustellen. Wenn die aus leitfähigem Material bestehende Fahne 14 in den Luftspalt 34 entsprechend der Bewegung des Kolbens 10 eintritt, wird die magnetische Kopplung der Wicklungen 36, 38 miteinander durch Wirbelströme beträchtlich geschwächt, die in der Fahne 14 induziert werden. Damit ändert die Hin- und Herbewegung des Kolbens 10 im Zylinder 12 periodisch die magnetische Kopplung zwischen den Spulen bzw. Wicklungen 36, 38. Diese Änderungen sind, wie mit Bezug auf Fig. 3 und 4 näher beschrieben wird, durch Überwachen der induzierten Spannung in der Wicklung 38 erfaßbar.

In Fig. 3 sind die Fahne 14 und die Wicklungen 36, 38 zusammen mit der zugehörigen Schaltung schematisch dargestellt, die zur Abgabe von Information für die Kolbenlage erforderlich ist. Die nicht mit Punkten bezeichneten Enden der Wicklungen 36 und 38 sind geerdet. Das mit einem Punkt markierte Ende der Wicklung 36 ist über eine Leitung 50 mit einem Rechteckwellen-Oszillator 52 verbunden, welcher kontinuierlich die Wicklung 36 mit Wechselstrom beaufschlagt. Die dadurch in der Wicklung 38 induzierte Spannung wird über eine Leitung 54 als Eingangssignal einem Demodulator 56 zugeleitet. Ein zweites Eingangssignal erhält der Demodulator 56 über eine Leitung 58 direkt vom Rechteckwellen-Oszillator 52.

Die in der Wicklung 38 induzierte Spannung ist in Zeile A der Fig. 4 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Der periodische Durchtritt des Flügels 14 durch den Luftspalt 34 erzeugt alternierende Abschnitte geänderter bzw. ungeänderter magnetischer Kopplung der beiden Wicklungen 36, 38. Wenn die Fahne 14 sich nicht im Luftspalt 34 befindet, besitzt die in der Wicklung 38 induzierte Spannung einen relativ hohen Maximalpegel, wie er in Fig. 4, Zeile A, durch eine Hüllkurve 60 bezeichnet ist. Sobald der Flügel 14 in den Luftspalt 34 eintritt, wird die magnetische Kopplung geschwächt, so daß eine Hüllkurve 62 der induzierten Spannung mit einem niedrigen Pegel auftritt.

Der Demodulator 56 erfaßt die positiven Spannungsmaxima entsprechend den Hüllkurven in üblicher Weise. Das Ausgangssignal des Demodulators 56 ist in Zeile B der Fig. 4 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Eine Vielzahl von Geräten kann zur Erfüllung der Funktion des Demodulators 56 benutzt werden. Jedoch wird gemäß einer bevorzugten Ausführung ein Synchron-Demodulator benutzt, um eine gute Rauschaussiebung zu erhalten.

Das Ausgangssignal des Demodulators 56 wird über eine Leitung 64 zu einem Tiefpaßfilter 66 geführt, in dem weitere Hochfrequenz-Rauschanteile ausgesiebt werden.

Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 66 wird über eine Leitung 68 einem Schmitt-Trigger 70 zugeführt, der dazu dient, die Anstiegs- und Abfallzeiten des digitalen Filterausgangssignals zu kürzen und dadurch ein Signal zu schaffen, das mit einer digitalen Logikschaltung gut verarbeitet werden kann. Damit erzeugt der Schmitt-Trigger 70 eine Reihe von Impulsen 72, 72′ an einer Ausgangsleitung 82. Diese Impulse 72, 72′ sind in Zeile C der Fig. 4 dargestellt. Dabei eilt der Impuls 72 einer oberen Totpunktlage TDC des Kolbens 10 vor, während der Impuls 72′ nach Erreichen dieser oberen Totpunktlage auftritt.

Bei konstanter durchschnittlicher Motorgeschwindigkeit besitzen alle Impulse 72 und 72′ die gleiche Zeitdauer, die umgekehrt proportional zur Motorgeschwindigkeit ist. Dabei ist bei diesem Verhalten die obere Totpunktlage zu einem Zeitpunkt erreicht, der durch den zeitlichen Mittelpunkt zwischen den beiden Impulsen 72 und 72′ bestimmt ist. Unter diesen Umständen ergibt sich, daß das Zeitintervall zwischen dem Auftreten eines Impulses 72 und der Einleitung eines auf den Motorbetrieb bezogenen Ereignisses und das Zeitintervall zwischen der Einleitung dieses Ereignisses bis zum Auftreten eines Impulses 72′ eine Anzeige der Zeitgabe eines Ereignisses, bezogen auf die obere Totpunktlage TDC des Kolbens 10, ergibt.

Bei einer Motorbeschleunigung sind die Impulse 72 und 72′ unterschiedlich lang. Außerdem befindet sich die obere Totpunktlage dann nicht mehr in der Mitte der Zeitspanne zwischen den Impulsen 72 und 72′. Bei diesen Zuständen wird erkannt, daß die unterschiedliche Zeitdauer der Impulse 72 und 72′ ein Anzeichen für die Motorbeschleunigung ergibt, und daß dieses Anzeichen benutzt werden kann, um die Einflüsse der Motorbeschleunigung so zu kompensieren, daß die Zeitgabe auch bei nicht mit konstanter Geschwindigkeit des laufenden Motors genau ist.

Fig. 5 zeigt die Stellung bzw. Lage des Kolbens 10 in Abhängigkeit von der Zeit während des Motorbetriebs mit konstanter Durchschnittsgeschwindigkeit. Zusätzlich ist die Winkelversetzung des Kolbens 10 auf der Horizontalachse aufgetragen. Dabei ist zu sehen, daß die dargestellte Kolbenstellungs-Wellenform zu einer reinen Sinuswelle idealisiert wurde. Die tatsächliche Wellenform weist demgegenüber beträchtliche harmonische Störungen auf. Jedoch sind derartige Störungen um die obere Totpunktlage TDC symmetrisch verteilt. Damit werden die zu differenzierenden Zeitabstände bzw. -intervalle gleichmäßig durch die Lagenverzerrung beeinflußt, so daß die sich ergebende Zeitangabe von diesen Verzerrungen unabhängig ist. Die interessierenden Stellungen bzw. Lagen des Kolbens 10 sind als obere Totpunktlage TDC, untere Totpunktlage BDC und Beginn der Treibstoffeinspritzung SOI als auf den Motorbetrieb bezogenes Ereignis bezeichnet; Referenzstellungen P 1, P 2 des Kolbens 10 werden durch den Durchgang der dem Kolben 10 zugeordneten Fahne 14 zwischen den Armen 30 und 32 der Sensoreinrichtung 22 bestimmt. An der Zeitskala bezeichnen die Zeitpunkte T 1 bis T 9 den Durchlauf des Kolbens 10 durch diese bezeichneten Lagen, wie sie anhand der gestrichelt gezeichneten Referenzlinien gesehen werden können.

