DE2409070A1

DE2409070A1 - Elektronische zuendzeitpunktsteuerschaltung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2409070A1
Application number: DE2409070A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Fujinami; Katuyuki Takagi
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1973-02-27
Filing date: 1974-02-26
Publication date: 1974-09-05
Also published as: DE2409070C3; JPS5443648B2; DE2409070B2; JPS49111048A; US3871342A

Description

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TEL. (089) 539353-56 TELEX: 524845 tipat CABLE AOOHESS: Genniinicpate.-.t München SOOO Münchln^⁹⁰⁷⁰

Bavariaring 4

Postfach 202403 ²⁶· Februar 1974 B 5856

Nippon Soken, Inc.
Nishio-shi, Japan

Elektronische Zündzeitpunktsteuerschaltung für

Brennkraftmaschinen ·

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Zündzeitpunktsteuerschaltung zur elektrischen Festlegung der Zündzeit einer Brennkraftmaschine.

Bei den konventionellen Verteilern, die zur Festlegung' der Zündzeit einer Maschine ureitestgehend verwendet werden, werden die Relativlagen der Komponententeile,, die die Nocken- und elektrische Kontaktanordnung bilden, in Übereinstimmung mit der Maschinendrehzahl und der Größe des Ansaugrohrunterdrucks geändert, die jeweils durch den Zentrifugalregler und den Unter-

Deutsche Bank (München) Kto. 51/61 070 Dresdner Bank (München) Kto. 3339844 Pestscheck (München) Kto. 670 43-804

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ORlGiNAL iNSPECTED

druckvorsteller bestimmt werden, wodurch ein Zündsignal an korrekten Zündzeitpunkten erzeugt wird, die den Betriebsbedingungen der Maschine folgen. Da all diese Verteiler mechanisch sind, liegt ein Nachteil bei ihnen darin, daß die Abnutzung des Nockens und der Kontaktpunkte zur Änderung der Zündzeit führt und außerdem einen nachteilige Auswirkung auf die Lebensdauer hat, und ferner ist es schwierig eine genaue Kenntnis der Zündzeitcharakteristiken im Stadium der Gestaltung zu erlangen, und die Änderung der Zündzeitcharakteristiken ist nur in sehr engen Grenzen möglich.

Zur Überwindung der genannten Schwierigkeiten wird mit der Erfindung eine elektronische Zündzeitsteuerschaltung für Brennkraftmaschinen geschaffen, bei der auf der Basis einerBezugswinkelstellung der Maschine, die beispielsweise 50° vor dem oberen Totpunkt sein kann, die der Maschinendrehzahl und dem Ansaugrohrunterdruck entsprechende Verzögerungswinkelcharakteristik aus vorbestimmten Programmen ausgelesen wird und der ausgelesene Verzögerungswinkel dann umgewandelt wird in eine Verzögerungszeit von dem Augenblick, bei dem die Maschinendrehung durch die Bezugswinkelstellung läuft, wodurch das Verstreichen der Verzögerungszeit nach Durchlaufen der Bezugswinkelstellung zur Bestimmung der Zündzeit berechnet wird, womit eine durch Alterung bedingte Verschlechterung beseitigt wird, die Steuerung der Zündzeit mit sehr hoher Genauigkeit gewährleistet wird und eine einfache bedarfsweise Änderung der Zündzeitcharakteristiken

durch die Programmänderungen ermöglicht wird*

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Bei der erfindungsgemäßen Steuerschaltung tritt unter bedeutenden Vorteilen die Tatsache hervor, daß die Änderung der Zündzeitcharakteristiken durch die sehr einfache Maßnahme einfacher Änderung der Programme erreicht werden kann und daß es ferner möglich ist, eine Vielzahl von Zündzeitcharakteristiken nach Bedarf zu wählen.

Ein weiterer bedeutender Vorteil der, erfindungsgemäßen Steuerschaltung liegt darin, daß diese in jede Maschine eingebaut werden kann, ohne daß irgendeine wesentliche Änderung der Maschine außer der Anbringung eines BezugswinkelstellungsdetekT tors auf der Maschinenkurbelwelle notwendig ist, und ferner findet keine Verschlechterung durch Alterung statt, und die Zündzeit kann mit sehr großer Genauigkeit im Vergleich zu den konventionellen machanischen Zündzeitsteuerungen mit Verteilern gesteuert werden.

