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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Zündeinsatzpunktes von
Verbrennungsmotoren Verfahren zur Bestimmung des Zündeinsatzpunktes von Verbrennungsmotoren
sind bekannt. Insbesondere sind solche Verfahren bekannt, bei denen der Zündeinsatzpunkt
als Drehwinkel der Kurbelwelle in d ' er Zeit zwischen dem oberen Totpunkt
des Kolbens in dem mit Gemisch gefüllten Zylinder und dem Auftreten des dieses Gemisch
zündenden Zündfunkens bestimmt wird., Bekannte Verfahren dieser Art bedienen sich
der'stroboskopischen Methode. Dabei wird vom ZündfÜnken eine Blitzlampe gesteuert,
welche die auf dem Schwungrad oder der Riemenscheibe des Motors angebrachte, sogenannte
Obere-Totpunkt-Marke (OT-Marke) anleuchtet. Im flackernden Licht der Blitzlampe
scheint die rotierende Marke stillzustehen. Der Zündverteffer des Motors wird nun
so eingestellt, daß die Marke an einer vorgegebenen Stelle erscheint. Dieses stroboskopische
Verfahren hat den Nachteil, daß es m* seiner einfachsten Form nicht den Zündeinsatzpunkt
mißt, sondern lediglich ein Hilfsmittel bei der Einstellung des Zündverteilers darstellt,
wobei die Wirksamkeit des Verfahrens von dem Grad der übereinstimmung von OT-Marke
und Oberer-Totpunkt-Stellung (OT-Stellung) des betreffenden Kolbens abhängt. Diese
nachteilige Abhängigkeit besteht für alle nach der stroboskopischen Methode arbeitenden
Meßgeräte, auch wenn mit diesen, unter zum Teil erheblichem Aufwand, der Zündeinsatzpunkt
selbst als Drehwinkel der Kurbelwelle bestimmt werden kann (deutsche Auslegeschriften
1014 390 und 1070443).
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In anderen Bereichen der Technik, nämlich in der Impulstechnik, sind
Schaltungsanordnungen bekanntgeworden, mit denen beispielsweise eine die Reihenfolge
und den zeitlichen Abstand zweier miteinander zu vergleichender Impulse erfassende
elektrische Meß- oder Steuergröße erzeugt werden kann (deutsche Auslegeschrift
1027 787) oder mit denen ein Impulsbreitenvergleich zweier Impulsreihen mit
gleicher Impulsfolgefrequenz, welche vorzugsweise von zwei verschiedenen Generatoren
erzeugt oder aus vergleichenden bzw. zu messenden physikalischen Größen durch geeignete
Geber oder Meßwertwandler gewonnen werden, durchgeführt werden kann (deutsche Auslegeschrift
1096 493). Schaltungen der beschriebenen Art haben in der Impulsmeßtechnik
in erheblichem Maße Eingang gefunden, zu dem Problem der Bestimmung des Zündeinsatzpunktes
von Verbrennungsmotoren haben diese bekannten Schaltungen jedoch nichts beigetragen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln,
nach dem der Zündeinsatzpunkt genau und unbeeinflußt durch den Grad der übereinstimmung
zwischen einer von außen sichtbaren mit der Kurbelwelle oder dergleichen rotierenden
Markierung und der exakten Oberen-Totpunkt-Stellung des betreffenden Kolbens in
einfacher Weise gemessen werden kann.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Zündeinsatzpunktes
von Verbrennungsmotoren als Drehwinkel der Kurbelwelle in der Zeit zwischen dem
oberen Totpunkt des Kolbens in dein mit Gemisch gefüllten Zylinder und dem Auftreten
des dieses Gemisch zündenden Zündfunkens durch elektronische Impuls-Phasenmessung
mit Impulsgeber und Integratorglied und unter Verwendung von durch die periodisch
auf ein an den folgenden Zündfunken gleichzeitig auftretenden elektrischen Zündsteuerimpulsen.
Die Erfindung besteht darin, daß durch die periodisch ablaufende Kolbenbewegung
zwei in fester zeitlicher Zuordnung zum oberen Totpunkt des Kolbens stehende periodisch
aufeinanderfolgende elektrische Kolbensteuerimpulse ausgelöst werden und daß durch
diese und durch die Zündsteuerimpulse zwei periodische Rechteckimpulse des ersten
Rechteckimpulsstromes durch die Zündsteuerimpulse gestartet und durch den jeweils
ersten der Kolbensteuerimpulse beendet, die Rechteckirapulse des zweiten Rechteckimpulsstromes
dagegen durch den jeweils zweiten der Kolbensteuerimpulse gestartet und durch die
Zündsteuerimpulse beendet werden und daß die Differenz der beiden Rechteckimpulsströme
gebildet und das zeitliche Mittel dieses Wertes als Maß für den Zündeinsatzpunkt
angezeigt oder registriert wird. Als weitere Möglichkeit sieht die Erfindung vor,
daß jeweils nur ein periodisch auftretender Kolbensteuerimpuls ausgelöst wird, durch
den gleichzeitig die Rechteckimpulse des ersten
Rechteckimpulsstromes
beendet, die des zweiten gestartet werden.