Die exakte Beziehung der Impulse 72 und 72′ zu der Kolbenbewegung wird nun anhand der Fig. 4 und 5 beschrieben. Wenn der Kolben 10 sich der oberen Totpunktlage TDC von der unteren Totpunktlage BDC her nähert, weist die Ausgangsleitung 82 des Schmitt-Triggers 70 einen Spannungswert logisch 1 entsprechend der normalen magnetischen Kopplung auf, wie es die Hüllkurve 60 in Fig. 4, Zeile A zeigt. Zum Zeitpunkt T 1 erreicht der Kolben 10 die weitere Referenzstellung P 2, wobei die Vorderkante des Flügels 14 in den Luftspalt 34 eintritt. Damit beginnt die Hüllkurve 62, die die geänderte Magnetkopplung darstellt. Die Spannung an der Ausgangsleitung 82 fällt mit einer Flanke 74 auf den in Fig. 4, Zeile C, bezeichneten Logikwert 0 des Impulses 72. Zum Zeitpunkt T 2 erreicht der Kolben 10 die Referenzstellung P 1. Die bei dieser Bewegung hintere Kante des Flügels 14 tritt aus dem Luftspalt 34 aus. Damit wird die Hüllkurve 60 mit ungeänderter magnetischer Kopplung wieder erreicht. Die Spannung an der Ausgangsleitung 82 kehrt mit einer Flanke 76 des Impulses 72 zum Pegel logisch 1 zurück. Zum Zeitpunkt T 3 tritt das auf den Motorbetrieb bezogene Ereignis, d. h. der Beginn der Brennstoffeinspritzung SOI, ein. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel tritt dieses Ereignis SOI ca. 6° vor der oberen Totpunktlage TDC ein. Zum Zeitpunkt des Erreichens der oberen Totpunktlage TDC kehrt der Kolben 10 seine Laufrichtung um. Zum Zeitpunkt T 4 erreicht der Kolben 10 die Referenzstellung P 1, d. h. die nun vorlaufende Kante des Flügels 14 tritt in den Luftspalt 34 ein. Zu diesem Zeitpunkt wird wieder ein Zeitraum geänderter magnetischer Kopplung entsprechend der Hüllkurve 62 hergestellt. Die Spannung an der Ausgangsleitung 82 unterliegt hierbei einem Spannungssprung entsprechend einer Flanke 78 des Impulses 72′ nach Zeile C der Fig. 4 zum Wert logisch 0. Zum Zeitpunkt T 5 erreicht der Kolben 10 die weitere Referenzstellung P 2. Hierbei verläßt die nun nachlaufende Kante des Flügels 14 den Luftspalt 34, so daß wieder die ungeänderte magnetische Kopplung hergestellt wird und die Spannung an Ausgangsleitung 82 mit einem Spannungssprung entsprechend einer Flanke 80 des Impulses 72 zum Wert logisch 1 ansteigt.

Damit ist zu sehen, daß die abfallende Flanke 74 des Impulses 72 und die ansteigende Flanke 80 des Impulses 72′ der gleichen Referenzstellung P 2 des Kolbens 10 entsprechen, während in gleicher Weise die ansteigende Flanke 76 des Impulses 72 und die abfallende Flanke 78 des Impulses 72′ der gleichen Referenzstellung P 1 entsprechen. Damit wird der Impuls 72 durch die Zeitpunkte T 1 und T 2 und der Impuls 72′ durch die Zeitpunkte T 4 und T 5 bestimmt. Die Zeitpunkte T 6 und T 9 bestimmen ein zweites Paar von Impulsen 72 und 72′. Diese Impulse treten jedoch während der Auspuff- und Einlaßzeit auf. Hierbei findet keine Brennstoffeinspritzung oder -verbrennung statt.

Entsprechend der beschriebenen Ausführung beträgt die Winkelbreite des Flügels 14 und damit die Breite der Impulse 72 und 72′ annähernd 8 Kolbenumlaufgrade. Diese Abmessung ist nicht durch die Systemauslegung erforderlich und kann entsprechend der Geometrie von Kolben 10 und Zylinder 12 ausgelegt werden.

Der Abstand zwischen der oberen Totpunktlage TDC und den Impulsen 72 und 72′ wird durch die Anordnung des Flügels 14 und der Sensoreinrichtung 22 bestimmt. Der Abstand wird gemäß den Auslegungen des Zeitgebersystems bestimmt und so gewählt, daß die Zeitgabe-Anzeige unempfindlich gegenüber den zyklischen Motorgeschwindigkeitssänderungen infolge der isolierten Motorverbrennungsereignisse ist. Diese Geschwindigkeitsänderungen müssen von den Änderungen der durchschnittlichen Motorgeschwindigkeit unterschieden werden, die durch die Schaltung erfaßt werden, wie später beschrieben wird.

Fig. 6 zeigt die Motordrehzahl als Funktion der Zeit bei einem Sechszylinder-Verbrennungsmotor. Wie bereits anhand von Fig. 5 zu sehen, treten Verbrennungsereignisse bei einem Viertakt-Verbrennungsmotor in abwechselnden Kolbendurchläufen auf. Dementsprechend finden während eines vollen Durchlaufs bei einem Kolben drei zyklische Motorgeschwindigkeitsänderungen in einem Sechszylinder-Viertaktmotor statt. Die in Fig. 6 angezeigten Geschwindigkeitsveränderungen treten nacheinander als schwingende Geschwindigkeitskomponente auf, die über die durchschnittliche Motorgeschwindigkeit AVG überlagert wird. Diese Geschwindigkeitsveränderungen können Fehler bei der Zeitanzeige erzeugen, da das Zeitgebersystem eine kleine Motorbeschleunigung erfaßt, obwohl die durchschnittliche Motorgeschwindigkeit konstant bleibt. Dabei würde der größte derartige Fehler dann auftreten, wenn die Sensoreinrichtung 22 und der Flügel 14 so angebracht wären, daß der Abstand zwischen den Impulsen 72 und 72′ 60 Kolbendurchlaufgrade beträgt. In diesem Fall kann der Impuls 72 nämlich in einem Tal der in Fig. 6 gezeigten Wellenkurve auftreten, während der Impuls 72′ bei einer Geschwindigkeitsspitze auftritt oder umgekehrt.