Ein weiterer bedeutender Vorteil liegt darin, daß alle notwendigen Rechenoperationen mit digitalen Signalen durchgeführt werden und diese daher im Vergleich zu den Rechenoperationen bei Verwendung von analogen Signalen mit sehr großer Stabilität gegen Änderungen externer Bedingungen, wie in der Enerjjieyersorgungsspannung und Umgebungstemperatur, durchgeführt werden können, und ferner kann die Verringerung von Herstellungskosten und die Standardisierung von Zusammenbauvorgängen durch

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Verwendung integrierter Schaltungen beim Aufbau der Schaltungsanordnung erreicht werden.

Ein weiterer bedeutender Vorteil liegt darin, daß die für Rechenoperationen erforderliche Zeit durch minimale Anwendung von Multiplikations- und Divisionsoperationen verringert ist, wodurch die Zündzeit mit sehr großer Genauigkeit bestimmt wird und die wesentlichen Komponententeile minimal gemacht sind, wodurch sich eine größere Zuverlässigkeit und eine Vereinfachung des Schaltkreises ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Zündzeitsteuerschaltung für Brennkraftmaschinen.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform des bei der Schaltung nach Fig. 1 verwendeten Bezugswinkelstellungsdetektors;

Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit beispielsweise gewählten Stellungen der Maschinenkurbelwelle zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 1;

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Fig. 4a bis 5b zeigen Verzögerungswinkelcharakteri'stikschaubilder zur Veranschaulichung der Programme, die in Einlesespeichern gespeichert sind, die in der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendet werden;

Fig. 6 und 7 zeigen ein detailliertes Schaltbild der in der Ausfuhrungsform nach Fig. 1 verwendeten Drehzahlrechnerschaltung und ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung deren Arbeitsweise;

Fig. 8 zeigt einen detaillierten Schaltplan der in der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendeten Winkel-Zeitwandlerschaltung;

Fig. 9 und 10 zeigen einen' detaillierten Schaltplan der in der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendeten Zeitgeberschaltung und ein Weilendiagramm zur Erläuterung deren Arbeitsweise.

Es wird nun der Aufbau und die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Zündzeitsteuerschaltung anhand der dargestellten Ausführungsform mehr im einzelnen beschrieben.

Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Zündzeitsteuerschaltung bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen elektromagnetischen Abnehmer, der zur Ermittlung

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der Maschinendrehzahl unter Verwendung eines Zahnrades der Maschine derart angeordnet ist, daß bei einer Zähnezahl des Zahnrades von beispielsweise 115 die Frequenz seines ermittelten Ausgangssignals während des Maschinenbetriebs von 600 Upm dann 1150 Hz beträgt. Die Bezugsziffer 2 bezeichnet einen Unterdruckdetektor zur Ermittlung des Unterdrucks im Maschinenansaugrohr, der beispielsweise einen in Abhängigkeit von dem Ansaugrohrunterdruck beweglichen Kern aufweisen kann, einen Oszillator zur Umwandlung der Bewegung des Kerns in eine Spannung und einen Differntialtransformator, bei dem das Oszillatorausgangssignal an seine Bingangswicklung angelegt wird und die in seiher Ausgangswicklung erzeugte Spannung durch eine Gleichrichterglättungsschaltung geglättet wird, um eine Ausgangsgleichspannung zu liefern, die sich in Übereinstimmung mit der Beweung des Kerns derart ändert, daß sie einen dem Ansaugrohrunterdruck entsprechenden Wert annimmt. Die Bezugsziffer 3 bezeichnet einen Bezugswinkelstellungsdetektor zur elektrischen Ermittlung der Bezugswinkelstellung der Maschinenkurbelvrelle zur Erzeugung, eines Bezugswinkelstellungssignals, undeii.e Ausführungsform des Detektors 3 ist in Fig. 2 gezeigt. In dem Detektor nach Fig. 2, der bei einer Vierzylindermaschine angewendet wird, sind Lichtabschirmplatten 302 auf einer Verteilerrotorwelle 301 angeordnet; kommt die Lichtabschirmplatte 302 zwischen die zugeordnete Leuchtdiode 303 und einen Phototransistor 304, wird dadurch das Licht unterbrochen und die Bezugswinkelstellung mittels eines elektrischen Signals ermittel, das an einem Ausgangsanschluß abgegeben wird. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet eine Maschinen-

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drehzahlrechnerschaltung, durch die die Ausgangswellenform von dem elektromagnetischen Abnehmer 1 in eine Rechteckwellenform rückgeformt wird, und die Zeitdauer eines Impulses wird zur Darstellung der Maschinendrehzahl durch einen Binärkode gemessen. Die Bezugsziffer 5 bezeichnet einen Analog-Digitalkonverter zur Umwandlung der dem Ansaugrohrunterdruck entsprechenden Gleichspannung von dem Unterdruckdetektor 2 in einen Binärkode. Die Bezugsziffer 6 bezeichnet einen Drehzahleinlesespeicher, der ein Programm der Verzögerungswinkelcharakteristiken entsprechend den Maschinendrehzahlen mittels Binärkodes speichert, wobei das Programm den in Fig. 4a oder Fig. 5a gezeigten Charakteristiken entspricht. Die Bezugsziffer 7 bezeichnet einen Unterdruckeinlesespeicher, der ein Programm von Verzögerungs Winkelcharakteristiken entsprechend Änderungen des Ansaugrohrunterdrucks mittels Binärkodes speichert, wobei das Programm den in Fig. 4b oder 5b gezeigen Charakteristiken entspricht. Die Bezugsziffer 8 bezeichnet einen Addierer zur Bildung der Summe von binärkodierten Verzögerungswinkelsignalcn. Die Bezugsziffer 9 bezeichnet eine. Winkcl-Zeitwandlerschaltung, durch die das Ausgangssignal vom Addierer 8, das den Gesamtverzögerungswinkel gegenüber der Bezugswinkelstcllung repräsentiert,durch die Maschinendrehzahl zu dem Zeitpunkt dividiert wird, wenn das Ausgangssignal erzeugt wurde, um es in eine Verzögerungszeit gegenüber der Bezugswinkelstellung umzuwandeln. Die Bezugsziffer 10 bzeichnet, eine Zeitgeberschaltung, durch die die Zündzeit in Obereinstimmung mit dem Verstreichen der durch das binärkodierte Ausgangssignal der Wihkel-Zeitwanderschaltung 9 repräsentierten Verzögerungszeit gegenüber dem Augenblick der Erzeugung des Bezugswinkelstellungssignals von dem Bezugswinkelstellungsdetcktor 3 bestimmt wird.

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Es wird nun die Arbeitsweise der Steuerschaltung mit dem zuvor beschriebenen Aufbau erläutert. Zur Vereinfachung der Beschreibung der Zündzeitsteuerung dieser Steuerschaltung sind die Stellungen der Kurbelwelle, die sich im Uhrzeigersinn dreht, in Fig. 3 gezeigt, worin ein Punkt A den oberen Totpunkt repräsentiert.

Es wird nun angenommen, daß es erwünscht ist, die Zündung am Punkt C stattfinden zu lassen, d.h. zum gewünschten Zündungsvorstellwinkel Θ, der Θ⁰ vor dem oberen Totpunkt A ist; dann kann dieser erwünschte Zündungsvorstellwinkel θ in Ausdrücken eines Verzögerungswinkels von einem bestimmten Winkel I vor dem oberen Totpunkt folgendermaßen angegeben werden:

θ -■ ß -α

Ist die Bezugswinkelstellung der Kurbelwelle an dem Punkt B gesetzt, was P vor dem oberen Totpunkt A entspricht, kann der erwünschte Zündungsvorstellwinkel θ in Ausdrücken des Verzögerungswinkel Ol vom Punkt B ausgedrückt werden. In anderen Worten, da sich die Drehzahlvorstellung θ., und die Unterdruckvorstellung Θ- nach Fig. 4a und 4b in Additionsbeziehung befinden, repräsentiert der addierte Wert Cc der jeweiligen Verzögerungswinkel & .. und CC- den Gesamtverzögerungswinkel. Da dieser Wert den Drehwinkel der Kurbelwelle repräsentiert, kann er in Ausdrücken einer Verzögerungszeit gegenüber der Bezugswinkelstellung oder dem Punkt B gegeben werden, indem der Verzögerungswinkel °Cdurch

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die Maschinendrehzahl im entsprechenden Augenblick dividiert wird, wie dies durch die folgende Gleichung gezeigt ist

^T = ^KT · α. Ca).,

wobei Z die Maschinendrehzahl ist, T die Verzögerungszeit zwischen der Erzeugung des Bezugswinkeldctektorsignals und dem Zündungspunkt, und K- eine Proportionalitätskonstante ist.

In diesem Fall gilt die obige Gleichung a bei der Annahme, daß die Maschine mit einer konstanten Drehzahl von dem Augenblick der Ermittlung der Maschinendrehzahl Z zum Augenblick des Auftretens des Zündsignals dreht, und daher kann mit dieser Gleichung a eine genauere Annäherung bewirkt werden, vorausgesetzt, daß der Grad des Gesamtverzögerungswinkelsccso klein wie möglich gemacht ist, daß die Berechnung der Maschinendrehzahl an einem Punkt nahe der Bezugswinkelstellung oder dem Punkt B durchgeführt wird und daß die Meßzeit soweit itfie möglich reduziert ist. Ist die Verzögerungszeit T auf diese Weise errechnet worden, bestimmt die Zeitgeberschaltung 10 die Zündung derart, das sie in dem Augenblick stattfindet, wenn die tatsächliche Verzögerungszeit T vom Auftreten des Bezugswinkelstellungsdetektorsignals verstreicht, wodurch die genaue Zündungszeitein-stellung bei dem gewünschten Zündungsvorstellwinkel θ stattfindet.

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Es werden nun die Fig. 1 gezeigten einzelnen Schaltungen mehr im Detail beschrieben. Bei der Maschinendrehzahlrechnerschaltung 4 ist es wesentlich, einen genauen Wert der Maschinendrehzahl Z innerhalb einer minimalen Zeit zu erhalten, wie dies zuvor erwähnt wurde. Daher wird die Maschinendrehzahl Z aus der folgenden Gleichung erhalten:

Z = K₉ . X (b) ,

L '

wobei X die Anzahl der Ausgangswellen ist, die von dem elektromagnetischen Abnehmer 1 erzeugt wurden, der an dem Ringzahnrad angebracht wurde (d.h. Umfang des Zahnrades), Y die Anzahl der Taktimpulse (400 KIIz in dieser Ausführungsform), die während der Zeit auftreten, wenn X Zähne des Zahnrades umlaufen, und K^ eine Proportionalitätskonstante ist. Zur Erreichung einer vergrößerten Genauigkeit wird der Wert Y größer als 480 gewählt, so daß beim größer werden des Wertes Y als 480 und beim Anliegen einer Ausgangswelle durch den nächsten Zahn des Zahnrades die Zählungen von X und Y ausgelesen und verarbeitet werden, um die Maschinendrehzahl zu errechnen.

Der Schaltungsaufbau und die Arbeitsweise der Maschinendrehzahlrechnerschaltung 4 wird nun an. . dem Schaltbild nach Fig. 6 und dem Zeitdiagramm nach Fig. 7 erläutert.