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In fanktionsmäßiger Hinsicht besteht die Erfindung darin, den Zündzeitpunkt
nicht nur unter Verwendung des elektrischen Zündimpulses zu messen, was an sich
bekannt ist sondern zusätzlich unter Verwendung eines oder zweier vom Kolbenstand
gesteuerter Impulse. Die Auslösung der Kolbensteuerimpulse kann im einzelnen auf
verschiedene Weise geschehen. Da es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren infolge
der Differenzbildung der beiden Rechteckimpulsströme nicht erforderlich ist, die
Zeitintervalle zwischen den Kolbensteuerimpulsen einerseits und der Oberen-Totpunkt-Stellung
des betreffenden Kolbens andererseits in ihrer Größe genau zu kennen, sondern nur,
daß diese Zeitintervalle für jede Umdrehung des Motors dieselben sind, empfiehlt
die Erfindung in einfacher Weise, daß bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern
die Kolbensteuerimpulse in ihrer zeitlichen Zuordnung zum oberen Kolbentotpunkt
in dem zu messenden Zylinder durch den Druckverlust in einem anderen zu diesem Zweck
nicht gezündeten Zylinder ausgelöst werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine Schaltungsanordnung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens. In diesem Zusammenhang sieht die Erfindung
zur Erzeugung der Zünd- und KolbensteueriTpulse mindestens. zwei durch den Zündfunken
einerseits und durch einen druckabhängigen Geber an einem zu diesem Zweck nicht
gezündeten Motorzylinder andererseits angesteuerte, an sich bekannte Impulsgeber
vor, die an im Prinzip ebenfalls bekannte elektronische Schaltungsanordnungen zur
gesteuerten Erzeugung von zwei periodischen Rechteckimpulsströmen angeschlossen
sind, die gemeinsam einen an sich im Prinzip ebenfalls bekannten Integrator zur
Bildung und Anzeige ihres Differenzmittelwertes speisen. Zweckmäßigerweise ist als
Integrator ein an sich bekanntes Galvanometer mit gegenüber der.Pleriodendauer der
Rechteckimpulsströme großer Einstellzeit vorgesehen.
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Der durch die Erfindung erreichte wesentliche Vorteil ist darin zu
sehen, daß zur Messung des Zündeinsatzpunktes die genaue zeitliche Zuordnung des
Kolbensteuerimpulses zur exakten OT-Stellung des betreffenden Kolbens im einzelnen
nicht bekannt zu sein braucht, wenn die Zuordnung für jede Umdrehung des Motors
dieselbe ist, da durch die erfindungsgemäße, Differenzbildung der beiden Rechteckünpulsströme
der Einfluß der zeitlichen Zuordnung auf das Meßergebnis kompensiert wird. Das erfindungsgemäße
Verfahren arbeitet somit unabhängig von der auf dem Schwungrad oder der Riemenscheibe
des Motors angebrachte - n OT-Marke und liefert somit- von dem Grad der.
übereinstimmung zwische ' n dieser Marke, und der exakten. OT-Stellung des
betreffenden Kolbens unabhängige Meßergebnisse für den Zündzeitpunkt, Im folgenden
sei die Erfindung -an Hand einer lediglich Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung näher erläutert: Es zeigen F i g. 1 bis 5 den Verlauf
verschiedener Rechteck-m impulsströme, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
auftreten können, Fig. 6 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in schematischer Darstellung, Der näheren Erläuterung der Erfindung dienen
die folgenden, zunächst allgemein gehaltenen Ausführungen.
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Die Messung periodisch wiederkehrender Zeitintervalle nach ihrer auf
die Periode bezogenen Größe kann in der Weise durchgeführt werden, daß ein Rechteckimpulsstrom,
wie ihn Fig. 1 zeigt, durch ein Galvanometer geleitet wird. Das betrachtete
Zeitintervall ist (t. - tj), die Periode ist T. Das Galvanometer mit
einer gegenüber T großen Einstellzeit zeigt den zeitlichen Mittelwert des zwischen
0 und dem konstanten Wert 4 schwankenden Stromes an, sein Ausschlag
A beträgt:
k ist die Stromempfiridlichkeit des Galvanometers. Bei den hier betrachteten
Winkelmessungen entspricht der Periodendauer T der volle Umdrehungswinkel von
3601, so daß der dein Zeitintervall t2-t, entsprechende Drehwinkel, hier
99 genannt, sich aus einer einfachen Proportion ergibt. Er beträgt-. -
Da k und i. konstant sind, läßt sich das Galvanometer ohne Schwierigkeiten
in Winkelgrade eichen.