Werden die Sensoreinrichtung 22 und der Flügel 14 jedoch so angeordnet, daß der Abstand zwischen den Impulsen 72 und 72′ ein ganzzahliges Vielfaches von 360/N Kolbendurchlaufgraden beträgt (wobei N die Anzahl von Verbrennungsvorgängen pro Kolbendurchlauf ist), so treten die Impulse 72 und 72′ in Phase mit den Geschwindigkeitsveränderungen auf. Die verschiedenen zu differenzierenden Zeitabstände bzw. -intervalle werden in diesem Fall gleichmäßig beeinflußt. Damit wird die Zeitanzeige gegenüber den Geschwindigkeitsveränderungen im wesentlichen unempfindlich. Bei einem Sechszylinder-Viertaktmotor, auf den sich die Fig. 6 bezieht, sollte deshalb der Abstand zwischen den Impulsen 72 und 72′ ein ganzzahliges Vielfaches von 120 Kolbendurchlaufgraden sein. Etwas anders dargestellt, sollte der Abstand S 1 bzw. S 2 zwischen der oberen Totpunktlage TDC und den Referenzstellungen P 1 oder P 2 des Kolbens 10 ein ganzzahliges Vielfaches von 180/N Kolbendurchlaufgraden betragen. Solange S 2-S 1 klein im Vergleich zu S 1 oder S 2 selbst ist, reicht es aus, wenn entweder die Referenzstellung P 1 oder die weitere Referenzstellung P 2 ein ganzzahliges Vielfaches von 180/N Kolbenumlaufgraden von der oberen Totpunktlage TDC entfernt angeordnet wird.

Für die weitere Erläuterung sei angenommen, daß der verwendete Motor ein Sechszylinder-Viertaktverbrennungsmotor ist und die Sensoreinrichtung 22 und der Flügel 14 so angeordnet sind, daß der Abstans S 2 120 Kolbendurchlaufgraden entspricht.

Die so bestimmten Winkelabstände werden durch Änderungen der Motorgeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl nicht beeinflußt. Die Änderungen beeinflussen nur die Zeit des Auftretens der Impulse 72, 72′.

Die Zeitgabe-Anzeige des Zeitgebersystems kann deshalb in Verbindung sowohl mit einem dauernd als mit einem nur teilzeitig aktivierten Regelsystem zum Steuern der Zeitgabe des genannten, auf den Motorbetrieb bezogenen Ereignisses Verwendung finden. Wie bereits bemerkt, betrifft das Ereignis typischerweise den Beginn der Brennstoffeinspritzung SOI bei einem Dieselmotor oder den Zündzeitpunkt bei einem Benzinmotor. Es wird nachfolgend bevorzugt auf den Einspritzzeitpunkt bei einem Dieselmotor Bezug genommen.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine diskrete digitale Schaltung, wie sie beim beschriebenen Zeitgebersystem Verwendung finden kann. Wie in Fig. 3 werden die vom Tiefpaßfilter 66 stammenden Impulse über die Leitung 68 zum Schmitt-Trigger 70 weitergeleitet. Es ist zwar in Fig. 3 nicht dargestellt, jedoch gibt der Schmitt- Trigger 70 sowohl das in Zeile C der Fig. 4 dargestellte Signal am normalen oder nicht-invertierten Ausgang O ab, als auch ein Signal an einem invertierten Ausgang Q. Der Q-Ausgang wird über die Ausgangsleitung 82 einem RC-Differenzierglied 84 zugeleitet, während der Ausgang über eine Leitung 86 einem identischen RC-Differenzierglied 88 zugeleitet wird. Das Differenzierglied 84 besteht aus einem Kondensator 90 und einem Widerstand 92. Das Differenzierglied 88 umfaßt einen Kondensator 94 und einem Widerstand 96. Die Differenzierglieder 84, 88 sind übliche RC-Glieder, die scharfe positive oder negative Spannungsimpulse in Abhängigkeit von angelegten ansteigenden oder abfallenden Flanken erzeugen. Parallel zu den Widerständen 92 bzw. 96 geschaltete Dioden 98 bzw. 100 dienen zum Unterdrücken von negativen Spannungsimpulsen.

Spannungsimpulse über einer Leitung 104 entsprechen den nacheilenden Flanken 76 bzw. 80 der Impulse 72 bzw. 72′, während die auf einer Leitung 102 auftretenden Spannungsimpulse den voreilenden Flanken 74 bzw. 78 dieser Impulse 72 bzw. 72′ entsprechen. Die Leitungen 102 und 104 führen zu monostabilen Multivibratoren 108 bzw. 106. Diese Multivibratoren 106 und 108 sind übliche Multivibratorelemente, die zur Erzeugung von sauberen Kurzzeitimpulsen in Abhängigkeit von Triggerimpulsen dienen, wie sie über die Leitungen 104 und 102 anliegen.

Ein Sensor 110 dient zur Erfassung eines Motorsteuerereignisses, beispielsweise des Einspritzbeginns SOI bei einem Dieselmotor. Als Sensor 110 kann beispielsweise ein Druckwandler oder ein piezoelektrischer Wandler dienen, der in Verbindung mit der Brennstoffeinspritzleitung oder der Brennstoffeinspritzpumpe für den Zylinder 12 steht. Das Ausgangssignal des Sensors 110 wird über eine Leitung 112 einem monostabilen Multivibrator 114 zugeführt, der entsprechend dem Einspritzbeginn bzw. bestimmten Ereignis SOI einen scharfen Kurzzeitimpuls erzeugt.

Die genannten Wellenformen sind in Fig. 9, Zeilen A bis D zeitabhängig dargestellt. Zeile A zeigt die am Q-Ausgang des Schmitt- Triggers 70 auftretenden Impulse 72 und 72′. Zeile B zeigt die an den voreilenden Flanken 74, 78 erzeugten Impulse, die vom monostabilen Multivibrator 108 abgegeben werden. Zeile C zeigt die den nacheilenden Flanken 76, 80 entsprechenden Impulse als Ausgangssignale des monostabilen Multivibrators 106. Zeile D zeigt die den SOI-Ereignissen zugeordnete SOI-Impulse 116 als Ausgangssignale des monostabilen Multivibrators 114. Wie in Fig. 5 entsprechen die Zeitpunkte T 1 bis T 5 den zeitlichen Auftritten der verschiedenen Impulse und Impulsflanken in den Zeilen A bis B, um die Zeitbeziehungen zwischen den dargestellten Wellenformen klar zu zeigen. Da es sich um einen Viertaktmotor handelt, treten die SOI-Impulse 116 jeweils bei jedem zweiten Umlauf auf. Bei den in Fig. 9 dargestellten Betriebsbedingungen ist zu sehen, daß der jeweilige SOI-Impuls 116 jeweils an der oberen Totpunktlage TDC erscheint. Wie später näher erläutert wird, werden die den Zeitpunkten T 1, T 2, T 4 und T 5 entsprechenden Impulsflanken erfaßt und in Zusammenhang mit den SOI- Impulsen 116 benutzt, um die Zeitgabe der SOI-Impulse 116 in Bezug auf die obere Totpunktlage TDC zu bestimmen, wobei diese Bestimmung durch eine Motorbeschleunigung nicht beeinflußt wird.

Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 108 ist über eine Leitung 118 mit dem Takteingang C eines D-Flip-Flops 120 verbunden, dessen Ausgang Q mit dem Takteingang C eines D-Flip-Flops 122 in Verbindung steht (vgl. Fig. 7). Die -Ausgänge der D-Flip-Flops 120 und 122 sind mit ihren Dateneingängen D zurückverbunden, so daß die D- Flip-Flops 120 und 122 eine 1/4-Untersetzerschaltung bilden, deren Ausgangssignal am Q-Ausgang des D-Flip-Flops 122 erscheint. Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 114 wird über eine Leitung 126 den Setzeingängen S der D-Flip-Flops 120 und 122 zugeführt, so daß die 1/4-Untersetzungsfunktion mit den SOI- Impulsen 116 synchronisiert ist. Diese Synchronisation ist deswegen praktisch notwendig, da die Ausgangszustände der D-Flip-Flops 120 und 122 unbestimmt sind, wenn die Schaltung zum ersten Mal mit Leistung beaufschlagt wird.

In Fig. 9 zeigen die Zeilen E und F jeweils die Q-Ausgangssignale der D-Flip-Flops 120 bzw. 122. Wenn der erste SOI-Impuls 116 aufgenommen wird, werden die beiden Q-Flip-Flop 120 und 122 gesetzt. Danach ändert sich ihr Ausgangszustand entsprechend den in Zeile B dargestellten Vorderflankenimpulsen, die am Ausgang des monostabilen Multivibrators 108 erscheinen. Es ist deshalb zu sehen, daß ein Spannungsübergang logisch 0 zu logisch 1 am Q-Ausgang des D-Flip-Flops 122 (Zeile F, Flanke 130) dem Zeitpunkt entspricht, in welchem die voreilende Flanke 74 eines Impulses 72 auftritt, der unmittelbar der oberen Torpunktlage TDC des Kolbens 10 vorhergeht.

Das Q-Ausgangssingnal des D-Flip-Flop 122 wird über eine Leitung 124 an den Setzeingang S einen RS-Flip-Flops 132 angelegt. Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 106 gelangt über eine Leitung 134 zum Rückstelleingang R eines RS-Flip-Flop 136. Die SOI-Impulse 116 werden über die Leitung 126 an den Rückstelleingang R des RS-Flip-Flop 132 und an den Setzeingang S des RS-Flip-Flop 136 weitergeleitet. In Zeilen G und H der Fig. 9 sind die Zustände der Q-Ausgänge der RS-Flip-Flops 132 bzw. 136 dargestellt. Wie die Zeile G zeigt, wird der Q-Ausgang des RS-Flip-Flop 132 mit der voreilenden Flanke 74 eines Impulses 72 gesetzt und durch einen SOI-Impuls 116 zurückgestellt. Wie Zeile H zeigt, wird der Q-Ausgang des RS-Flip-Flop 136 durch einen SOI-Impuls 116 gesetzt und durch die nacheilende Flanke 80 eines Impulses 72′ zurückgestellt.

Das -Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 70 wird über die Leitung 86 und eine Leitung 138 als Eingangssignal zu zwei UND-Gliedern 140 und 142 geleitet. Das Q-Ausgangssignal des RS-Flip-Flops 132 gelangt über eine Leitung 144 an den anderen Eingang des UND-Gliedes 140 und das Q-Ausgangssignal des RS-Flip-Flop 136 über eine Leitung 146 an den anderen Eingang des UND-Gliedes 142. Die Ausgangzustände der UND-Glieder 142 und 140 sind in den Zeilen I bzw. J der Fig. 9 als Funktion der Zeit aufgetragen. Wie man in Zeile J sieht, nimmt der Ausgang des UND-Gliedes 140 den Spannungspegel logisch 1 nur während eines Impulses 72 an. Gemäß Zeile I nimmt der Ausgang des UND-Gliedes 142 nur während eines Impulses 72′ den Spannungspegel logisch 1 an.

Ein EXCLUSIV-ODER-Glied 148 ist mit seinem einen Eingang mit dem Q-Ausgang des RS-Flip-Flop 136 über eine Leitung 150 verbunden und erhält am anderen Eingang das Ausgangssignal des UND-Gliedes 142 über eine Leitung 152, so daß sein Ausgangszustand einen Spannungspegel logisch 1 zwischen einem SOI-Impuls 116 und der voreilenden Flanke 78 eines Impulses 72′ annimmt.

Es ist zu erkennen, daß die in Fig. 7 dargestellte Schaltung auf diese Weise der Dekodierung der Impulse 72 und 72′ dient und digitale Zeitgabesignale entsprechend den Zeitintervallen ergibt, die bei der Bestimmung der Zeitgebung des bestimmten Ereignisses SOI, d. h. des Beginns des Einspritzvorgangs, bezogen auf die obere Totpunktlage, in der oben beschriebenen Weise verwendet werden. Leitungen 162, 164, 170, 172 und 200 werden an den bezeichneten Stellen in Fig. 8 weitergeführt.

In Fig. 8 ist als Zähler-Ausgangsregister ein eine Logikeinrichtung bildender Aufwärts/Abwärts-Zähler 154 vorhanden, ein übliches Digitalgerät, das so eingerichtet ist, daß es bei einer Freigabe durch eine Spannung logisch 1 an einer Freigabeklemme 156 (EN) Taktimpulse annimmt, die an einer Takteingangsklemme 158 (C) ankommen, und den Zählinhalt in seinem Ausgangsregister entsprechend dem an einem Aufwärts/Abwärts-Eingang 160 (U/D) anliegenden Spannungswert auf- oder abzählt. Eine am Aufwärts/Abwärts-Eingang 160 anliegende Spannung logisch 1 läßt die an der Takteingangsklemme 158 ankommenden Taktimpulse den Zählinhalt des Aufwärts/Abwärts-Zählers 154 erhöhen, während eine Spannung logisch 0 am Eingang 160 ein Erniedrigen des Zählinhalts des Zählers 154 durch die an der Takteingangsklemme 158 ankommenden Taktimpulse ergibt.

Die Q-Ausgänge der RS-Flip-Flops 132, 136 werden über die Leitungen 162 bzw. 164 zu einem ODER-Glied 166 geführt, dessen Ausgang über eine Leitung 168 mit der Freigabeklemme 156 (EN) verbunden ist. Dementsprechend wird der Aufwärts/Abwärts-Zähler 154 in dem Zeitintervall zwischen einer voreilenden Flanke 74 eines Impulses 72 und einer nacheilenden Flanke 80 eines Impulses 72′ zur Aufnahme von Taktimpulsen an seiner Takteingangsklemme 158 freigegeben.

Die Ausgänge des UND-Gliedes 140 und des EXCLUSIV-ODER-Gliedes 148 sind über die Leitungen 170 bzw. 172 mit einen NOR-Glied 174 verbunden, dessen Ausgang wiederum über eine Leitung 176 mit der dem Aufwärts/Abwärts-Eingang 160 des Aufwärts/Abwärts-Zählers 154 verbunden ist, um die Zählrichtung zu steuern. Damit wird der Aufwärts/Abwärts-Zähler zum Ansammeln von Taktimpulsen im positiven Sinn, d. h. zum Erhöhen, in dem Zeitintervall eines Impulses 72′ und in dem Zeitintervall zwischen einer nacheilenden Flanke 76 eines Impulses 72 bis zum Einspritzbeginn freigegeben. Der Aufwärts/ Abwärts-Zähler 154 wird auch zum Ansammeln von Taktimpulsen im negativen Sinn, d. h. zum Abwärtszählen in dem Zeitintervall zwischen dem Einspritzbeginn und einer voreilenden Flanke 78 eines Impulses 72′ und in dem Zeitintervall eines Impulses 72 freigegeben. Diese Beziehung ist in Zeile K der Fig. 9 schematisch dargestellt, in der die mit U bezeichneten Zeitintervalle eine Aufzählfreigabe für den Aufwärts/Abwärts-Zähler 154 bedeuten und die mit D bezeichneten Zeitintervalle eine Freigabe dieses Zählers 154 in Abwärtszählrichtung.

Eine eine weitere Logikeinrichtung bildende Schaltung 178 steuert die Frequenz der an den Zähleingang C des Aufwärts/Abwärts-Zählers 154 gelangenden Taktimpulse. Tristate-Puffer 182, 184 ergeben abwechselnde Wege, über die Taktimpulse von einem Taktgeber 180 zum Takteingang (C 158 des Aufwärts/Abwärts-Zählers 154 gelangen. Wie dem Fachmann bekannt, wirken die Tristate-Puffer 182 und 184 als Tore, die im Freigabezustand ein Signal ungeändert vom Eingang zum Ausgang durchleiten und im Sperrzustand einen hohen Widerstand oder im wesentlichen eine Unterbrechung des Weges ergeben. Wenn der Puffer 182 freigegeben ist, ist der Ausgang des Taktgebers 180 direkt mit der Takteingangsklemme 158 verbunden. Bei freigegebenem Tristate-Puffer 184 ist der Ausgang des Taktgebers 180 über eine 1/8-Untersetzerschaltung 186 mit der Takteingangsklemme 158 verbunden. Die 1/8-Untersetzerschaltung 186 kann ein übliches Digitalgerät ähnlich wie die beschriebene 1/4-Untersetzerschaltung sein; sie enthält dann drei D-Flip-Flops.

Die Ausgangsfrequenz einer solchen Schaltung beträgt ein Achtel der Eingansfrequenz. Die Tristate-Puffer 182 und 184 werden entsprechend dem an einer Klemme 188 herrschenden Logikspannungspegel alternativ freigegeben. Falls an der Klemme 188 ein Spannungspegel logisch 1 vorhanden ist, wird der Tristate-Puffer 182 über eine Leitung 190 freigegeben und der Tristate-Puffer 184 über einen Inverter 192 und eine Leitung 194 gesperrt. Falls an der 188 ein Spannungspegel logisch 0 vorhanden ist, wird der Tristate-Puffer 184 über den Inverter 192 freigegeben und der Tristate- Puffer 182 über die Leitung 190 gesperrt.

Die an der Klemme 188 herrschende Spannung wird entsprechend dem Ausgangszustand eines ODER-Gliedes 196 bestimmt, dessen Eingangsklemmen mit dem Ausgang des UND-Gliedes 140 über die Leitung 170 und eine Leitung 198 und mit dem Ausgang des UND-Gliedes 142 über die Leitung 200 und eine Leitung 202 verbunden sind. In den Zeitintervallen während der Impulse 72, 72′ ist deshalb der Ausgang des ODER-Gliedes 196 auf dem Spannungspegel logisch 1 zur Freigabe des Tristate-Puffers 182, so daß Taktimpulse direkt vom Taktgeber 180 zur Takteingangsklemme 158 des Aufwärts/ Abwärts-Zählers 154 gelangen. Während der anderen Zeit gelangen Taktimpulse vom Ausgang der 1/8-Untersetzerschaltung 186 zur Takteingangsklemme 158.

Damit zählt der Aufwärts/Abwärts-Zähler 154 Taktimpulse achtmal so schnell während der Impulse 72 und 72′ als zwischen den Zeitintervallen zwischen den Impulsen 72 und 72′. Der Grund für diese unterschiedlichen Zählraten wird mit Bezug auf Fig. 11 später erläutert.

Zählerausgangsleitungen 210 der Zählerausgangsregisterstufen des Aufwärts/Abwärts-Zählers 154 sind mit einem Verriegelungs- oder Zwischenhaltekreis 214 verbunden. Dieser Zwischenschalterkreis 214 kann irgendein Digitalkreis sein, der bei Freigabe durch einen Spannungsübergang von logisch 0 zu logisch 1 an einem LESE-Eingang 216 den Inhalt der Zählerausgangsregisterstufen speichert und die gespeicherten Daten an seinem Ausgangsregister 218 zugänglich macht.

Ein Inverter 220 ist zwischen der Ausgangsklemme des UND-Gliedes 142 und dem LESE-Eingang 216 angeschlossen und ergibt jedesmal einen Spannungsübergang von logisch 0 zu logisch 1 für den LESE- Eingang 216, wenn eine nacheilende Flanke 80 eines Impulses 72′ auftritt. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 140 wird auch an eine Rückstellklemme 222 (R) des Aufwärts/Abwärts-Zählers 154 mittels eines monostabilen Multivibrators 224 angelegt, um die Ausgangsregister des Aufwärts-Abwärts-Zählers 154 zurückzustellen. Der monostabile Multivibrator 224 ergibt eine kurze Zeitverzögerung, und der Aufwärts-Abwärts-Zähler 154 wird so eine kurze Zeit nach dem Auslesen des Inhalts der Zählerausgangsstufen durch den Zwischenhaltekreis 214 zurückgestellt.

Ein Funktionsgenerator 230 wirkt als eine Wertetabelle zur Abgabe einer Digitalzahl, die die erwünschte Brennstoffeinspritz-Zeitgabe anzeigt, bezogen auf die obere Totpunktlage TDC, in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der anliegenden Last. Die Drehzahl- und Lasteingangssignale können in üblicher Weise erhalten werden, beispielsweise mit üblichen magnetischen Wandlern oder Durckwandlern. Die Ausgangsstufen bzw. -register 218 des Zwischenhaltekreises 214 und die Ausgangsleitungen des Funktionsgenerators 230 sind über Leitungen 232 bzw. 234 (nur als Einfachleitungen dargestellt) mit einem Komparator 236 verbunden, um ein Fehlersignal über eine Leitung 238 zu erzeugen, das den Unterschied zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Zeitgabe des Brennstoff- Einspritz-Steuerereignisses SOI anzeigt. Die Leitung 238 führt zu einer Zeitgabe-Betätigung 240 zur Nachstellung des Zeitpunktes oder der Zeitgabe für den Einspritzbeginn, um das Fehlersignal über die Leitung 238 auf Null zu reduzieren.

Statt des Komparators 236 kann die gewünschte Zeitzahl, wie sie beispielsweise durch den Funktionsgenerator 230 erzeugt wird, in den Aufwärts-Abwärts-Zähler 154 vor der Erzeugung des Impulses 72 eingegeben werden. Auf diese Weise kann der Netto-Zählinhalt des Aufwärts/ Abwärts-Zählers 154 direkt den Zeitfehler anzeigen. In jedem Fall stellt die Zeitgabezahl eine Repräsentation der Zeit und nicht eines bestimmten Voreilwinkels dar, da der Aufwärts/Abwärts-Zähler auf Zeitbasis arbeitet, während eine bestimmte Winkel-Zeitgabe-Beziehung unterschiedliche Absolutzeiten in Abhängigkeit von der Motordrehzahl bedeutet.

Der Funktionsgenerator 230, der Komparator 236 und die Zeitgabe- Betätigung 240 sind lediglich zur Vervollständigung der beschriebenen Schaltung für eine Verwendung bei einem Brennstoff-Einspritz-Steuersystem dargestellt.

Auch aus den Fig. 7 und 8 ergibt sich demnach, daß der Betrieb des Aufwärts/Abwärts-Zählers 154 so gesteuert wird, daß der Unterschied zwischen entsprechenden Zeitintervallen an entgegengesetzten Seiten des Motorsteuerereignisses SOI erfaßt wird. Insbesondere zählt der Aufwärts/Abwärts-Zähler 154 in Aufwärtsrichtung während des Intervalls zwischen der nacheilenden Flanke 76 eines Impulses 72 und dem Einspritzbeginn, bzw. Ereignis SOI, und in negativer oder Abwärtsrichtung während des Zeitraumes zwischen dem Einspritzbeginn bzw. Ereignis SOI und der voreilenden Flanke 78 eines Impulses 72′. Der sich während der erwähnten Intervalle ergebende Rest- oder Nettozählinhalt wird damit entsprechend dem Zeitunterschied der beiden Intervalle bestimmt. Falls der Motor sich mit konstanter Drehzahl dreht und der Einspritzbeginn bei der oberen Totpunktlage TDC erfolgt, sind die zwei Zeitabstände gleich und der während dieser Intervalle bestimmte Nettozählinhalt ist gleich Null. Falls der Einspritzbeginn bzw. das bestimmte Ereignis SOI von der oberen Totpunktlage abweicht, zeigt der Restzählinhalt die Zeitdifferenz zwischen der oberen Totpunktlage und dem Einspritzbeginn an. Insbesondere zeigt das Vorzeichen des Zählinhalts an, ob der Einspritzbeginn bzw. das bestimmte Ereignis SOI mit Bezug auf die obere Totpunktlage TDC voreilt oder verzögert ist, und die Größe des Zählinhalts gibt den Zeitabstand an, um welchen das Ereignis SOI vor oder nach der oberen Totpunktlage TDC auftritt.

In gleicher Weise zählt der Aufwärts/Abwärts-Zähler 154 in entgegengesetzter Richtung während der Impulse 72 und 72′, so daß der sich aus den Impulslängen ergebende Nettozählinhalt durch die unterschiedliche Zeitdauer der Impulse bestimmt wird. Falls der Motor sich mit konstanter Drehzahl dreht, beträgt der Nettozählinhalt für die Impulse 72 und 72′ Null. Falls der Motor beschleunigt oder verlangsamt wird, sind die Impulslängen nicht gleich, und der sich aus den Impulsen 72, 72′ ergebende Nettozählinhalt ist in seiner Größe proportional zur Beschleunigungsrate, wobei das Vorzeichen des Nettozählinhalts anzeigt, ob eine positive oder negative Beschleunigung vorliegt.

So wird der Gesamtzählinhalt im Aufwärts/Abwärts-Zähler 154, der mit der nacheilenden Flanke 80 eines Impulses 72′ zu dem Zwischenhaltekreis 214 übertragen wird, entsprechend den beiden beschriebenen Nettozählinhalten bestimmt. Der Nettozählinhalt, der der Differenz zwischen den Zeitintervallen zwischen der nacheilenden Flanke 76 des Impulses 72 und dem Einspritzbeginn bzw. Ereignis SOI und dem Zeitintervall zwischen dem Einspritzbeginn SOI und der voreilenden Flanke 78 des Impulses 72′ entspricht, läßt den Gesamtzählinhalt proportional zur Zeitdifferenz zwischen dem Einspritzbeginn bzw. Ereignis SOI und der oberen Totpunktlage TDC werden. Der Nettozählinhalt, der sich durch die Zeitdauerdifferenz der Impulse 72 und 72′ ergibt, :kompensiert den Einfluß der Motorbeschleunigung auf den Gesamtzählinhalt.

Die in Fig. 10 enthaltenen Wellenformen zeigen den Zählerbetrieb in den verschiedenen angeführten Motorbetriebszuständen. Zeile A entspricht Zeile K in Fig. 9. Hierbei läuft der Motor mit konstanter Durchschnittsdrehzahl. Der Einspritzbeginn bzw. das Ereignis SOI tritt bei der oberen Totpunktlage TDC auf. Zeile B zeigt den Zählerbetrieb bei konstanter Durchschnittsdrehzahl, jedoch tritt der Einspritzbeginn SOI vor dem Erreichen der oberen Totpunktlage auf. Zeile C zeigt den Zählerbetrieb bei beschleunigendem Motor. Der Einspritzbeginn SOI tritt hierbei bei Erreichen der oberen Totpunktlage TDC auf. In jedem Fall zeigen die Flächen über der Zeitachse Zeiten, in denen der Aufwärts/Abwärts-Zähler 154 aufwärtszählt (U), während Flächen unter der Zeitachse Zeiträume anzeigen, in denen der Aufwärts/Abwärts-Zähler 154 zum Abwärtszählen (D) freigegeben ist. Auf der Zeitachse ist wiederum der Einspritzbeginn SOI angegeben, sowie die obere Totpunktlage TDC und der Zeitmittelpunkt BIS zwischen den Impulsen 72 und 72′. Flächen 250 und 250′ entsprechen der Zeitdauer der Impulse 72 bzw. 72′.