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In Fig. 6 bezeichnet die Bezugsziffer 400 einen Oszillator zur Erzeugung von 400 KHz-Taktimpulsen £q, die Bezugs- ziffern 401 und 402 bezeichnen D-Flip-Flops, die Bezugsziffern 403, 404, 405 und 406 RS-Servo Flip-Flops und einen Inverter, die ein Schieberegister bilden, die Bezugsziffern 407 und 408 bezeichnen Binärzähler, beispielsweise SN-74193-Zähler, die jeweils ein 8-Bit-Zählausgangssignal 407a und ein 16-Bit-Zählausgangssignal 408a erzeugen. Die Bezugsziffern 409 und 410 bezeichnen 16-Bit-Schieberegister zur Erzeugung eines Ausgangsimpulszuges in Serienform entsprechend einem in Parallelform angelegten Eingangswert, und diese Schieberegister können beispielsweise SN-74165-Schieberegister mit 16-Bit sein. Das Eingangssignal zum Schieberegister 409 von dem Zähler 407 ist mit der Verschiebung um vier Stellen gekoppelt. Die Bezugsziffer 411 bezeichnet eine Multiplizier- und Dividierschaltung, die Bezugsziffer 412 einen Verstärker, die Bezugsziffern 413, 415 und 416 NICHT-UND-Tore, die Bezugsziffer 414 ein RS-Flip-Flop und die Bezugsziffer 417 einen Inverter. Geht ein Ausgangsdrehzahldetektorsignal WZ des Verstärkers 412 zum Rückformen und Verstärken des ermittelten Signals des elektromagnetischen Abnehmers 1 nach "1", erzeugt das D-Flip-Flop 402 an seinem Ausgang ein Ausgangssignal WT (Fig. 7a), das mit dem ersten Takt-, impuls der nächsten Serie von Taktimpulsen f_Q vom Oszillator. 400 synchronisiert ist. Das NICIlT-UND~Tor 415 erzeugt weiterhin ein O-Signal, bis zum Ankommen des folgenden zweiten Impulses, und dieses O-Signal überträgt den Inhalt der Zähler 407 und zu den Schieberegistern 409 und 410. Das NICHT-UND-Tor 416 fährt

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fort, ein · O-Signal an seinem Ausgang zu erzeugen, bis der dritte Impuls ankommt, wodurch dieses O-Signal das RS-Flip-Flop 418 zur Speicherung der Tatsache rücksetzt, daß die Taktimpulse 480 erreicht haben und auch die Zähler 407 und 408 , und es wird ebenfalls als ein Operationsstartsignal für die Multiplizier- und Dividierschaltung 411 benutzt. In dem Augenblick,Wenn das O-Signal von dem NICHT-UND-Tor 416 endet, starten die Zähler 407 und 408 erneut zum Zählen von X oder der Frequenz des Ausgangssignals WT und Y oder der Frequenz der Taktimpulse f_Q. Erreicht der Inhalt des Zählers 408 die 480, erzeugt das NICHT-UND-Tor 413 ein O-Signal, so daß das RS-Flip-Flop 414 seinen Zustand ändert. Das Ausgangssignal vom RS-Flip-Flop 414 wird an einen Datenanschluß D des D-Flip-Flops 401 angelegt. Danach ändert sich zu dem Augenblick, bei dem das Drehzahldetektorsignal WZ nach "1" geht, das Signal am Ausgangsanschluß Q des D-Flip-Flops 401 zu "1", und die NICHT-UND-Tore 415 und 416 werden dazu gebracht, nacheinander an ihren Ausgängen ein O-Signal durch die RS-Servo Flip-Flops 403, 404.und 405 zu erzeugen, an denen die Taktinpulse £q anliegen. In dem in Fig. 7 gezeigten Beispiel sind bei dem Augenblick, wenn das NICHT-UND-Tor 415 das O-Signal erzeugt, der Inhalt des Zählers 407 gleich 2 und der Inhalt des Zählers 408 gleich 484, und diese Inhalte werden jeweils parallel zu den Schieberegistern 409 und 410 übertragen. Danach setzt das O-Signal von dem NICHT-UND-Tor 416 das RS-Flip-Flop 414 rück, und die Zähler 407 und 408 und die Multiplizier- und Dividierschaltung 411 beginnen ihre Rechenoperation*