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Diese Winkelmeßmethode läßt sich jedoch nicht in einfacher Weise zur
Bestimmung des Zündeinsatzpunktes von Verbrennungsmotoren verwenden. Zwar kann das
Auftreten des Zündfunkens meßtechnisch ohne weiteres erfaßt werden, für den oberen
Totpunkt des betreffenden Kolbens ist dies nicht der Fall. (Daher das Ausweichen
auf die OT-Marke bei den bekannten Verfahren.) Für den Fall also, daß zur
Messung des Winkels #q einer der beiden, das Zeitintervall begrenzenden Zeitpunkte,
z. B. t2, nicht erfaßt werden kann, dafür aber der Zeitpunkt zur Steuerung des Reckteckimpulsstromes
zur Verfügung steht, wird neben diesem Strom ein zweiter im wesentlichen gegenphasiger
Rechteckimpulsstroni erzeugt (Fig. 2 und 3) und die Differenz der beiden
Ströme dein Galvanometer zugeführt. Der Ausschlag des Galvanometers ist dann-:
Für den Winkel #q gilt folgende Beziehung:
Auch in diesem Fall kann das Galvanometer in Winkelgrad geeicht werden.
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C, Nun wird angenommen, daß auch
nicht
direkt erfaßt werden kann, sondern nur als Mittelpunkt eines
Intervalls mit den Grenzen
die zur Steuerung der Rechteckimpulsströme herangezogen werden können. Diese Ströme,
die in den F i g. 4 und 5 gezeigt sind, haben angenommenerweise gleiches
Vorzeichen. In diesem Fall wird die Differenz, im umgekehrten die Summe der beiden
Ströme dem Galvanometer zugeführt. Der Galvanometerausschlag ist:
Wie im vorangegangenen Fall, so folgt auch hier für den Winkel T die Beziehung.
Die beiden letzten überlegungen stellen den eigentlichen Inhalt des erfindungsgemäßen
Meßverfahrens dar, das noch durch den Fall erweitert werden kann, daß neben auch
t, nicht direkt, sondern in Form eines
Intervalls erfaßt wird, in dessen Mittelpunkt es liegt und dessen Größe unabhängig
von der des -Intervalls ist. Auf gleiche Weise wie oben kann
der Winkel qg errechnet werden; auch hier gilt:
Als Beispiel für die Anwendung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens wird die Messung
des Zündzeitpunktes eines 4-Takt-Motors beschrieben (s. F i g. 6).
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Am Zylinder 1 wird der Zündfunken an den Impulsgeber
5 angekoppelt, der einen gleichzeitig mit dem Zündfunken auftretenden Zündsteuerimpuls
erzeugt. Hierdurch wird der Zeitpunkt t, definiert. Der Kolben la verdichtet das
Gemisch und erreicht zum Zeitpunkt t2 den oberen Totpunkt. Der Zylinder 4 wird nicht
gezündet, denn hier soll der obere Totpunkt des Kolbens la indirekt erfaßt werden.
Diesem Zweck dient z. B. ein Druckgeber 7. Der Druckgeber 7 spricht
auf den im Zylinder 4 auftretenden Maximaldruck an, er liefert mittels eines weiteren
Impulsgebers 6 einen bei 1, +
auftretenden Kolbensteuerimpuls. Es kann aber auch ein Druckgeber
6
vorgesehen werden, der auf einen v zwischen dem Atmosphären- und dem Maximaldruck
im Zylinder 4 anspricht und somit zwei zu t,+
;ymmetrische Kolbensteuerimpulse liefert. Die von den Impulsgebern 5 und
6 abgegebenen Zünd- und Kolbensteuerimpulse steuern eine elektronische Schaltung
8,
die zwei Rechteckimpulsströme liefert. Im einzelnen geschieht dies in der
Weise, daß die Rechteckimpulse des ersten Rechteckimpulsstromes durch die Zündsteuerimpulse
gestartet und durch den jeweils ersten der beiden Kolbensteuerimpulse beendet, die
Rechteckimpulse des zweiten Rechteckimpulsstromes dagegen durch den jeweils zweiten
der Kolbensteuerimpulse gestartet und durch die Zündsteuerimpulse beendet werden.
Wird bei auf den Maximaldruck im Zylinder 4 ansprechenden Druckgeber 6 nur
ein Kolbensteuerimpuls erzeugt, so werden durch diesen gleichzeitig die Rechteckimpulse
des ersten Rechteckünpulsstromes gestartet, die des zweiten beendet. Je nach den
Vorzeichen der beiden Rechteckünpulsströme, gleich oder ungleich, wird die Differenz
oder die Summe dieser Ströme einem Galvanometer 9 zugeführt, Dieses
ist hinreichend träge und zeigt einen festen Ausschlag.
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Zur Bestimmung des Zündeinsatzpunktes bei einem 4-Takt-Motor ist zu
beachten, daß die Kurbelwelle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündungen eines
bestimmten Zylinders zwei Umdrehungen macht, daraus folgt: