DE3789646T2

DE3789646T2 - Zündungsregelsystem mit vereinfachter kurbelwellenspülung.

Info

Publication number: DE3789646T2
Application number: DE3789646T
Authority: DE
Inventors: Alexander Long; David Wilens
Original assignee: Electromotive Inc
Current assignee: Electromotive Inc
Priority date: 1986-02-05
Filing date: 1987-02-05
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2007-02-06
Also published as: EP0260298A1; CA1308162C; US4787354A; EP0260298A4; EP0260298B1; DE3789646D1; WO1987004760A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein das Gebiet der Steuersysteme für Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung und speziell solche Systeme, die die Verwendung von Verteilern vermeiden und selbst bei höheren Drehzahlen eine effiziente Spulenladung erzielen.
Es ist wohlbekannt, daß Drehkräfte aus Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung durch die Zündung von Kraftstoff/Luftgemischen erhalten werden können, die in die Zylinder solcher Maschinen eingespritzt werden, um eine geradlinige Bewegung auf die in den Zylindern angeordneten Kolben aufzubringen, wobei Drehkräfte auf eine Kurbelwelle gegeben werden. In jedem Zylinder ist eine Zündkerze angeordnet, die elektrisch betrieben wird, um einen Funken zu erzeugen, der das Kraftstoff/Luftgemisch zündet. Der Funke ist zeitlich so in Bezug auf eine obere Totpunkt-Lage (top dead center - TDC) der Kurbelwelle abgestimmt, daß eine Verbrennung des Kraftstoff/Luftgemischs hervorgerufen wird, die die Kräfte in den Zylinder und so auf die Kurbelwelle aufbringt, und zwar zu einem Zeitpunkt, nach dem der Zylinder seine obere Totpunkt-Lage erreicht hat. Die Winkelstellung der drehend angetriebenen Kurbelwelle wird üblicherweise in Bezug auf die obere Totpunkt-Lage des Zylinders gemessen. Genauer gesagt, wird der Funke zu einem Zeitpunkt, nämlich dem Zündzeitpunkt (spark instant - SI) erzeugt, der einer gewählten Winkelstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine entspricht. Üblicherweise wird der Funke in einer Lage vor der TDC-Lage erzeugt, um sicherzustellen, daß das Kraftstoff/Luftgemische gezündet wird und dessen Verbrennung den höchsten Verbrennungsdruck im Zylinder zu einem Zeitpunkt erzeugt, nach dem der Kolben seine TDC- Lage erreicht hat. Die Winkelstellung der Kurbelwelle zum Zündzeitpunkt SI ist normalerweise als Zündvoreilwinkel Ra bekannt und wird bezogen auf die TDC-Lage gemessen. Da der Zündvoreilwinkel Ra direkt bewirkt, wann die Verbrennung des Kraftstoff/Luftgemisches stattfindet, beeinflußt der Zündvoreilwinkel Ra auch die Höhe des an die Kurbelwelle abgegebenen Drehmoments. Die Beziehung zwischen Zündvoreilwinkel Ra und Kurbelwellendrehmoment ist eine Funktion erster Ordnung und muß genau gesteuert werden, um einen geringen Kraftstoffverbrauch zu erzielen und die vom Motor ausgehenden Emissionen zu minimieren
Im Stand der Technik wurde üblicherweise ein Schalter bzw. genauer gesagt eine Anordnung mechanischer Schalter verwendet, die mit der Kurbelwelle drehbar verbunden waren und aufgrund der Drehung der Kurbelwelle sich schlossen, wobei sie einen elektrischen Schaltkreis schlossen, der seine elektrische Energie nacheinander an die Zündkerzen abgab. Eine derartige Schalteranordnung ist üblicherweise als Verteiler bekannt. Bei früheren Kraftfahrzeugen waren die Verteiler mit einem handbetätigten Hebel an der Lenksäule verbunden, um den Zündzeitpunkt manuell vor- oder nachzuverlegen. Mechanische Verteiler des Fliehkraft-Typs stellten eine Verbesserung gegenüber den handbetätigten und benutzten ein mit dem Verteiler verbundenes Fliehgewicht, um den Zündzeitpunkt automatisch in Abhängigkeit von der Kurbelwellendrehzahl vorzuverlegen. Später wurde eine Vakuumkammer mit der Brennkraftmaschine gekoppelt, um den Ansaugunterdruck und demgemäß die vom Motor geforderte Last zu ermitteln. Üblicherweise wurden solche Unterdruckelemente mit einer mechanischen Membran verbunden, über die der Zündzeitpunkt bei zunehmender Last bzw. abnehmenden Ansaugunterdruck der Brennkraftmaschine vorzögert wurde.
Verteiler der bekannten Art schlossen üblicherweise einen über ein Untersetzungsgetriebe mit der Brennkraftmaschine drehend verbundenen Nocken ein, der so angeordnet war, daß er die Kontakte oder Punkte des Verteilers aufeinanderfolgend berührte, wodurch der Stromkreis zu einer zugehörigen Zündkerze geschlossen wurde. Üblicherweise konnten beim Stand der Technik die räumliche Lage der Punkte und somit der Zündvoreilwinkel Ra durch den Fliehkraftregler eingestellt werden, um den Zündvoreilwinkel Ra als Funktion der Kurbelwellendrehzahl einzustellen. Weiterhin wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, den Ansaugunterdruck zu erfassen, um die Punkte so zu setzen, daß die Zündung als Funktion der Motorlast verzögert wurde.
Da mechanische Verteiler in Bezug auf den Winkel Ra, die Genauigkeit und den Betrag, um welchen sie gesteuert werden können, begrenzt sind, wurden elektronische Steuerungen und dabei insbesondere Zündsysteme mit geschlossener Regelschleife angewandt, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern und den Schadstoffausstoß zu verringern. Es ist einsehbar, daß die Ziele, die Verschmutzung zu verringern und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, sich insofern gegenseitig ausschließen, als in dem Falle, in dem Maßnahmen zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs eingeleitet werden, es zunehmend schwieriger wird, die Höhe des Schadstoffausstosses einzuhalten. Üblicherweise verzögern Schadstoffsteuersysteme den Zündvoreilwinkel Ra und begrenzen so den Schadstoffausstoß, dies jedoch auf Kosten einer guten Motorleistung. Insbesondere wird der Zündvoreilwinkel Ra als nicht-lineare Rampenfunktion der Motordrehzahl vorverstellt. Die mechanischen Einrichtungen gemäß dem Stand der Technik, genauso wie viele der elektronischen Steuerungen, können eine solche Funktion des Zündvoreilwinkel s Ra in Bezug auf die Motordrehzahl linear einstellen, dies jedoch mit relativ geringer Genauigkeit und begrenztem Einstellbereich. Als Folge können Motoren mit derartigen Steuerungen nicht so genau gesteuert werden, daß sie die strengen, durch die US-Regierung auferlegten Grenzwerte einhalten.
Wie zuvor beschrieben, wird die Zündsteuerung durch Einstellen des Zündzeitpunkts als Zündvoreilwinkel Ra in Bezug auf den oberen Totpunkt (TDC) durchgeführt. Typisch für viele Systeme steht das von Wahl gemäß dem US-Patent 4,015,566, welches ein elektronisches Zündsystem für eine Viertaktbrennkraftmaschine umfaßt, bei dem das Bestimmen der Zündzeitpunkte bezogen auf die gemessene Kurbelwellenstellung als eine Funktion der Motordrehzahl erfolgt. Im einzelnen verwendet das System nach Wahl einen Aufnehmer, der eine erste Pulsfolge liefert, welche die Nockenwellenposition anzeigt und eine zweite Pulsfolge zur Anzeige der Kurbelwellendrehzahl. Die erste Pulsfolge wird mittels eines Kurbelwellenpositionsaufnehmers erzeugt, der mit der Verteilerwelle gekoppelt ist, die ihrerseits im Verhältnis 2 zu 1 bezogen auf die Kurbelwelle untersetzt wird. Bei dem Vierzylinder-Motor nach Wahl gibt der Kurbelwellenpositionsaufnehmer vier Pulse des ersten Pulszuges auf jede Umdrehung der Verteilerwelle und zwei Puls auf jede Umdrehung der Motorkurbelwelle ab. Bei einem üblichen Vierzylinderkraftfahrzeugmotor gibt es vier Takte oder Zylinderfeuerungen auf jede Umdrehung der Verteilerwelle und jeden Satz von zwei Umdrehungen der Motorkurbelwelle. Auf diese Weise feuert die Zündungssteuerung während der ersten Umdrehung der Motorkurbelwelle nacheinander die Zylinder 1 und 3 und während der zweiten Umdrehung der Motorkurbelwelle zündet die Zündsteuerung nacheinander die Zylinder 2 und 4 des Motors nach Wahl.
Das Problem bei der Erzielung eines niedrigen Schadstoffausstosses sowie eines effizienten Motorbetriebes liegt in der Tatsache, daß die Zündsteuersysteme gemäß dem Stand der Technik kein exakt gemessenes und hochauflösendes Signal bezüglich der Stellung der Motorkurbelwelle liefern. Beispielsweise liefert der Stellungsgeber nach Wahl lediglich zwei Ausgangspulse pro Kurbelwellenumdrehung. Wenn so der Motor nach Wahl schnell beschleunigt, liefert er nicht nur ein fehlerhaftes Signal über die Kurbelwellendrehzahl, sondern auch über die Kurbelwellenstellung. Um diese Probleme zu lösen, hat der Anmelder in seinem US-Patent Nr. 4,494,509 mit dem Titel "Hochauflösendes elektronisches Zündsteuersystem" ein neues und verbessertes elektronisches Zündsteuersystem offenbart, bei dem der Zündzeitpunkt SI mit beträchtlich verbesserter Genauigkeit in Bezug auf die Kurbelwellenstellung vor- und zurückgestellt wird. Der Anmelder schließt hierdurch durch die Bezugnahme die Offenbarung seines oben genannten Patentes in diese Anmeldung ein. Im einzelnen beschreibt das Patent des Anmelders einen optischen Kodierer, der mit der Kurbelwelle eines Verteilers verbunden ist und erste und zweite Kodierscheiben enthält. Die erste Kodierscheibe weist eine relativ große Anzahl von durchlässigen Abschnitten zur Erzeugung eines relativ hochfrequenten Signals auf, dessen Frequenz eine genaue Angabe der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle des Motors wiedergibt. Der erste Pulszug wird an eine PLL-Schaltung gegeben, die ein Signal erhöhter Frequenz proportional zu dem des ersten Pulszugs filtert und ausgibt. Die zweite Kodierscheibe hat relativ wenig Abschnitte zur Erzeugung eines zweiten Pulszugs mit einer zweiten, geringeren Frequenz. Jedes Signal des zweiten Pulszugs tritt zu dem Zeitpunkt auf, an dem die Kurbelwelle an einem festen Bezugspunkt in der Drehung der Motorkurbelwelle vorbeieilt. Der Bezugspunkt ist beispielsweise auf 45º vor dem oberen Totpunkt (before top dead center) BTDC gesetzt. Der Zündzeitpunkt SI wird genau so gesteuert, daß er am Ende einer veränderlichen Bogenlänge der Kurbelwellendrehung beginnend bei dem 45º BTDC Bezugspunkt auftritt. Die veränderliche Länge des Bogens wird in Abhängigkeit von einem ausgewählten Maschinenparameter, beispielsweise der Winkel- oder Drehgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle gesetzt. Der erste Hochfrequenzsignalzug wird über eine feste Zeitdauer gezählt oder aufintegriert, um eine genaue Angabe über die Kurbelwellengeschwindigkeit zu erhalten. Diese genaue Angabe der Kurbelwellengeschwindigkeit wird dazu benutzt, aus einer Mehrzahl von in einem Speicher abgelegten Zählwerten einen anzusprechen. Die Zählwerte sind eine Angabe des Grades oder Voreil- oder Verzögerungswinkels für diesen speziellen Motor als Funktion der Kurbelwellengeschwindigkeit. Es wird ein hochauflösendes Signal zur Angabe der Kurbelwellenstellung erhalten, indem das Hochfrequenzsignal des PLL auf einen Kurbelwellenstellungs-Zähler gegeben wird, welcher den Zählvorgang des Hochfrequenzsignals jedesmal beim Auftreten eines Signals des zweiten Signalzugs startet. Der Kurbelwellenstellungs-Zähler zählt bis zu einem Punkt, der dem gewünschten Kurbelwellenbogen entspricht, wie er durch den angesprochenen Zählwert bestimmt ist, um ein Ausgangssignal vorzusehen, dessen Auftreten den Zündzeitpunkt SI steuert. Der SI wird nicht durch einen Sensor bestimmt, der ein Ausgangssignal einmal oder zweimal pro Umdrehung der Kurbelwelle liefert, sondern vielmehr aufgrund des Hochfrequenz- Signalzugs, um so die Zündzeitpunkte mit einem erforderlich hohen Maß an Genauigkeit vorsieht.
Es ist ersichtlich, daß durch eine Verbesserung der Genauigkeit, mit welcher SI gesetzt wird, die Kraftstoffausnutzung, Verhinderung von Verschmutzung sowie Motorleistung verbessert werden können. Bei dem Zündsteuersystem, wie es in dem oben genannten US-Patent beschrieben ist, kuppelt ein im Verteiler enthaltenes Untersetzungsgetriebe die Motorkurbelwelle mit der ersten und zweiten Kodierscheibe wie ausgeführt. Solch ein Untersetzungsgetriebe ist eine Ursache für ein Spiel, das Fehler bei der Feststellung der Motorkurbelwellenposition erzeugt. Bei den Zündsteuersystemen nach dem Stand der Technik wiesen die Zeitsignale eine so niedrige Auflösung auf, daß die Verwendung eines Untersetzungsgetriebes, wie es üblicherweise zwischen der Motorkurbelwelle und dem Verteiler eingesetzt wird, die Zeitsteuerung des SI oder die Motorleistung nicht spürbar beeinflußten. In dem Maße wie die Genauigkeit der Bereitstellung verbessert wird, sind die durch solche Untersetzungsgetriebe verursachten Ungenauigkeiten jedoch nicht mehr annehmbar.
Um die mit der Verwendung von Untersetzungsgetrieben verbundenen Probleme auszuschalten, offenbart der Anmelder in seiner US-Patentanmeldung No. 764,970 mit dem Titel "A PRECISION DISTRIBUTORLESS IGNITION CONTROL SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINESC", angemeldet am 12. August 1985, jetzt US-A- 464988I, veröffentlicht am 17.03.1987, ein elektronisches Zündsystem mit einem direkt an die Motorkurbelwelle gekuppelten Rotor mit wenigstens einer ersten Bezugskennung sowie einer Mehrzahl von N zweiten Bezugskennungen für jede der ersten Bezugskennungen. Erste und zweite Signalgeneratoren sind in einer festen Lage in Bezug auf die Kurbelwellendrehung angeordnet und liefern erste und zweite Signalzüge als entsprechende Antwort auf das Vorbeilaufen jeder der ersten und zweiten Bezugskennungen. SI wird durch einen Bogenunterbrecherkreis in Form eines Zählers gesteuert, welcher als Antwort auf jedes erste Signal zur Messung eines veränderlichen Bogens des Kurbelwelle mit dem Ende bei SI angestoßen wird. Der zweite Signalzug wird auf eine PLL gegeben, die ein relativ hochfrequentes Signal multipliziert und ausgibt, welches wiederum dem zuvor genannten Bogenunterbrecherkreis zugeführt wird. In einem anschaulichen Ausführungsbeispiel, wie es in dieser Anmeldung beschrieben wird, ist der Rotor zylinderähnlich und direkt über die Motorkurbelwelle angetrieben ausgebildet und weist eine erste Mehrzahl von Schlitzen darin auf, die den ersten Bezugskennungen entsprechen sowie einen zweiten Satz von Schlitzen, die den N zweiten Bezugskennungen entsprechen. Die ersten Kennungen sind auf dem Rotor in fester Lage zur Motorkurbelwelle und damit zum oberen Totpunkt des Motorzylinders angeordnet. Es werden jedoch zwei Signalgeneratoren zur Erkennung der ersten und zweiten Kennungen benötigt und außerdem als Schaltung zur Dekodierung und Steuerung, welcher Zylinder als nächstes zu zünden ist. Die Verwendung von zwei oder mehr Signalgeneratoren steigert die Kosten eines derartigen Zündsystems und erhöht die Schwierigkeit der Synchronisierung der hochauflösenden Kurbelwellensignale, wie sie vom zweiten Signalgenerator stammen.
Es wäre wünschenswert nur einen einzelnen Signalgenerator zur verwenden, der nicht nur einen Signalzug hochauflösender Signale oder Pulse liefern würde, sondern außerdem ein Signal, das das Passieren der Kurbelwelle an einem Zylinderbezugspunkt wie dem oberen Totpunkt anzeigt. Die Schwierigkeit bei der Verwendung eines einzelnen Signalgenerators liegt in der Unsicherheit, eines einzelnen hochauflösenden Signalzugs, insbesondere wenn dieses Zündsystem den SI über einen extrem breiten Geschwindigkeitsbereich der Kurbelwelle von niedrigen Motordrehzahlen unterhalb 30/min. bis zu hohen Drehzahlen oberhalb 12000/min. für Rennmotoren steuern muß. Dies ist ein Geschwindigkeitsbereich von 400 : 1. Zusätzlich ist die Drehung der Kurbelwelle nicht konstant; sie kann stoppen und daran unmittelbar anschließend wieder starten. Weiterhin wir der Motorkurbelwelle häufig eine rasche Beschleunigung oder Verzögerung überlagert.
Weiter muß ein elektronisches Zündsystem nicht nur den SI steuern, sondern auch die Zündungen in einer vorgegebenen Reihenfolge der Zylinder bewirken. Wenn ein Zylinder außerhalb der Reihe gezündet wird, könnte eine Verbrennung in einem Zylinder mit geöffnetem Einlaßventil stattfinden und so einen Motorbrand verursachen. Daher soll ein hochauflösendes Signal vorgesehen sein, das eine sehr genaue Angabe der Kurbelwellenposition geben kann und außerdem sicherstellt, daß ein Bezug betreffend die relative Stellung der Kurbelwelle zu den Motorzylindern besteht, so daß über einen sehr großen Geschwindigkeitsbereich innerhalb einer Kurbelwellenumdrehung eine Synchronisation erreicht wird.
Das oben genannte Patent des Anmelders beschreibt weiter einen Schaltkreis zum Laden der Zündspule mit einem ausreichenden Strom unabhängig von der Kurbelwellendrehzahl. Das Aufladen der Zündspulen mit einem ausreichenden Strom ist besonders wichtig, um die für die Zündkerzen des Motors erforderliche Zündenergie zu erzeugen. Ist die Aufladezeit zu lang, wird Energie verschwendet und die Schaltmittel für die Stromverteilung auf die Spulen werden überhitzt. Als Folge müssen Schalter, beispielsweise Leistungstransistoren größerer Dimensionierung und höherer Kosten in solchen Systemen eingesetzt werden.
Wenn andererseits die Aufladezeit der Spulen zu kurz ist, wird die Zündspule nicht ausreichend geladen und die an die Zündkerzen gegebene Spulenenergie kann unzureichend sein, um das Kraftstoff/Luftgemisch zu zünden. Es wird weiter festgehalten, daß der Batteriezustand und die Motordrehzahl die Spulenladezeit ungünstig beeinflussen können. Wenn die Zeitsteuerung von einem Sensor abgeleitet wird, der mit der Motorkurbelwelle verbunden ist und wenn die Spuleneinschaltzeit als eine Funktion der Kurbelwellenstellung abgeleitet ist, nimmt die Spulenladezeit mit steigender Motordrehzahl ab. Dies gilt insbesondere für Sechs- und Achtzylindermotoren, da für derartige Motorausführungen eine erhöhte Anzahl von Zündungen pro Kurbelwellenumdrehung erforderlich ist. Wenn weiter die Batterie älter wird, nimmt ihr Ausgangsstrom ab, was Auswirkungen auf den an die Zündspule gegebenen Ladestrom haben kann.
Die US-A-4 553 427 beschreibt eine Vorrichtung zur Feststellung einer Winkellage, die in Verbindung mit einem Rotor mit einem Fehlzahn arbeitet. Die Zeit zwischen in gleichen Winkelabständen angeordneten Rotorzähnen wird gezählt mittels eines festen Hall- Sensors oder eines Sensors mit veränderlicher Reluktanz. Das Feststellen eines fehlenden Zahns wird mittels eines Mikroprozessors erzielt, der so programmiert ist, daß er Uhrimpulse zählt. Wenn der Zählstand größer ist als der vorhergehende Zählstand, wird ein fehlender Zahn entdeckt. Die Feststellung des fehlenden Zahns erfolgt auf der Grundlage eines Zeitverhältnisses oder auf der Grundlage einer absoluten Zeitdifferenz, die davon abhängt, ob der Motor im niedrigen oder nicht-niedrigen Bereich betrieben wird. Der Mikrocomputer bestimmt den zu zündenden Zylinder und die Drehzahl des Motors abhängig vom Ausgangssignal des Drehwinkelsensors. Motordrehzahl und Voreilwinkel werden einmal alle zwei Kurbelwellenumdrehungen bestimmt. Unter Verwendung der Drehzahl und des Saugrohrdrucks als Parameter werden Zündzeitpunkt und Ladezeit jeden Zylinders mittels eines im Mikrocomputer gespeicherten Kennfelds berechnet. Im Schaltkreis vorgesehene Zünder starten und unterbrechen den an die Zündspulen gelieferten Strom, wenn sie vom Mikrocomputer Start- und Unterbrechungssignale erhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein verteilerloses elektronisches Zündsystem mit einem einzigen Kurbelwellensensor vorgesehen zur elektrischen Verbindung mit einem Zündfunkengenerator, um zur Verbrennung in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung die Zündzeitpunkte zu steuern, wobei die Brennkraftmaschine wenigstens einen Zylinder aufweist mit einem darin angeordneten Kolben, welcher sich innerhalb des Zylinders hin- und herbewegen kann und welcher mechanisch so verbunden ist, daß er eine drehbare Motorkurbelwelle drehend antreiben kann als Wirkung der Verbrennung in besagtem Zylinder. Besagter Zylinder hat außerdem einen elektrisch betätigbaren Zündfunkengenerator, der mit ihm in Wirkverbindung steht und der elektrische Funken erzeugt, die die Verbrennung innerhalb des besagten Zylinders starten. Besagtes elektronisches Zündsystem enthält:
einen zur Drehung mit der Kurbelwelle dieser fest zugeordneten Rotor, der eine Mehrzahl gleichwinklig voneinander beabstandeten Punkten definiert, in denen vom Rotor abtastbare Strukturen definiert sind, wobei der Rotor ferner eine Bezugskennung in vorbestimmter fester Positionsbeziehung zu der Mehrzahl der Punkte definiert, wobei die Bezugskennung die Winkelstellung der Kurbelwelle anzeigt und wie der Kolben in vorbestimmter Positionsbeziehung zum Zylinder angeordnet ist; ein einziger Kurbelwellensensor ist in fester Beziehung zur Drehung der Kurbelwelle angeordnet und operativ mit dem Rotor gekoppelt, wobei der einzige Kurbelwellensensor die abzutastenden Rotorstrukturen durch Abtasten ermittelt und infolge Anordnung und Ausbildung aufeinanderfolgende elektrische Sensorimpulse in Abhängigkeit von den Rotorstrukturen nach dem Sensor erzeugt;
einen Bezugskennungsermittlungsschaltkreis, der elektrisch mit dem einzigen Kurbelwellensensor gekoppelt ist und auf Grund Anordnung und Ausbildung die elektrischen Sensorimpulse aufnimmt, wobei der Bezugskennungsschaltkreis, abhängig von den elektrischen Sensorimpulsen, die Drehung der Bezugskennung nach dem Sensor ermittelt und abhängig von der Ermittlung, basierend auf den elektrischen Sensorimpulsen, wie sie abhängig vom Abtasten einer abtastbaren Rotorstruktur durch den einzigen Kurbelwellensensor erzeugt wurden, feststellt, ob der Motor um einen Betrag gedreht wurde, der einen Synchronisationsrechner in einer Schaltung, der die aufeinanderfolgenden elektrischen Sensorimpulse aufnimmt und berechnet, um eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Ausgangssignalen nach Berechnungen für die jeweilige vorausbestimmte Kurbelwellenwinkelstellung zu liefern, wobei der Rechner mit der Rotorrotation abhängig von dem abgefühlten Ausgangssignal synchronisiert ist;
einen die Motordrehzahl bestimmenden Schaltkreis, der mit dem einzigen Kurbelwellensensor gekoppelt und so geschaltet ist, daß er die elektrischen Sensorimpulse aufnimmt, wobei der die Motordrehzahl bzw. -geschwindigkeit bestimmende Schaltkreis die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle bestimmt und kontinuierlich die vorbestimmte Geschwindigkeit abhängig von den elektrischen Sensorimpulsen aktualisiert;
ein mit dem Rechner und dem die Motordrehzahl bzw. -geschwindigkeit bestimmenden Schaltkreis gekoppelter Schaltkreis zur Steuerung des Voreilwinkels für die Zündung, der eine Vorverstellung des Zündwinkels entsprechend dem Zylinder abhängig von einem Zündsignal des Rechners spezifiziert sowie in Abhängigkeit von der aktualisiert vorbestimmten Solldrehzahl bzw. -geschwindigkeit und zumindest einem weiteren Motorparameter;
einen Pulsgenerator zur Erzeugung einer wiederholbaren Impulsfolge, die die Impulswiederholrate der elektrischen Impulse übersteigt, die von dem einzigen Kurbelwellensensor erzeugt werden und proportional zur Impulswiederholungsrate ist;
einem Zündfunkenschnellauslöseschaltkreis, der operativ mit dem Rechner und dem Schaltkreis zur Steuerung des Voreilwinkels für die Zündung sowie dem Pulsgenerator verbunden ist und der ein Zündfunkenschnellsteuersignal zur Steuerung der Aufeinanderfolge der vom Zündgenerator erzeugten Zündfunken erzeugt, wobei dem Zündfunkenschnellauslöseschaltkreis vom Schaltkreis zur Steuerung des Voreilwinkels für die Zündung ein Synchronisierungsdatum zugeführt wird, das repräsentativ ist für die Synchronisierung des Zündfunkenschnellsteuersignals und die Erzeugung des Zündfunkensteuersignals abhängig von einem Aktualisierungssignal des Rechners und in Zeitpunkten, in denen die vom Pulsgenerator erhaltenen Impulse der Synchronisierung entsprechen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht ein elektronisches Zündsteuersystem vor, das als Funktion wenigstens eines ausgewählten Motorparameters die Zündung oder Zündzeitpunkte einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung steuert, wobei der Motor wenigstens einen Zylinder mit einem Kolben sowie eine mit dem Kolben verbundene und von ihm bei einer Verbrennung im Zylinder zum Zündzeitpunkt drehend angetriebene Kurbelwelle aufweist. Die Kurbelwelle weist wenigstens eine Bezugsposition auf, die eine Lagebeziehung zwischen Kurbelwelle und dem Zylinder angibt. Das elektronische Zündsystem enthält einen mit der Kurbelwelle drehenden und mit ihr verbundenen Rotor, der eine Mehrzahl von Bezugspunkten aufweist, die auf ihm in Bezug auf die Referenzstellung angeordnet sind. Die Bezugspunkte sind gleichwinklig um einen vorbestimmten Kurbelwellendrehwinkel voneinander beabstandet angeordnet. Wenigstens einer der Bezugspunkte weist einen fehlenden Bezugspunkt auf und ist in vorbestimmter Beziehung zur Bezugsstellung der Kurbelwelle angeordnet. Ein einziger Sensor ist an einem in Bezug auf die Kurbelwellendrehung festen Punkt vorgesehen und liefert einen Signalzug, wobei jedes Signal dann auftritt, wenn jeder der Mehrzahl der Bezugspunkte hinter dem Festpunkt vorbeiläuft. Der fehlende Bezugspunkt wird durch einen Schaltkreis bestimmt, der auf jedes Sensorsignal zur Messung des Kurbelwellendrehwinkels aus dem augenblicklichen entsprechenden Referenzpunkt antwortet und der, wenn der gemessene Drehwinkel größer als der vorbestimmte Winkel ist, ein Signal zur Anzeige des fehlenden Bezugspunktes liefert.
Der Fehlpulsschaltkreis liefert das Fehlsignal, um einen Synchronisierzähler anzustoßen, der den Signalzug zählt und den Zählwert aufaddiert oder ein Signal zur Angabe der Kurbelwellenstellung abgibt. Die Angabe der Kurbelwelle wird dekodiert, um ein Signal zu liefern, das die eine Bezugsstellung der Kurbelwelle anzeigt. Ein Kurbelwellenpositionsschaltkreis oder -zähler wird angestoßen und mißt den veränderlichen Kurbelwellendrehwinkel und erzeugt ein Zündsignal zur Steuerung des Zündzeitpunktes, sobald der gemessene Kurbelwellendrehwinkel dem als Funktion eines ausgewählten Motorparameters veränderlichen Kurbelwellendrehwinkel entspricht.
Das elektronische Zündsystem enthält einen Schalter, der eine Spannungsquelle an die Zündspule zum Starten einer Aufladezeit anlegt und der die Spannungsquelle zum Zündzeitpunkt wieder von der Zündspule trennt, um die Aufladezeit zu beenden und eine Entladedauer zu beginnen. Es ist ein Schaltkreis zur Messung des Ladestroms einer Zündspule für das Zünden einer Zündkerze zur Verursachung der Verbrennung im Zylinder vorgesehen sowie für die Messung des Kurbelwellendrehwinkels, der für die Spannungsquelle benötigt wird, um die Zündspule auf einen Bezugspegel aufzuladen. Ein weiterer Schaltkreis oder Zähler bestimmt die Entladedauer und damit die Betätigung des Schalter zur Trennung der Spannungsquelle von der Zündspule zum Starten der Entladedauer und zur Betätigung des Schalters, wodurch die Spannungsquelle an die Zündspule angeschlossen wird nach einem veränderlichen Kurbelwellendrehwinkel, der in Übereinstimmung mit dem gemessenen Winkel eingestellt wird um sicherzustellen, daß die Zündspule vollständig auf einem genügend hohen Pegel unabhängig von der Kurbelwellendrehzahl und dem Zustand der Spannungsquelle aufgeladen ist. Der Schaltkreis zum Abschalten und Betätigen des Schalters ist in Form eines Zählers realisiert, der ein zur Kurbelwellendrehzahl proportionales Signal zählt bis der aufsummierte Zählwert dem gemessenen Drehwinkel entspricht.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit besonderem Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches die Art der direkten Kopplung eines einzigen Sensors an eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung zeigt, der Signale erzeugt, die in Übereinstimmung mit einem Zündsteuersystem gemäß dieser Erfindung verarbeitet werden, wobei die Zeitsteuerung der Spulenladezeit und des Zündzeitpunktes (SI) genau gesteuert wird;
Fig. 2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Komponenten des allgemein in Fig. 1 gezeigten Zündsteuersystems darstellt;
die Fig. 3A bis 3Z zeigen die entsprechenden Wellenformen verschiedener Signale, wie sie im Zündsteuersystem gemäß den Fig. 1 und 2 erzeugt werden; und
Fig. 4 ist ein genaues Schaltdiagramm der logischen Elemente, welches den Synchronisationsdekodierschaltkreis aus Fig. 2 enthält.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Bezugnehmend auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehenes Zündsteuersystem dargestellt, welches einen Rotor 16 enthält, der beispielhaft ein direkt mit einer Kurbelwelle 14 einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung 12 verbundenes Zahnrad enthält. Der Rotor 16 umfaßt etwa 58 zahnähnliche Vorsprünge 18-1 bis 18-58, die jeder in einem Abstand von 60 voneinander beabstandet sind, so daß zwischen den Vorsprüngen 18-58 und 18-1 ein Raum für zwei fehlende Zähne oder Vorsprünge bleibt. Vorsprung 18-1 ist so in Bezug auf die Kurbelwelle 14 angeordnet, daß er 60º vor dem oberen Totpunkt (BTDC) eines Zylinders des Motors 12 liegt.