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Diese Operation läßt die Inhalte der Schieberegister 409 und 410 nacheinander auslesen und verarbeiten, um am Ausgang der Schaltung 411 ein 7-Bit-Drehzahlsignal Z zu erzeugen, das die Maschinendrehzahl repräsentiert. Die Multiplizier- und Dividierschaltung 411 ist konventioneller Art,und der Wert der bei der Multiplikation- und Divisionsoperation verwendeten Proportionalitätskonstanten K₇ ist folgendermaßen gegeben, wenn die Frequenz der Taktimpulse f_Q gleich 400 KHz ist, die Anzahl der Zähne des Ringzahnrades 115 ist und die Maschinendrehzahl 50 Upm :

K₇ = __60 . fQ = 8,000 .12 50 115 ~"23~

Bei der zuvor beschriebenen Berechnung der Maschinendrehzahl liegt die Drehzahlmcßzeit im Bereich von 480 . 1 msec

4ÖÖ~ bis 960 . 1 msec, und es kann bemerkt werden, daß dieses Meß-

400
verfahren sowohl den Vorteil eines Systems mit fester Distanz als auch den eines Systems mit fester Zeit hat. Da es der Multiplizier- und Dividierschaltung 411 möglich ist, die erforderliche Berechnung innerhalb dieser Meßzeit unter Berücksichtigung seiner Operation durchzuführen, kann die genaue Messung der Maschinendrehzahl innerhalb der genannten minimalen Zeitperiode mit ei-nem maximalen Fehler von weniger als 0,5 I durchgeführt werden. Durch Verwendung des Wertes dieses Maschinendrehzahlsignals Z wird die entsprechende Adresse in dem Drehzahleinlesespeicher 6, der das Programm des Wertes des in den Verzögerungswinkel CJr ι umgewandelten erforderlichen Zündvorstellwinkels θ- speichert,

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aim Auslesen des Verzögerungswinkcls y.. spezifiziert. In der vorliegenden Ausführungsform besteht der Verzögerungswinkel oc ₁ aus einem 7-Bit-Signal. Andererseits wird das Gleichspannungssignal von dem Ansaugrohrunterdruckdetektor 2 durch den konventionellen Analog-Digitalkonverter 5 in ein Digitalsignal umgewandelt, und durch Verwendung des Wertes dieses Digitalsignals wird die entsprechende Adresse in dem Unterdruckeinlesespeicher 7, der das Programm des Wertes des in den Verzögerungswinkel ^₂ umgewandelten erforderlichen Zündvorstellwinkels Θ- speichert, zum Auslesen des Verzögerungswinkels O' spezifiziert. In der vorliegenden Ausführung besteht der Verzögerungswinkel CV₂ aus einem 5-Bit-Signal . Unter der Annahme, daß bei dem Diagramm nach Fig. 3 der Wert des Winkels % gleich 50° ist,¹ der Drehzahlvorstellwinkel 35° und der Unterdruckvorstellwinkel 15°ist, dann ist Cx₁ = 35° - Θ.. und '?· - = 15° - θ₂ . Da der Gesamtvorstellwinkel θ gegeben ist mit θ = θ.. + θ^, wird ferner der Gesamtverzögerungswinkel r durch Bildung der Summe der Verzögerungswinkel O-. und C> ₇ erhalten. Dieser Gesamtverzögerungswinkel'^wird dann an die Winkel-Zeitwandlerschaltung 9 angelegt, die diesen in Übereinstimmung mit der Gleichung a verarbeitet und in die entsprechende Verzögerungszeit umwandelt. Die tatsächliche Zündzeit beim Verstreichen der Verzögerungszeit nach der Erzeugung des Bezugwinkelsstellungssignals ST wird durch die Zeitgeberschaltung 10 bestimmt.