In Zeile A ist zu sehen, daß SOI, TDC und BIS zum gleichen Zeitpunkt auftreten. Damit ist die Länge bzw. Zeitdauer einer Fläche 252 gleich der einer Fläche 254. Da die Durchschnittsmotordrehzahl konstant ist, sind auch die Flächen 250 und 250′ von gleicher Dauer. Dementsprechend ist der Gesamtzählinhalt zum Zeitpunkt der nacheilenden Flanke 80 des Impulses 72′ gleich Null, so daß angezeigt wird, daß der Einspritzbeginn SOI bei der oberen Totpunktlage TDC auftritt.

In Zeile B treten TDC und BIS zum gleichen Zeitpunkt auf, jedoch ist SOI um etliche Grade vor Erreichen der oberen Totpunktlage TDC angezeigt. Dementsprechend ist die Fläche 252 kürzer als die Fläche 254. Da die Motordrehzahl konstant ist, sind die Flächen 250, 250′ von gleicher Dauer. Der Gesamtzählinhalt bei der nacheilenden Flanke 80 eines Impulses 72′ ist von Null verschieden mit negativem Vorzeichen. Die Größe des Zählinhalts bezeichnet die Zeit zwischen dem Einspritzbeginn bzw. Ereignis SOI und der oberen Totpunktlage, während das negative Vorzeichen anzeigt, daß der Einspritzbeginn SOI vor der oberen Totpunktlage TDC liegt. Falls der Einspritzbeginn bzw. das bestimmte Ereignis SOI gegenüber der oberen Totpunktlage TDC verzögert ist, ist die Fläche 252 länger als die Fläche 254, so daß sich ein Gesamtzählinhalt entsprechender Größe mit positivem Vorzeichen ergibt.

In Zeile C treten SOI und TDC zum gleichen Zeitpunkt auf, jedoch infolge der Motorbeschleunigung etwas nach BIS. Dementsprechend übersteigt die Länge der Fläche 252 die der Fläche 254, obwohl der Einspritzbeginn SOI bei der oberen Totpunktlage TDC liegt. Dazu bringt es die Motorbeschleunigung mit sich, daß die Länge der Fläche 250 größer als die der Fläche 250′ ist. Falls der Gesamtzählinhalt nur durch die Gebiete bzw. Flächen 252 und 254 bestimmt wird, ergibt sich ein beschleunigungsinduzierter Fehler. Da jedoch die Differenz der Längen der Flächen 250, 254 mit eingerechnet wird, wird der Zählinhalt um den beschleunigungsinduzierten Fehler so ausgeglichen, daß bei der nacheilenden Flanke 80 eines Impulses 72′ der Gesamtzählinhalt gleich Null ist und angezeigt wird, daß der Einspritzbeginn SOI an der oberen Totpunktlage TDC erfolgt.

Da die Länge der Flächen 250 und 250′ kurz im Vergleich zur Länge der Flächen 252 und 254 ist, neigt die durch die Beschleunigung erzeugte Zeitdifferenz dazu, für die Gebiete bzw. Flächen 250 und 250′ kleiner als für die Gebiete bzw. Flächen 252 und 254 zu sein. Damit muß die Zeitdifferenz der Flächen 250 und 250′ vergrößert oder ausgeweitet werden, um den Gesamtzählinhalt gegenüber der beschleunigungsinduzierten Zeitdifferenz der Flächen 252 und 254 zu kompensieren. Es hat sich in dieser Beziehung gezeigt, daß der Faktor, um welchen die Zeitdifferenz vergrößert werden muß, proportional zum Winkelverhältnis S 2/(S 2-S 1) sein muß, wobei S 1 der in Kolbenumlaufgraden gemessene Abstand zwischen der Referenzstellung P 1 des Kolbens 10 und der oberen Totpunktlage TDC und S 2 der in Kolbenumlaufgraden gemessene Abstand zwischen der weiteren Referenzstellung P 2 und der oberen Totpunktlage TDC ist.

Diese beschriebene Beziehung wird theoretisch auf Grundlage konstanter Motorbeschleunigung zwischen den Impulsen 72 und 72′ bestimmt und ist in Fig. 11 aufgezeichnet. Die vertikale Achse stellt den Vergrößerungsfaktor für die Zeitdauerdifferenz der Flächen 250 und 250′ dar. Auf der horizontalen Achse ist das Winkelverhältnis S 2/(S 2-S 1) aufgetragen. Der Vergrößerungsfaktor ist so im wesentlichen gleich S 2/(S 2-S 1). Bei der dargestellten Ausführung beträgt S 2 = 120° und S 2-S 1 = 8°, und das Winkelverhältnis = 15, so daß die Zeitdauerdifferenz der Flächen 250 und 250′ um einen Faktor annähernd = 8 vergrößert werden muß. Aus diesem Grund werden in Fig. 8 Taktimpulse vom Taktgeber 180 durch die 1/8-Untersetzerschaltung 186 geleitet, bevor sie zur Takteingangsklemme 158 des Aufwärts/Abwärts-Zählers 154 gelangen, und zwar während der Zeiten nach dem Impuls 72 und vor dem Impuls 72′. Auf diese Weise wird der Zählinhalt des Aufwärts/Abwärts-Zählers 158 achtmal so schnell während der Impulse 72 und 72′ erhöht als während des restlichen Teils der Zählzeit. Der durch den Zwischenhaltekreis 214 bei der nacheilenden Flanke 80 des Impulses 72′ gelesene Zählinhalt ist damit für die gemessene Motorbeschleunigung richtig ausgeglichen.

Der Kolbenbolzen 13 kann gegenüber der Mittellinie des Zylinders 12 leicht versetzt sein, um den als "Kolbenkippen" bekannten Zustand zu vermeiden, bei dem beim oder in der Nähe des Hubendes der Kolben 10 sich abrupt von einer Zylinderseitenwand zur anderen bewegt. In diesem Fall tritt die obere Totpunktlage TPC nicht in der Mitte zwischen den Impulsen 72, 72′ auf, sondern ist leicht zu einer Seite hin versetzt. Da das beschriebene Zeitgebersystem auf der Annahme basiert, daß die Impulse 72, 72′ symmetrisch um die Totpunktlage TDC verteilt sind, ergibt sich ein leichter Fehler oder Versatz der Zeitgabeanzeige, wenn es bei Motoren mit versetztem Kolbenbolzen angewendet wird. Dieser Versatz oder Fehler kann jedoch aus der Pleuelstangenlänge, dem Kolbenbolzenversatz und dem Kolbenhub bestimmt werden. Da dieser Fehler bei einer bestimmten Motorauslegung konstant ist, kann er durch die Systemelektronik an einer geeigneten Stelle, beispielsweise im Funktionsgenerator 230, berücksichtigt werden.

Die Sensoreinrichtung 22 zur Erzeugung der Impulse 72 und 72′ kann grundsätzlich auch andere Sensorelemente als die genannten enthalten. Beispielsweise kann auch die Anbringungsstelle der Sensoreinrichtung so abgeändert werden, daß die Impulse 72, 72′ entsprechend der Bewegung eines auf die Kolbenbewegung bezogenen Elementes bestimmt werden, beispielsweise in Abhängigkeit vom Pleuel oder von einem Ventilkipphebel.

Claims (3)

1. Zeitgebersystem zum Bestimmen des Zeitpunkts (T₃) des Auftretens eines auf den Betrieb eines Verbrennungsmotors bezogenen Ereignisses (SOI) mit Bezug auf die obere oder untere Totpunktlage (TDC) eines Kolbens (10) des Motors, gekennzeichnet durch

• - eine Sensoreinrichtung (22) zum Erfassen des Durchgangs eines ausgewählten Kolbens (10) durch eine Referenzstellung (P 1) am Zylinder (12) während der Bewegung des Kolbens zur Totpunktlage (TDC) hin und von der Totpunktlage weg,
• - eine Einrichtung zum Bestimmen eines ersten Zeitintervalls (T₂-T₃), das sich vom Zeitpunkt (T₂) des Durchgangs des Kolbens (10) durch die Referenzstellung (P 1) während der Bewegung zur Totpunktlage (TDC) hin bis zum Zeitpunkt (T₃) des Auftretens des Ereignisses (SOI) erstreckt, und zum Bestimmen eines zweiten Zeitintervalls (T₃-T₄), das sich vom Zeitpunkt des Auftretens des Ereignisses (SOI) bis zum Zeitpunkt (T₄) des Durchgangs des Kolbens (10) durch die Referenzstellung (P 1) während der Bewegung von der Totpunktlage (TDC) weg erstreckt, und
• - eine Logikeinrichtung (154) zum Auswerten der Zeitdauerdifferenz der beiden Zeitintervalle (T₂-T₃, T₃-T₄) als Maß für die Zeitdauer vom Zeitpunkt (T₃) des Auftretens des Ereignisses bis zum Zeitpunkt der Ankunft des Kolbens (10) in der Totpunktlage (TDC), wobei der Wert der halben Zeitdauerdifferenz die Zeitdauer bis zur Ankunft in der Totpunktlage (TDC) und das Vorzeichen der Zeitdauerdifferenz anzeigt, ob das Ereignis (SOI) vor oder nach der Ankunft des Kolbens (10) in der Totpunktlage (TDC) auftritt.

2. Zeitgebersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung ( 22) ferner zur Erfassung des Durchgangs des Kolbens (10) durch eine weitere Referenzstellung (P 2) am Zylinder (12) während der Bewegung des Kolbens zur Totpunktlage (TDC) hin und von der Totpunktlage weg ausgelegt ist, daß eine Einrichtung zum Bestimmen eines dritten (T₁-T₂) und eines vierten Zeitintervalls (T₄-T₅) vorgesehen ist, wobei sich das dritte Zeitintervall (T₁-T ₂) vom Zeitpunkt (T₁) des Durchgangs des Kolbens (10) durch die weitere Referenzstellung (P 2) während der Bewegung zur Totpunktlage (TDC) hin bis zum Zeitpunkt (T₂) des Durchgangs des Kolbens (10) durch die Referenzstellung (P 1), und das vierte Zeitintervall (T₄-T₅) vom Zeitpunkt (T₄) des Durchgangs des Kolbens (10) durch die Referenzstellung (P 1) während der Bewegung von der Totpunktlage (TDC) weg bis zum Zeitpunkt (T₅) des Durchgangs des Kolbens (10) durch die weitere Referenzstellung (P 2), erstreckt, und daß auf den Unterschied zwischen dem dritten und vierten Zeitintervall (T₁-T₂, T₄-T₅) ansprechende Mittel zur Kompensation der infolge einer Motorbeschleunigung bei der Bestimmung der Zeitdauerdifferenz zwischen dem ersten (T₂-T ₃) und zweiten Zeitintervall (T₃-T₄) auftretenden Abweichungen vorgesehen sind.

3. Zeitgebersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstellungen (P 1, P 2) von der Totpunktlage (TDC) des Kolbens (10) einen Abstand (S 1, S 2) aufweisen, der im wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches von 180/N Kolbendurchlaufgraden beträgt, wobei N die Anzahl der pro Kolbenumlauf auftretenden isolierten Motorverbrennungsereignisse angibt. 4. Zeitgebersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstellung (P 1) und die weitere Referenzstellung (P 2) des Kolbens (10) von der Totpunktlage (TDC) jeweils einen Abstand S 1 bzw. S 2 aufweisen und für diese Abstände die Beziehung S 2 » S 1 gilt, daß der einen Aufwärts/Abwärts- Zähler (154) umfassenden Logikeinrichtung eine weitere Logikeinrichtung (178) zugeordnet ist, welche einen Taktgeber (180) zur Erzeugung von Taktimpulsen mit einer ersten Frequenz (F 1) und einer zweiten Frequenz (F 2) umfaßt, durch die der Aufwärts/Abwärts-Zähler (154) während eines jeden Zählzyklus beaufschlagbar ist, der sich über das erste und zweite ( T₂-T₃, T₃-T₄) sowie über das dritte und vierte Zeitintervall (T₁-T₂, T₄-T₅) erstreckt, wobei der Aufwärts/Abwärts-Zähler (154) während des ersten und dritten Zeitintervalls ( T₂-T₃, T₁-T₂) zum Aufwärtszählen und während des zweiten und vierten Zeitintervalls (T₃-T₄, T₄-T₅) zum Abwärtszählen betreibbar ist, und daß der Taktgeber (180) während des ersten und zweiten Zeitintervalls (T₂-T₃, T₃-T₄) zur Erzeugung von Taktimpulsen mit der ersten Frequenz (F 1) und während des dritten und vierten Zeitintervalls (T₁-T₂, T ₄-T₅) mit der zweiten Frequenz (F 2) betreibbar ist, wobei das Frequenzverhältnis F 2/F 1 proportional zu dem Verhältnis S 1/ (S 2-S 1) ist, in dem die beiden Abstände S 1, S 2 jeweils in Kolbenumlaufgraden angegeben sind.