Ein Sensor 20, beispielhaft in Form eines Magnetsensors, ist fest in Bezug auf den Motor 12 und den drehenden Rotor 16 angeordnet. Der Sensor 20 reagiert auf das Vorbeilaufen eines Vorsprungs 18 mit der Erzeugung eines Pulses, der an einen aus einem Operationsverstärker bestehenden Null-Durchgang-Vergleicher 22 angelegt wird. Das Vorbeilaufen eines Vorsprungs 18 löst den Ausgang des Sensors 20 zur Abgabe eines positiven Geschwindigkeitsaufnehmersignals (SPU) aus. Der Abstand der zwei fehlenden Vorsprünge kennzeichnet eine Bezugsstellung der Kurbelwelle 14 in Bezug auf den Zylinder des Motors 12. Das SPU-Signal ist in Fig. 3A dargestellt und ist das einzige Signal, welches an ein Zeitsteuer- und Ladesystem 24 angelegt wird, das im Betrieb das Auftreten der zwei fehlenden SPU-Signale entsprechend dem Fehlen der zwei Vorsprünge bestimmt, um so ein Zeit- oder Bezugssignal zur Anzeige von 60º BTDC eines Zylinders des Motors 12 vorzusehen, wodurch eine genaue Positionsanzeige der drehenden Kurbelwelle 14 gesichert ist.
Ein PLL-Schaltkreis 26 ist mit dem Zeitsteuer- und Ladesystem 24 verbunden und dient der Frequenzvervielfachung des SPU-Signals um einen gewählten konstanten Wert, bspw. 25,5, so daß seine Ausgangsfrequenz Fvco 25,5 mal höher als die Frequenz des SPU-Signals ist. Die Funktion und Schaltung der PLL-Schaltung 26 wird später noch genauer beschrieben. Das Zeitsteuer- und Ladesystem 24 liefert Zeitsignale C1, C2 und C3 an eine Leistungsschaltung 40, wobei die von einer Spannungsquelle in Form einer Batterie gelieferte Energie wahlweise angelegt wird, um eine von einer Mehrzahl von Zündspulen 36a, 36b und 36c zu laden. Im einzelnen treiben oder betätigen die Ausgangssignale C1, C2 und C3 einen von einer Mehrzahl von Spulentreibern 38a, 38b und 38c, wobei die Spannungsquelle an die jeweils ausgewählte Zündspule 36a, 36b oder 36c angelegt wird oder von dieser getrennt wird. Wenn ihr Spulentreiber 38 abgeschaltet wird, wird auf der Sekundärseite dieser Spule 36 eine entsprechend hohe Spannung erzeugt, die zum Zeitpunkt SI angelegt wird, um ein entsprechendes Paar von Zündkerzen 39 zu zünden. Die in Fig. 1 gezeigte Leistungselektronik 40 dient der Erzeugung des Funkens zum Zeitpunkt SI eines Sechszylindermotors 12, wobei jede der drei Zündspulen 36 einem Paar Zündkerzen 39 zugeordnet ist.
Außerdem ist ein Widerstand R1 im Schaltkreis mit jedem der Spulentreiber 38a, 38b und 38c angeordnet, wodurch die über dem Widerstand R1 angelegte Spannung proportional zum Ladestrom der Zündspule 36 ist. Die Spannung am Widerstand R1 wird mit einer Vergleichsspannung verglichen, die beispielhaft wie später beschrieben dem halben gewünschten Ladestrom entspricht. Wenn der Spulenladestrom dem Bezugsstrom entspricht, liefert der Vergleicher 32 ein Signal an das Zeitsteuer- und Ladesystem 24. Ein Quarzschwinger 30 ist mit dem Zeitsteuer- und Ladesystem 24 verbunden, um ein Hochfrequenzsignal zu erzeugen, womit die Zeitsteueroperationen des Zündzeitsteuersystems ausgeführt werden.
Ein Mikrocomputer 28 berechnet in bekannter Weise den optimalen Zündvoreilwinkel Ra als Funktion wenigstens eines gewählten Motorparameters, beispielsweise der Motordrehzahl ERPM und des Motordrucks (oder Unterdrucks) MAP. Der Zündvoreilwinkel Ra wird beispielhaft als 8-Bit-Binärzahl und das Zeitsteuer- und Ladesystem 24 weitergegeben. Diese 8-Bit-Binärzahlen werden in einem ROM des Mikrocomputers 28 gespeichert und sind empirisch durch Anlegen bestimmter Lasten an den Motor 12 und Bestimmung des Zündvoreilwinkels Ra ermittelt, der für eine bestimmte Drehzahl ein optimales gemitteltes Drehmoment an seine Kurbelwelle 14 abgibt. Das Zeitsteuer- und Ladesystem 24 gibt gefilterte Spannungen proportional zur Drehzahl ERPM der Kurbelwelle in zwei Bereichen, ERPM Hi und ERPM Lo ab. Diese zwei Geschwindigkeitssignale sind ausgelegt für Drehzahlen von 0 bis 8000 ERPM bzw. 0 bis 4000 ERPM. Über ein entsprechendes Paar von Tiefpaßfiltern bestehend aus Widerstand R2 und Kondensator C1 bzw. Widerstand R3 und Kondensator C2 werden die Geschwindigkeitsspannungen gefiltert, um geglättete Spannungen proportional zu den entsprechenden Drehzahlen an den Mikrocomputer 28 zu liefern. Das ROM des Mikrocomputers 28 speichert ein 3-dimensionales Zündvoreilwinkelkennfeld entsprechend den Parametern Motordrehzahl, Motordruck und Kühlwassertemperatur CLT. Zur Begrenzung der ROM-Größe führt der Mikrocomputer 28 eine Interpolationsroutine zur Verarbeitung der aus dem ROM ausgelesenen bestimmten Werte von Drehzahl, Motordruck und Kühlwassertemperatur aus.
Das Zeitsteuer- und Ladesystem 24 liefert ein IRQ Signal an den Mikrocomputer 28 zum Start der Berechnung des gewünschten Zündvoreilwinkels Ra bezogen auf die Augenblickswerte von Motordrehzahl, Motordruck und Kühlwassertemperatur. Beispielhaft wird das IRQ Signal an den Mikrocomputer 28 bei 780 BTDC angelegt, so daß der Mikrocomputer 28 ausreichend Zeit zur Berechnung des 8-Bit-Zündvorteilwinkels Ra hat, bevor die Zeitsteuerung des SI durch das Zeitsteuer- und Ladesystem 24 ausgeführt wird. Das Zeitsteuer- und Ladesystem 24 reagiert auf das Bezugssignal, um an der Bezugsstellung, bspw. 60º BTDC, mittels Zeitsteuerung einen wählbaren Drehwinkel der Kurbelwelle 14 gemäß berechnetem Zündvoreilwinkel Ra zu starten. Am Ende des wählbaren Kurbelwellendrehwinkels deaktiviert das System 24 den angesteuerten Spulentreiber 38 wieder, um bei SI ein Zünden der Kerze zu bewirken. In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird das Zeitsteuer- und Ladesystem 24 über einen besonders interessierenden Drehwinkel zur Steuerung von SI, bspw. 60º bis 0º BTDC betrieben.
Es ist von Bedeutung, daß die Werte für Motordrehzahl ERPM und Motordruck EMAP unmittelbar vor ihrer Nutzung für die Berechnungen des Mikrocomputers 28 gemessen werden, da diese Daten schnell wechseln und bei Verwendung von alten Motorparametern bedeutende Fehler bei der Bestimmung des Zündvoreilwinkels Ra auftreten. Um solche Fehler zu vermeiden, liefert das System 24 das IRQ-Signal an einen Interrupt des Mikrocomputers 28 zum Starten des Einlesens des ROM und zur folgenden Interpolation der eingelesenen Zündvoreilwerte. Die Spulentreiber 38 werden durch Anlegen eines digitalen Spuleneinschaltsignals betätigt, wobei eine Spannungsquelle an die entsprechenden Zündspulen 36 angelegt wird, die sie mittels der Spannungsquelle aufladen läßt. Eine Spannungsversorgung 34 ist auch mit der Batteriespannung verbunden, wobei ein herkömmliches 5 V-Signal an die verschiedenen Elemente des Zündzeitsteuersystems 10 geliefert wird.
Bezugnehmend auf Fig. 2 wird das Zeitsteuer- und Ladesystem 24, das in Fig. 1 nur allgemein gezeigt wurde, vollständiger in Fig. 2 gezeigt. In dieser Figur werden die an verschiedenen Teilen der Schaltung des Zeitsteuer- und Ladesystems 24 auftretenden Signale durch entsprechende Bezeichnungen der in den Fig. 3 gezeigten Wellenformen dargestellt. Beispielsweise wird das Ausgangssignal des Null-Durchgangs- Vergleichers 22 mit 3A gekennzeichnet und zeigt so an, daß die Wellenform dieser SPU- Signale in Fig. 3A gezeigt ist. Die vom Null-Durchgangs-Vergleicher erzeugten SPU- Signale werden auf das Zeitsteuer- und Ladesystem 24 gegeben und dort speziell auf seine Signalanpaßschaltung 50. Es ist verständlich, daß im Umfeld eines Automotors elektrisches Rauschen ein ernstes Problem darstellt, Beispielsweise können das Zündsteuersystem 10 und insbesondere die Leistungselektronik 40 einen 45 000 V Zündfunken erzeugen. Üblicherweise liegen die innerhalb des Zeitsteuer- und Ladesystems 24 und im Mikrocomputer 28 erzeugten Signale im Bereich von 5 Volt. Wenn nun ein derartiges Hochspannungs-Rauschen in das Zeitsteuer- und Ladesystem 24 oder den Mikrocomputer 28 gelangt, würde nicht nur die Signalverarbeitung unterbrochen, sondern möglicherweise auch der Schaltkreis beschädigt. Um diese Probleme zu vermeiden, mißt die Signalanpaßschaltung 50 die Breite der Eingangssignale und läßt diese, wenn sie eine geringere Breite als die übliche Pulsbreite eines SPU-Signals aufweisen, beispielsweise als 20 Mikrosekunden, nicht an die weiteren Schaltkreiselemente des Zeitsteuer- und Ladesystems 24 gelangen. Wenn die Pulsbreite der Eingangssignale breiter ist, wird davon ausgegangen, daß diese Signale SPU-Signale sind, die in das Zeitsteuer- und Ladesystem 24 eingegeben werden.
Die SPU-Signale sind in Fig. 3A als im Abstand von 6º gleichmäßig voneinander beabstandet dargestellt. Wenn keine zwei Vorsprünge des Rotors 16 fehlen würden, würden 60 gleichmäßig beabstandete SPU-Signale erzeugt. Durch das Wegfallen von zwei Vorsprüngen werden jedoch zwei Signale des SPU-Pulssignalzugs gelöscht, die zwischen dem achtundfünfzigsten und ersten SPU-Signal liegen. Die beiden fehlenden Vorsprünge sind entsprechend bei 72º und bei 66º BTDC gesetzt, so daß der erste Vorsprung 18-1 danach an dem Sensor 20 an einer in Bezug auf die Kurbelwelle 14 festen Stellung bei 60º BTDC vorbeiläuft. Wie noch beschrieben wird, entdeckt das Zeitsteuer- und Ladesystem 24 die beiden fehlenden Vorsprünge, um seinen Betrieb zu synchronisieren und insbesondere um die Steuerung des Zündvoreilwinkels Ra bei 60º BTDC und die Folge des Aufladens der Zündspulen 36a, 36b und 36c zu starten, so daß die Verbrennungen im Zylinder in der gewünschten Reihenfolge erfolgen.
Zuerst wird die in Fig. 3A gezeigte SPU-Signalfolge über ODER-Gatter 52 und 54 an die PLL-Schaltung 26 gegeben, die einen Phasenvergleicher 42, einen Speicherfilter 44 und einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 46 enthält. Die PLL-Schaltung 26 und insbesondere der VCO 46 multiplizieren die SPU-Signale mit einer Konstanten, z. B. 25,5 m das Signal Fvco mit einer gewählten Frequenz auszugeben, die 255 Pulse pro 60º Kurbelwellenumdrehung oder 1530 Signale pro Kurbelwellenumdrehung aufweist. Wie später noch zu sehen ist, erlaubt die Wahl der Konstanten 25,5 die Verwendung eines üblichen 8-Bit-Zählers für die Durchführung der Zeitsteueroperationen des Zeitsteuer- und Ladesystems 24. Das Fvco-Signale wird auf den clk-Eingang eines Zählers 58 mit N- Teilung gegeben, wobei N gleich der Konstanten 25,5 gewählt ist. Der Ausgang des Zählers 58 wird an einen zweiten Eingang des Phasenvergleichers 42 gegeben, welcher ein Fehlersignal abgibt, das gleich der Phasendifferenz zwischen der führenden Flanke jedes Zählereingangssignals und dem SPU-Signal ist. Dieses Fehlersignal wird durch den Speicherfilterkreis 44 gefiltert, um das in das Zeitsteuer- und Ladesystem 44 gelangende Rauschen weiter zu minimieren. Das gefilterte Ausgangssignal wiederum wird auf den VCO 46 gegeben, der die Frequenz seines Ausgangssignals Fvco proportional zum gefilterten Eingangssignal ändert. Die PLL-Schaltung 26 wirkt als elektronischer Servo, dessen Geschwindigkeitsänderungsgrenzen so programmiert werden können, daß die Charakteristik der Motordynamik nachgeahmt werden kann. Diese Steuerung ermöglicht eine fortwährende Simulation der Motordrehzahl aus den hochauflösenden Kurbelwellendaten, während optimierte dynamische Grenzen zum Schutz gegen Rauschen und zur Versorgung mit wirklichkeitsgetreuen dynamischen Charakteristiken dem Ausgangssignal überlagert werden.
Der in Fig. 3A gezeigte SPU-Signalzug wird auf den Reset-Eingang eines Fehlpulszählers 62 gegeben, der Ausgangssignale dann entdeckt, wenn die beiden fehlenden Vorsprünge des Rotors 16 am Sensor 20 vorbeilaufen und der ein zu Synchronisationszwecken benutztes Ausgangssignal, wie später beschrieben wird, bereitstellt. Da die Pulsbreite jedes der SPU-Signale mit der Motordrehzahl variiert, enthält der Signalanpaßkreis 50 eine monostabile Schaltung zum Erkennen jedes SPU-Signals, um einen Puls mit einer Breite von 4 Mikrosekunden zu erzeugen. Solche Pulse werden auf den Reset-Eingang des Fehlpulszählers 62 gegeben, um das Zählen des von der PLL-Schaltung 26 gelieferten Ausgangssignals Fvco zu starten. Da die Vorsprünge 18 am Sensor 20 vorbeilaufen, setzt jedes SPU-Signal (oder sein entsprechendes monostabiles Signal) den Fehlpulszähler 62 zurück. Die Vorsprünge 18 sind 6º voneinander beabstandet, so daß die PLL- Schaltung 26 25,5 Zählwerte des Fvco-Signals erzeugt. Beim Auftreten der beiden fehlenden Vorsprünge zählt der Fehlpulszähler 62 mehr als 25,5 Pulse des Fvco-Signals, läßt den Fehlpulszähler wie in Fig. 3C gezeigt überlaufen und ein Fehlvorsprungs oder Bezugssignal abgeben, wie in Fig. 3D dargestellt. Fig. 3C zeigt die Größe des digitalen Ausgangs des Fehlpulszählers 60 an, die beim Auftreten der beiden fehlenden Vorsprünge ansteigt. Im tatsächlichen Betrieb ist der Fehlpulszähler 62 so eingestellt, daß er 48 Pulse des Fvco-Signals zählt, bevor er seinen Synchronisierungspuls abgibt.
Wenn der Fehlpulszähler 62, wie in Fig. 3D gezeigt, überläuft oder auf hoch gesetzt wird, wird sein Fehlbezugssignal über ODER-Gatter 66 und 68 genommen, um einen Synchronisierungszähler 70 zurückzusetzen. Der Synchronisierungszähler 70 zählt die SPU-Signale, um an seinen Ausgängen Q1 bis Q6 ein Digitalsignal auszugeben, welches die Stellung der Kurbelwelle 14 in 6º-Schritten angibt. Der Ausgang des Fehlpulszählers 62 setzt den Synchroniserungszähler 70 auf Null zurück. Die Ausgänge Q1 bis Q6 des Synchroniserungszählers 70 sind mit einem Synchroniserungsdekodierkreis 72 verbunden, der den Binär-Ausgang des Synchroniserungszählers dekodiert, um Ausgangssignale vorzusehen, die die augenblickliche Winkelstellung der Kurbelwelle und insbesondere eine Referenzstellung der Kurbelwelle 14 in Bezug auf wenigstens einen ausgewählten Zylinder, nämlich beispielsweise 60º BTDC, anzeigt. Der Synchronisierungsdekodierkreis 72 gibt ein Bezugssignal, z. B. ein 60º BTDC-Signal, zur Anzeige der gewählten Bezugsstellung nur nach dem Zurücksetzen des Synchronisierzählers 70 mittels des Fehlsignals sowie nach dem Zählen wenigstens des ersten SPU-Signals ab, welches dem Vorbeilaufen des ersten Vorsprungs 18-1 am Sensor 20 entspricht. Diese Logik beseitigt jede Unsicherheit bei der Steuerung des Bezugssignals und hält fest, daß das Fehlsignal zu einem geschätzten Zeitpunkt auftritt, zu dem dieses Signal auftreten sollte. Der Synchronisierdekodierkreis 72 gibt an seinem Ausgang ab: 1) ein 78º BTDC-Signal, wie in Fig. 3Y gezeigt, das auf den IRQ-Eingang des Mikrocomputers 28 gegeben wird, um wie oben beschrieben die Berechnung des Zündvoreilwinkels Ra zu starten.; 2) ein 60º BTDC-Stellungssignal, wie in Fig. 3J gezeigt, welches die Zeitsteuerung des SI über den Bogen von 60º BTDC und TDC der Kurbelwelle 14 startet; 3)12º BTDC und TDC Signale, wie in den Fig. 3K bzw. 3L gezeigt; und 4) ein Ausgangssignal zur Anzeige des Zählstandes des achtundfunfzigsten SPU-Signals, wie in Fig. 3E gezeigt, welches auf einen monostabilen Schaltkreis 74 gelegt wird, der wiederum einen 1- Mikrosekundenpuls über das NOR-Gatter 68 zum Zurücksetzen des Synchroniserzählers 70 abgibt. Die 12º BTDC und TDC Stellungssignale werden, wie beschrieben, zum redundanten Zünden der Zündspulen 36 bei sehr niedrigen Drehzahlen, z. B. Kurbelwellendrehzahlen unter 300/min., benutzt.
Wie in Fig. 2B gezeigt, werden Motorzylinderauswahlsignale S1 und S2 auf den Synchroniserdekodierkreis 72 gegeben, um die Anzahl der Zylinder zu bestimmen und insbesondere die Anzahl der Zündungen pro Umdrehung der Kurbelwelle 14. Wie in Fig. 3 für eine 4-Zylindermaschine gezeigt, treten zwei Zylinderereignisse pro Kurbelwellenumdrehung auf, so daß zwei Kurbelwellendrehungen zum Zünden aller 4 Zylinder benötigt werden. Der Rotor 16 hat zwei Fehlzähne bei den Punkten 59 und 60, die, wie zuvor beschrieben, entdeckt werden, um den Synchronisierzähler bei einem Bezugspunkt, z. B. 60º BTDC zurückzusetzen und an seinen Ausgängen Q1 bis Q6 eine Folge von Signalen zur Anzeige der augenblicklichen Kurbelwellenposition in Bezug auf die feste Stellung des Sensors 20 vorzusehen. Bei einer solchen Anordnung wird nur ein Fehlpulssignal vom Fehlpulszähler 62 pro Kurbelwellenumdrehung abgegeben. Abhängig von der Zahl der Zündereignisse pro Kurbelwellenumdrehung, wie sie von den Zylinderauswahlsignalen S1 und S2 angezeigt werden, gibt der Synchronisierungsdekodierkreis 72 eine entsprechende Anzahl von Signalfolgen ab, einschließlich eines Bogenstartsignals bei 60º BTDC und der anderen oben erwähnten Signale. Beispielsweise wird, wie in den Fig. 3 gezeigt, in denen zwei Zündereignisse pro Kurbelwellenumdrehung auftreten, ein 60º BTDC- oder Startsignal entsprechend dem ersten Bezugspunkt 18-1 ausgegeben, um die Zeitsteuerung des ersten Bogens zu starten, der beim ersten Zündereignis endet; danach wird, während der gleichen Kurbelwellenumdrehung, ein zweites 60º BTDC- oder Startsignal beim Bezugspunkt 31 abgegeben, um die Zeitsteuerung eines zweiten Zündereignisses zu starten. Es versteht sich von selbst, daß im Falle von drei Zündereignissen pro Kurbelwellenumdrehung, wie bei einem 6-Zylindermotor, drei Sätze dieser Signale vom Synchronisierdekodierkreis 72 abgegeben werden würden. Für einen 8- Zylindermotor 12 erfolgt der Betrieb der ersten vier Zylinder wie in Fig. 3 beschrieben und die Signale für die zweiten vier Zylinder sind um 90º gegenüber den gezeigten Signalen versetzt; die Zündsteuerung für einen 8-Zylindermotor 12 kann demnach mit zwei Zündsteuer- und Ladesystemen 24 durchgeführt werden.
Die Anzahl der Punkte zur Festlegung der Positionen der Vorsprünge 18 wird in Übereinstimmung mit der Zahl der Zylinder 12 des Motors und, insbesondere der Zahl der Zündereignisse pro Umdrehung der Kurbelwelle 14 gewählt. Diese Rotorpunkte, auch der Punkte, an denen die fehlenden Vorsprünge auftreten würden, sind gleichmäßig voneinander beabstandet in einem vorbestimmten Kurbelwellendrehbogen. Die Anzahl solcher Punkte muß bestimmten logischen Beziehungen entsprechen, damit eine gegebene Anzahl von Zylindern und insbesondere eine gegebene Anzahl von Zündereignissen pro Kurbelwellenumdrehung ermöglicht wird. Der aus der Division der Anzahl der Punkte durch die Anzahl der Zündereignisse pro Kurbelwellenumdrehung gebildete Quotient muß wenigstens geradzahlig sein. In einer beispielhaften Ausführung der Erfindung ist der Rotor 16 so gewählt, daß er 60 solcher Punkte hat und so eine Mindestanzahl von Vorsprüngen 18 aufweist, die SPU-Signale zur Steuerung der Zündereignisse von Motoren mit 1, 2, 3, 4, 5 und 6 Zündereignissen pro Kurbelwellenumdrehung liefern.
Wie mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben ist, ermöglicht ein Rotor 16 mit 60 Vorsprüngen 18 die logischen Operationen, die durch den Synchronisierzähler 70 und den Synchronisierdekodierschaltkreis 72 zur Steuerung der Zündzeitpunkte jedes von 4-, 6- und 8- Zylindermaschinen ausgeführt werden, kann aber auch einfach für die Steuerung der Zündzeitpunkte von 1-, 2-, 3-, 5-, 10- und 12-Zylindermotoren angepaßt werden.
Ein Spulenidentifizierungszähler ID 84 wählt aus, welche der Zündspulen 36 zu laden und anschließend zu zünden ist. Das Ausgangssignal des Fehlpulszählers 62, das dem Auftreten der beiden fehlenden Vorsprünge entspricht, wird über das NOR-Gatter 66 zum Rücksetzen des Spulenidentifizierungszählers ID 84 einmal pro Umdrehung der Kurbelwelle 14 gegeben, und zwar zu einer bekannten Stellung oder Bezugsstellung, die der ersten zu zündenden Zündspule 36 entspricht. Der Spulen ID-Zähler 84 wird durch die SI-Signale getaktet und steuert die Spulentreiber 38, wie weiter unten noch beschrieben wird. Drei kodierte Ausgangssignale werden vom Spulen ID-Zähler 84 abgeleitet und auf die UND-Gatter 86a, 86b und 86c gegeben, die ihrerseits wieder mit den Spulentreibern 38a, 38b bzw. 38c, wie in Fig. 1 gezeigt, verbunden sind. Motorzylinder- Auswahlsignale S1 und S2 werden auf einen Zylindermultiplexer 82 in Abhängigkeit davon gegeben, ob der Motor 12 ein 4-, 6- oder 8-Zylindermotor ist, wodurch der Betrieb des Synchronisierdekodierkreises 72 und des Spulen ID-Zählers 84 entsprechend eingestellt werden kann. Wenn mittels des Zylindermultiplexers 82 ein 4-Zylindermotor 12 ausgewählt wird werden nur die zweiten und dritten Ausgangssignale erzeugt und an die UND-Gatter 86b und 86b weitergegeben. Wenn ein 6-Zylindermotor 12 gewählt wird, werden alle drei Ausgangssignale des Spulen ID-Zählers 84 ausgegeben und die drei UND-Gatter 86a, 86b und 86c werden benutzt.
Der in Fig. 2 allgemein gezeigte Synchronisierungsdekodierkreis 72 ist in Fig. 4 genauer dargestellt und enthält eine Reihe von logischen Teilen einschließlich eines ersten Felds von ODER-Gattern 110A bis 110K, die wie gezeigt auswählbar mit den digitalen Ausgängen des Synchronisierungszählers 70 verbunden sind. Weiter sind die ODER- Gatter 110 mit einem Satz von UND-Gattern 112A bis 112K verbunden, die auswählbar geschaltet werden in Übereinstimmung, ob das elektronische Zündsystem 10 bei einem 4- 6- oder 8-Zylindermotor 12 eingesetzt werden soll. Die Ausgangssignale der UND- Gatter 112 sind wiederum mit ODER-Gattern 114A bis 114D verbunden, um so entsprechend das 780 BTDC-Signal, das TDC-Signal, das 12º BTDC-Signal und das 60º BTDC-Signal zu liefern. Wenn ein 4-Zylindermotor gesteuert werden soll, werden die mit den Eingängen der UND-Gatter 112 verbundenen Datenleitungen A und B auf Hoch gesetzt, wodurch die durch die Wellenformen der Fig. 3 gezeigten vorgenannten Signale erzeugt werden. Zur Steuerung eines 6-Zylindermotors wird Datenleitung A auf Niedrig gehalten, während Datenleitung B auf Hoch steht, wodurch die Ausgangssignale des Synchronisierungsdekodierkreises 72 zeitlich so gesetzt sind, daß sie dreimal pro Umdrehung der Kurbelwelle 14 auftreten. Bei einem 8-Zylindermotor sind beide Datenleitungen A und B auf Niedrig gesetzt, wodurch vier Startsignale bei 60º BTDC für jeden von vier der acht Zylinder während jeder Umdrehung der Kurbelwelle 14 ausgegeben werden.
Aufgrund der Verwendung eines Rotors 16 mit fehlenden Vorsprüngen ist es notwendig, den normalen Betrieb der PLL-Schaltung zu verändern. Nach dem Auftreten des 58. SPU-Signals gibt es keine 59. und 60. SPU-Signale, wie sie normalerweise vom Sensor 20 erzeugt würden, um auf den Phasenvergleicher 42 der PLL-Schaltung 26 gegeben zu werden. Jedoch sorgt das im Filterspeicher 44 gespeicherte Signal dafür, daß der VCO 46 weiter die Ausgangssignale Fvco erzeugt, wodurch der Division durch N-Zähler 58 während der Fehlpulszeit Pulse bei 60 und 12º BTDC abgibt, obwohl es keine 59. und 60. SPU-Signale gibt. Der Phasenvergleicher 42 versucht während des Fehlens solcher 59. und 60.- SPU-Signale ein langes Fehlersignal zu erzeugen und den Motor 22 zu verlangsamen. In einem Aspekt dieser Erfindung reagiert das Zeitsteuer- und Ladesystem 24 auf die fehlenden 59. und 60. SPU-Signale, um diese fehlenden Signale zu erzeugen und auf die PLL-Schaltung 26 zu geben, wodurch die Frequenz des Signals Fvco aufrechterhalten wird und die vom Zeitsteuer- und Ladesystem 24 ausgeführten Zeitsteuerungen in genauer Weise fortgesetzt werden. Wie oben beschrieben, betätigt der Synchronisierdekodierkreis 72 beim Auftreten des 58. SPU-Signals die monostabile Schaltung 74, die einen Ausgangspuls abgibt, der auf ein Flip-Flop 76 gegeben wird. Der Flip-Flop 76 setzt wiederum einen Zweipulseinfügezähler 78 zurück. Die Basis des Zählers 78 ist zwei, wodurch der Zähler 78 zwei Ausgangspulse des Division durch N-Zählers 58 zählt und diese zwei Pulse kombiniert oder mittels ODEr-Verknüpfung verbindet und so einen Ausgangspuls mit einer Breite erzeugt, die der Drehung der Kurbelwelle 14 über einen Bogen von 12º entspricht. Das Ausgangssignal des Zweipulseinfügezählers 78 wird auf ein UND-Gatter 96 gegeben, dessen weiterer Eingang vom Division durch N-Zähler 58 beaufschlagt ist, wobei zwei Ausgangspulse des Zählers 58 anstelle des 59. und 60. SPU- Signals auf die PLL-Schaltung 26 gelangen. Da die PLL-Schaltung 26 weiter Ausgangssignale Fvco mit einer Frequenz entsprechend des letzten Eingängen der SPU-Signale erzeugt, bleibt das Setzen der Pulse des Division durch N-Zählers 58 genau.
Der Zweipulseinfügezähler 78 kann nur zur Steuerung des Einfügens von Fehlpulsen benutzt werden, nachdem der Synchronisierungszähler 70 wenigstens 58 SPU-Signale gezählt hat und ist somit nicht in der Lage, fehlende Pulse während des Anlassens des Motors 12 zu liefern. Das Zeitsteuer- und Ladesystem 24 enthält einen Fehlerbegrenzungszähler 60, der während des Startens in Betrieb ist, das heißt bei Drehzahlen des Motors 12 unter 350/Minute, um einen einzelnen Fehlpuls an den PLL-Kreis 26 zu geben. In Abwesenheit eines Pulses am PLL-Kreis 26 läßt der Ausgangspuls des Division durch N-Zählers 58 den Phasenvergleicher 42 das im Filterspeicher 44 gespeicherte Signal ausgeben, wodurch ein rasches Absinken der Frequenz des Fvco-Signals eingeleitet wird. Unter diesen Umständen erzeugt der Phasenvergleicher 42 ein Verzögerungssignal, das den Fehlerbegrenzungszähler 60 zurücksetzt und ein 4 kHz Signalzähler läßt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält der Phasenvergleicher 42 zwei Flip- Flop's vom "D"-Typ. Wenn ein SPU-Signal in Bezug auf den Ausgangspuls des Division durch N-Zählers 58 verspätet ist oder ausfällt, wird einer der zwei D-Flip-Flop's gesetzt und erzeugt ein Ausgangssignal zur Verhinderung des Rücksetzens der Fehlerbegrenzungszähler 60. Der Zähler 60 zählt dann einen Echtzeit-Taktpuls; nach dem Hochzählen des 4 kHz Taktsignals auf den Wert 56, entsprechend 14 Millisekunden, zeigt der Fehlerbegrenzungszähler 60 an, daß die Kurbelwelle 14 stillsteht oder wenigstens bedeutend verlangsamt hat und gibt ein Fehlpuls-Ausgangssignal ab, das über das ODER-Gatter 54 auf den PLL-Kreis 26 gelangt. Bei höheren Motordrehzahlen überschreitet die Länge des vom Phasenvergleicher 42 der PLL-Schaltung 26 ausgegebene Verlangsamungssignals nicht die 14 Millisekunden und der Fehlerbegrenzungszähler 60 wird so bei höheren Drehzahlen abgeschaltet. Das Einfügen eines Fehlpulses oder von Fehlpulsen, ob durch den Zweipulseinfügezähler 78 oder durch den Fehlerbegrenzungszähler 60, verhindert eine Ausgabe des Filterspeichers 44, wie sie sonst beim Fehlen von SPU-Eingangssignalen erfolgen würde und erhält somit die Genauigkeit des Ausgangssignals Fvco der PLL-Schaltung 26; als Folge sind die vom Fehlpulszähler 62 und den anderen Zählern ausgeführten Zeitsteueroperationendes Zeitsteuer- und Ladesystems 24 gesichert.
Wie in Fig. 2A gezeigt, wird das Ausgangssignal des Fehlpulszählers 62 auch zum Setzen eine Flip-Flop 64 verwendet; der Ausgang Q des Flip-Flop 64 ist mit dem Rücksetzeingang eines No run-Zählers 80. Der Ausgangspuls des Fehlerbegrenzungszählers 60 setzt den Flip-Flop 64 zurück, der den No run-Zähler 80 auf eine No run-Stellung rücksetzt und abschaltet. Im einzelnen wird der No run-Zähler 80 durch den Flip-Flop 64 zurückgesetzt und eingeschaltet, indem der Zählerreset auf Niedrig gesetzt wird und so der Takteingang an den Zähler 80 legt zum Zählen von SPU-Pulsen. Die Basis des Zählers 80 wird auf den Wert 9 eingestellt, so daß im Falle daß neun SPU-Pulse nach Erkennung der zwei Fehlpulse nicht eintreffen, der Zähler 80 nicht auszählt und so seinen Ausgang zum UNS-Gatter 103 auf Niedrig läßt; auf diese Weise kann kein Spulenausgang nach 12º BTDC auftreten, was dem 9. Vorsprung 18 nach den beiden fehlenden Vorsprüngen entspricht. Normalerweise zählt der Fehlerbegrenzungszähler 60, wenn der Motor 12 schneller als 25/Minute dreht, nicht aus und setzt so den No run-Zähler 80 auch nicht zurück, bevor er neun oder mehr SPU-Signale zur Ausgabe eines Run- oder Hoch-Signals an das UND-Gatter 103 zählt, wodurch das UND-Gatter 103 eingeschaltet wird, um die Verweilsignale an die UND-Gatter anzulegen und eine Aufladung der Zündspulen 36 zu ermöglichen. Der No run-Zähler 80 bestimmt, ob die Kurbelwelle 14 in Ruhestellung ist, d. h. gestoppt hat oder sehr langsam mit Drehzahlen unter 25/Minute dreht. Wenn die Kurbelwelle 14 mit weniger als 25/Minute dreht oder stillsteht, erzeugt der Sensor 20 keine Pulse, wenn die Vorsprünge 18 an ihm vorbeilaufen. Daher liefert der Synchronisierungszähler 70 keine genauen Daten bezüglich der Kurbelwellenstellung mehr. Wenn dann die Kurbelwelle 14 wieder startet oder stark beschleunigt, können das Ausgangssignal des Synchronisierdekodierzählers 72 und des Spulen ID-Zählers 84 fehlerhaft sein und so eine Fehlzündung verursachen, wobei eine Zündkerze 39 gezündet wird, wenn ein Zylinderventil geöffnet ist und so möglicherweise einen Vergaserbrand hervorrufen. Der No run-Zähler 80 dient demnach der Erkennung eines Stillstands und zum Zurücksetzen des Synchronisierzählers 70 und des Spulen ID-Zählers 84 und weiterhin zum Ausschalten des UND-Gatters 103, um ein Zünden der Zündkerzen 39 zu verhindern.
Wie oben erklärt, werden die Spulentreiber 38 selektiv an- und abgeschaltet, um die entsprechenden Zündspulen 36 eines 4-Zylindermotors 12, wie in den Wellenformen der Fig. 3 beschrieben, zu laden. Im einzelnen wird ein Spulentreiber 38b eingeschaltet und seine entsprechende Zündspule 36b kann sich für das in Fig. 3U gezeigte Intervall aufladen, während der Spulentreiber 38c und seine Zündspule 36c für das in Fig. 3T gezeigte Intervall eingeschaltet sind. Wenn die an die Spulentreiber 38b und 38c angelegten Betätigungssignale abgenommen werden, ereignet sich die in Fig. 30 gezeigte Zündung. Der Zeitpunkt, wann ein Treiber 38 eingeschaltet ist, wird durch einen Verweilzähler, wie in Fig. 2A gezeigt, gesteuert. Die Zeitdauer, während der die Treiber 38 eingeschaltet sind, wird Verweilwinkel genannt und wird, wie später beschrieben, so gesteuert, daß sich die entsprechende Zündspule 36 ausreichend aufladen kann. Die Dauer aus Fig. 3R von SI bis zum Einschalten der Treiber 38 wird Anti-Verweildauer genannt und durch den Verweilzähler 98 gesteuert. Wie oben beschrieben und in Fig. 3P gezeigt, wird der veränderbare Kurbelwellenwinkel, der bei SI endet, von einem Punkt 60º BTDC durch einen Positionszähler 90 gesteuert, wie er vom 60º BTDC-Ausgangssignal des Synchronisierdekodierzählers 72 gestartet wird. Wenn der Positionszähler 90 auszählt, wie es in Fig. 3P oder N gezeigt ist, tritt SI ein, wie in Fig. 3Q oder 30 gezeigt, und die Energiezufuhr zur Zündspule 36 wird abgeschaltet und ein Zündstrom ihrer Zündkerze 39 zugeführt.
Mit Bezug auf Fig. 2 wird das 60º BTDC-Ausgangssignal des Synchronisierdekodierzählers 72 zum Triggern einer monostabilen Stufe 117 verwendet. Der 60º BTDC-Puls aus Fig. 3J ist 6º breit. Die monostabile Stufe 117 wird bei der positiven Flanke des 60º BTDC-Pulses getriggert und gibt einen 1 Mikrosekunden-Puls zum Setzen des Positions- Flip-Flop 92 ab. Der Flip-Flop 92 wird so nur für 1 Mikrosekunde gesetzt gehalten und kann jederzeit nach Ablauf der 1 Mikrosekunde durch das Ausgangssignal des Positionszählers 90 zurückgesetzt werden. Wenn der Positions-Flip-Flop 92 gesetzt ist, wird sein Q-Ausgang auf den Ladeeingang des Positionszählers 90 gegeben, wobei das-vom Mikrocomputer 28 berechnete 8 Bit-Signal aus Fig. 1 in den Positionszähler 90 geladen wird. Wie oben beschrieben gibt der Synchroniserdekodierkreis 72 ein Interruptsignal an den IRQ- Eingang des Mikrocomputers 28 zum Starten der Berechnung der 8 Bit-Daten, die den Zündvoreilwinkel Ra darstellen. Wenn das Q-Signal auf Niedrig geht, zählt der Positionszähler 90 das Ausgangssignal Fvco der PLL-Schaltung 26, um das den Zündvoreilwinkel Ra darstellende geladene 8 Bit-Signal herunterzuzählen. Beim Überlauf gibt der Positionszähler 90 an seinem Ausgang CO ein bei SI auftretendes Signal, wie in den Fig. 3Q oder 3O gezeigt, ab und setzt den Positions-Flip-Flop 92 in Vorbereitung zur Aufnahme des nächsten 60º BTDC-Signals des Synchronisierungsdekodierkreises 72 zurück.
Der vom VCO 46 der PLL-Schaltung 26 eingestellte Wert liefert 25,5 Pulse des Fvco- Signals für jedes SPU-Signal. Die SPU-Signales sind exakt 60 voneinander beabstandet, wodurch die Anzahl von Fvco-Pulsen für eine 60º Kurbelwellendrehung 10 · 25,5 beträgt, entsprechend der Kapazität des 8 Bit-Positionszählers 90. Diese Bemessung ermöglicht, daß das vom Mikrocomputer 28 berechnete 8 Bit-Signal zwischen einen Wert 000, entsprechend 0º BTDC oder TDC, und einem Wert von 255, entsprechend 60º BTDC, variieren kann. In anderen Worten erlaubt das vom Mikrocomputer 28 abgeleitete 8 Bit-Signal einen Zündvoreilwinkel Ra beliebig zwischen 60º BTDC und TDC und liefert eine Auflösung von 0,250 Kurbelwellenauflösung (60/255 = 1/4º).
Wenn der Positionszähler 90 überläuft, setzt sein Ausgangssignal über ein ODER-Gatter 94 ein Verweil-Flip-Flop 96, wobei sein Q Ausgang an den Ladeeingang des Verweilzählers 98 angelegt wird und wobei das von einem "Spule an"-Winkelzähler 104 berechnete 8 Bit-Datensignal in den Verweilzähler 98 geladen wird. Wie oben beschrieben und in Fig. 1 gezeigt, wird eine über dem Widerstand R1 erzeugte und in Fig. 3V dargestellte Spannung mit einem Referenzsignal verglichen, das der Hälfte des erwünschten Stroms entspricht. Der "Spule an"-Zähler 104 zählt 2K1 Fvco des Wertezählers 106, beginnend mit dem Zeitpunkt, zu dem der Verweil-Flip-Flop 96 zurückgesetzt ist bis zu der Zeit, zu dem der halbe erwünschte Spulenstrom erreicht ist und der Vergleicher 32 geht auf Hoch und setzt so den Flip-Flop 115 zurück und schaltet so das Zählen des "Spule an"-Zählers 104 ab. Der Vergleicher 32 geht dann auf hoch, wenn eine Zündspule 36 auf die Hälfte des erwünschten Storms aufgeladen ist. Der "Spule an"-Zähler 104 wirkt wie ein Analog/Digital-Wandler zur Umwandlung der analogen Zeit, die die Zündspule 36 zur Erreichung des halben gewünschten Spulenstroms benötigt, in ein 8 Bit-Signal, das proportional zum Kurbelwellendrehbogen während dieser Zeit ist. Der "Spule an"-Zähler 104 zählt ein Taktsignal 2K1 Fvco, so daß sein digitales Ausgangssignal die Zeit und den Kurbelwellendrehbogen angibt, der benötigt wird, um die Zündspulen 36 voll aufzuladen. Der Skalierungsfaktor K1 wird gewechselt, so daß der ganze Bereich des Zählers 104 180º für 4- und 8-Zylindermotoren und 12º für 6-Zylindermotoren abdeckt. Das Bezugssignal für den halben erwünschten Strom wird so gesetzt, daß der an die Zündspulen 36 gelieferte Strom wenigstens auf den Bezugswert steigt und den Vergleicher 32 zum Zählen, wie oben beschrieben, startet, selbst wenn die Batteriespannung zum Erzeugen des an die Zündspulen gelieferten Ladestroms niedrig ist und keinen Strom gewünschter Höhe liefern kann.
Der Verweilzähler 98 ist ein voreinstellbarer 8 Bit-Zähler, ähnlich zum Positionszähler 90. Der Bereich des Verweilzählers 98 wird durch einen Skalierungszähler 105 eingestellt, um die Frequenz des Fvco-Signals um einen Faktor K2 zu variieren, wie er vom Zylinderauswahlmischer 82 eingestellt wurde. Der Verweilzähler 98 ist, wie in den Figuren 3 gezeigt, für einen 4-Zylinder oder 8-Zylindermotor auf einen Bereich zwischen 0 und 180º eingestellt und im Falle eines 6-Zylindermotors zwischen 0 und 120º. Wenn der Verweilzähler 98 auszählt, setzt sein Ausgangsignal CO über ein ODER-Gatter 100 den Verweil-Flip-Flop 96 zurück und überführt so seinen Q-Ausgang nach Hoch, um das UND-Gatter 103 freizugeben und einen ausgewählten Spulentreiber 38, wie oben beschrieben, einzuschalten.
Ein in Fig. 2A gezeigtes UND-Gatter 102 verwirklicht eine Back-up- oder Redundanz- Zündfunktion. Im einzelnen erzeugt der Synchronisierungsdekodierkreis 72 sein 12º BTDC-Signal, das auf einen Eingang des UND-Gatters 102 gelegt wird, wogegen der andere Eingang aus dem Q-Ausgang des Positions-Flip-Flop 92 abgeleitet ist. Wenn der Positionszähler 90 nicht ausgezählt hat, um SI zu bewirken, ist der Q-Ausgang des Positions-Flip-Flop 92 auf Hoch, wobei das 12º BTDC-Signal durch das freigegebene UND- Gatter 102 und das ODER-Gatter 100 geschleust wird, um den Verweil-Flip-Flop 96 zurückzusetzen und das Aufladen einer ausgewählten Zündspule 36 zu beginnen. Zum Zeitpunkt TDC wird das TDC-Signal des Synchronisierdekodierkreises 72 durch das ODER-Gatter 94 geleitet, um den Verweil-Flip-Flop 96 zu setzen, wodurch die Aufladung der gewählten Zündspule 36 beendet wird und SI bewirkt wird.
Eine Anzeige der Motordrehzahl oder ERPM erfolgt über zwei Bereiche von 0 bis 4000 ERPM und 0 bis 8000 EPRM. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird das Ausgangssignal Fvco des PLL-Kreises 26 zum Triggern einer monostabilen Stufe 117 verwendet, die ihrerseits einen Flip-Flop 114 setzt, dessen Q-Ausgang den ERPM-Hoch-Zähler 110 zurücksetzt, um ein vom Quarzoszillator 30 geliefertes Signal zu zählen. Die monostabile Stufe 117 wird von der positiven Flanke des Fvco-Signals angestoßen und gibt einen 1 Mikrosekundenpuls ab, so daß die Flip-Flop's 114 und 116 nicht für eine lange Zeitdauer eingeschaltet sind. Der Zähler 110 läuft über und setzt den Flip-Flop 114 zurück, wobei sein Q-Ausgang einen Puls mit einer Pulsbreite von 5 Mikrosekunden sowie einer zu ERPM proportionalen Frequenz abgibt. Dieser Ausgangspuls wird über ein aus Kondensator C2 und Widerstand R3 bestehendes, in Fig. 1 gezeigtes, Tiefpaßfilter integriert und gibt eine Spannung ab, die ein Maß für ERPM ist. In ähnlicher Weise wird das Fvco-Signal dazu verwendet, ein Flip-Flop 116 zu setzen, wobei der Q-Ausgang einen ERPM- Niedrig-Zähler 112 zurücksetzt. Der Zähler 112 läuft über und setzt den Flip-Flop 116 zurück, wobei sein Q-Ausgang einen Puls mit einer Pulsbreite von 10 Mikrosekunden erzeugt, der auf ein Tiefpaßfilter aus Kondensator C1 und Widerstand R2 aus Fig. 1 gegeben wird und eine zu den 0 bis 4000 ERPM proportionale Spannung abgibt. Die unterschiedliche Skalierung wird durch Anlegen eines 2 MHz-Signals zum Zählen am Zähler 110 sowie eines 1 MHz-Signals am Zähler 112 erreicht.
Bei Betrachtung dieser Erfindung sollte in Erinnerung bleiben, daß die vorliegende Offenbarung nur beschreibend ist und daß der Umfang der Erfindung anhand der angefügten Ansprüche zu bestimmen ist.

Claims

1. Zündsystem mit einem Sensor für die Kurbelwelle einer Einwellenbrennkraftmaschine mit elektronischem Zündsystem ohne Zündverteiler zum elektrischen Ankoppeln an einen Zündgenerator zur Steuerung des Zündzeitpunktes für die Verbrennung in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, wobei die Brennkraftmaschine zumindest einen Zylinder und einen darin translatorisch in zwei Richtungen verstellbaren Kolben aufweist der mechanisch die Drehung einer Motorkurbelwelle (14) um ihre Längsachse abhängig von der Verbrennung im vom Zylinder und dem Kolben definierten Brennraum der Brennkraftmaschine bewirkt, wobei ferner dem Zylinder ein elektrisch zu betätigender Zündgenerator zugeordnet ist, der elektrische Zündfunken zur Steuerung der Verbrennung im Brennraum erzeugt und wobei schließlich das elektronische Zündsystem aufweist:

einen zur Drehung mit der Kurbelwelle (14) dieser fest zugeordneten Rotor (16) der eine Mehrzahl gleichwinklig voneinander beabstandeten Punkten (18) definiert, in denen vom Rotor abtastbare Strukturen definiert sind, wobei der Rotor ferner eine Bezugskennung in vorbestimmter fester Positionsbeziehung zu der Mehrzahl der Punkte definiert, wobei die Bezugskennung die Winkelstellung der Kurbelwelle anzeigt und wie der Kolben in vorbestimmter Positionsbeziehung zum Zylinder angeordnet ist; ein Einkurbelwellensensor (20) ist in fester Beziehung zur Drehung der Kurbelwelle angeordnet und operativ mit dem Rotor gekoppelt, wobei der Einkurbelwellensensor die abzutastenden Rotorstrukturen durch Abtasten ermittelt und infolge Anordnung und Ausbildung aufeinanderfolgende elektrische Sensorimpulse in Abhängigkeit von den Rotorstrukturen nach dem Sensor erzeugt;

einen Bezugskennungsermittlungsschaltkreis (62), der elektrisch mit dem Einkurbelwellensensor (20) gekoppelt ist und auf Grund Anordnung und Ausbildung die elektrischen Sensorimpulse aufnimmt, wobei der Bezugskennungsschaltkreis (62), abhängig von den elektrischen Sensorimpulsen, die Drehung der Bezugskennung nach dem Sensor (20) ermittelt und abhängig von der Ermittlung, basierend auf den elektrischen Sensorimpulsen, wie sie abhängig vom Abtasten einer abtastbaren Rotorstruktur durch den Einkurbelwellensensor erzeugt wurden, feststellt, ob der Motor um einen Betrag gedreht wurde, der den Winkelabstand zwischen der Mehrzahl der Punkte überschreitet;

einen Synchronisationsrechner (70) in einer Schaltung, daß er aufnimmt und berechnet die aufeinanderfolgenden elektrischen Sensorimpulse, um eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Ausgangssignalen nach Berechnungen für die jeweilige vorausbestimmte Kurbelwellenwinkelstellung zu liefern, wobei der Rechner mit der Rotorrotation abhängig von dem abgefühlten Ausgangssignal synchronisiert ist;

einen die Motordrehzahl bestimmenden Schaltkreis (26, 110, 112), der mit dem Einkurbelwellensensor (20) gekoppelt und so geschaltet ist, daß er die elektrischen Sensorimpulse aufnimmt, wobei der die Motordrehzahl bzw. -geschwindigkeit bestimmende Schaltkreis, die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle bestimmt und kontinuierlich die vorbestimmte Geschwindigkeit abhängig von den elektrischen Sensorimpulsen aktualisiert;

ein mit dem Rechner (70) und dem die Motordrehzahl bzw. -geschwindigkeit bestimmenden Schaltkreis (26, 110, 112) gekoppelter Schaltkreis (28) zur Steuerung des Voreilwinkels für die Zündung, der eine Vorverstellung des Zündwinkels entsprechend dem Zylinder abhängig von einem Zündsignal des Rechners (70) spezifiziert sowie in Abhängigkeit von der aktualisiert vorbestimmten Solldrehzahl bzw. -geschwindigkeit und zumindest einem weiteren Motorparameter;

einen Pulsgenerator (26) zur Erzeugung einer wiederholbaren Impulsfolge, die die Impulswiederholungsrate der elektrischen Impulse übersteigt, die von dem Einkurbelwellensensor (20) erzeugt werden und proportional zur Impulswiederholungsrate ist; einem Zündfunkenschnellauslöseschaltkreis (90), der operativ mit dem Rechner (70) und dem Schaltkreis (28) zur Steuerung des Voreilwinkels für die Zündung sowie dem Pulsgenerator (26) verbunden ist und der ein Zündfunkenschnellsteuersignal zur Steuerung der Aufeinanderfolge der vom Zündgenerator (39) erzeugten Zündfunken erzeugt, wobei dem Zündfunkenschnellauslöseschaltkreis vom Schaltkreis (28) zur Steuerung des Voreilwinkels für die Zündung ein Synchronisierungsdatum zugeführt wird, das repräsentativ ist für die Synchronisierung des Zündfunkenschnellsteuersignals und die Erzeugung des Zündfunkensteuersignals abhängig von einem Aktualisierungssignal des Rechners (70) und in Zeitpunkten, in dienen die vom Pulsgenerator (26) erhaltenen Impulse der Synchronisierung entsprechen.

2. System nach Anspruch 1, bei dem jede der abzutastenden Strukturen (18) einen Vorsprung einschließt und die Bezugskennung in einer Winkelposition definiert ist, die zumindest einem der gleich beabstandeten Punkte entspricht.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Pulsgenerator (26) die Impulsrepetitionsrate der Sensorimpulse multipliziert, um die Folge wiederholbarer Impulse zu erhalten.

4. System nach Anspruch 3, bei dem der Pulsgenerator (26) einen phasenverriegelten Schleifenschaltkreis einschließt, der der Aufnahme der elektrischen Sensorimpulse am Eingang dient, wobei der Schaltkreis einen Frequenzteiler (58) zum Setzen eines vorbestimmten Multiplikationsfaktors einschließt.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Einkurbelwellensensor (20) einen Magnetsensor umfaßt, der Magnetfeldveränderungen ermittelt.

6. System nach Anspruch 1, bei dem die abzutastenden Strukturen auf dem gesamten Umfang des Rotors voneinander beabstandet angeordnet sind.

7. System nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bezugskennung anzeigt, daß sich die Kurbelwelle in einer Winkelstellung befindet, in der sich der Kolben im Zylinder 60º vor dem oberen Totpunkt befindet.

8. System nach Anspruch 1, bei dem die abzutastenden Strukturen Zähne (18) und der Schaltkreis (62) zur Ermittlung der Bezugskennung einen Detektor zur Ermittlung der Zahnlücken aufweisen.

9. System nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Bezugskennungsermittlungsschaltkreis (62) einen Impulsausfallzähler einschließt, der die vom Pulsgenerator (26) erzeugten Impulse zählt, abhängig von jedem der vom Sensor erzeugten elektrischen Impulse zurückgestellt wird und das Ermittlungsausgangssignal erzeugt, wenn die Impulszählung eine bestimmte Impulszahl übersteigt.

10. System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Synchronisationszähler (70) abhängig von dem Ermittlungsausgangssignal zurückgestellt wird.

1. System nach Anspruch 1, das ferner einen Zylinderauswahlschaltkreis einschließt, der abhängig von der Zählung der vom Rechner (62) gelieferten Ausgangssignale einen von mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung auswählt.

12. System nach Anspruch 1, bei dem der die Motordrehzahl bestimmende Schaltkreis ferner einen Rechner (10, 112) einschließt, der abhängig von der vom Pulsgenerator erzeugten Impulsrate ein Ausgangssignal erzeugt.

13. System nach Anspruch 1, das ferner einschließt einen Impulsausfallersatzschaltkreis (78), der abhängig von der vom Pulsgenerator erzeugten Impulse Pulssignale erzeugt, um vom Ausgangssignalsensor als fehlend festgestellte Impulse zu ersetzen.

14. System nach Anspruch 1, bei dem der Schaltkreis zur Bestimmung der Zündzeitpunktvorverstellung einen Mikroprozessor (28) einschließt, der, abhängig von der aktualisierten Sollgeschwindigkeit im Zeitpunkt der vorbestimmten Anzahl der Zählungen am Rechnerausgang, digital die Zündzeitpunktvorverstellung anzeigt.

15. System nach Anspruch 1, bei dem der Schaltkreis zur Bestimmung des Zündzeitpunktes einschließt:

eine Zündspule (36),

einen Induktionsspulenrechner (104) in operativer Verbindung mit dem Sensor für die Berechnung der Zeit und/oder Winkelverstellung der Kurbelwelle im Zeitpunkt der Aktivierung der Spulenwicklung und

einen Aussetzrechner (98) zum Aufladen der Zündspule abhängig von dem Rechenergebnis, daß der Induktionsspulenrechner geliefert hat.

16. System nach Anspruch 1, bei dem:

der Rechner entsprechend der Aufnahme des ermittelten Ausgangssignals neu eingestellt bzw. aktualisiert wird und

das System ferner einen Induktionsspulen-ID-Rechner (84) in einer Schaltung einschließt, daß das Rechnerausgangssignal aufgenommen wird, der Induktionsspulen-ID-Rechner das Rechnerausgangssignal decodiert, um aufeinanderfolgende Spulenauswahlsignale zu erzeugen, die eine gewollte Aufeinanderfolge der Motorzylinder spezifiziert.