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Fig. 8 veranschaulicht ein detailliertes Schaltbild der Winkel-Zeitwandlerschaltung 9, und Fig. 9 veranschaulicht ein · detailliertes Schaltbild der Zeitgeberschaltung 10, deren Wellenformdiagramm in, Fig. 10 dargestellt ist. Es wird nun die Winkel-Zeitwandlerschaltung 9 und die Zeitgeberschaltung 10 anhand der Fig. 8, 9 und 10 mehr im einzelnen beschrieben. Die Zeitgeberschaltung 10 bestimmt das Verstreichen einer Verzögerungszeit durch zählen von Zeitgebertaktimpulsen. Demzufolge nimmt der' jedem Taktimpuls entsprechenden Winkel zu, wenn die Maschinendrehzahl ansteigt, wobei der Fehler entsprechend ansteigt. Aus diesem Grunde ist die Frequenz der Zeitgebertaktimpulse bei höheren Maschinendrehzahlen erhöht, um das Auftreten von Fehlern zu vermeiden.,

In anderen Worten, der Drehzahlbereich ist in fünf Drehzahlzonen unterteilt, nämlich 3200 Upm und höher, 1600 bis 3200 Upm, 800 bis 1600 Upm, 400 bis 800 Upm und 400 Upm und niedriger, und diese fünf Drehzahlzonen werden jeweils mit ZnO, Zn1, ZnZ, Zn3 und Zn4 bezeichnet. Somit werden für die.der Drehzahlzone ZnO entsprechende Maschinendrehzahl die entsprechende Frequenz der Zeitgebertaktimpulse in ,der Zeitgeberschlatung 10 mit 100 KHz gewählt, mit 5OKHz für die Drehzahlzone Zn1, mit 25 KHz für die Drehzahlzone Zn2, mit 12,5 KHz für die Drehzahlzone Zn3 und mit 6,25 KHz für die Drehzahlzone Zn4. Daher wird zur Änderung des aus der obigen Gleichung a errechneten Wertes in Übereinstimmung mit den entsprechenden Drehzahlzonen die Umdrehungszahl Z in dieser.. Ausführungsform geändert. Mit anderen Worten,.

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da sich die oben erwähnte Frequenz der Zeitgebertaktimpulse in Obereinstimmung mit 1 . 100 KHz ( η » 0-4) ändert, kann die Gleichung a folgendermaßen geändert werden

T -

2ⁿ'Z

wobei die Einheit von T gleich [2ⁿ/fJ , f_T = 100 KHz und der Wert von K.. gegeben ist mit:

°^>5>fT = 500

vorausgesetzt, daß die Einheit vonOrgleich 0,5° ist. Tatsächlich wird daher die Anzahl der Obertragungstaktimpulse zum Auslesen des Wertes des Drehzahlsignals Z gesteuert. Auf diese Weise bedeutet bei der Operation, bei der das am wenigsten kennzeichnende Bit der Daten zuerst kommt, die Abnahme der Anzahl an Übertragungstaktimpulsen um eins, daß der Wert des Drehzahlsignals Z verdoppelt ist.

Es wird nun die Winkel-Zeitwanderschaltung 9 zur Durchführung der zuvor erwähnten Winkel-Zeitwandlung anhand von Fig» 8 in einzelnen beschrieben. In Fig. 8 bezeichnet die Bezugsziffer 901 eine Drehzahlzonendiskriminierschaltung mit einen Digitalvergleicher, beispielsweise SN 7485, zum Diskriminieren des 7-Bit-Drehzahlsignals Z in Obereinstimmung mit den oben erwähnten fünf Drehzahlzonen ZnO, Zn1, ZnZ, Zn3 und Zn4, us ständig ein 1-Signal an einem seiner Zonendiskriminierungsanschlfisse ZnO,

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Zn1, Zn2, Zn3 und Zn4 zu erzeugen. Die Bezugsziffer 902 bezeichnet ein Schieberegister zum Empfangen der 7-Bit-Drehzahlsignals Z, beispielsweise ein SN-74165-Schieberegister. Die Bezugsziffer 903 bezeichnet ein Parallclausgabeschieberegister in welchem ein 1-Signal an einem Eingangsanschluß SRIN die. aufeinanderfolgende Erzeugung eines 1-Signals an jedem der Parallelausgabeausgangsanschlüsse mittels der Übertragungstaktimpulse verursacht, die an einem Anschluß CP anliegen, und es kann beispielsweise ein SN-74164-Schieberegister sein. Die Bezugszeichen 905, 906, 907, 908 und 909 bezeichnen NICHT-UND-Tore, und die Bezugsziffer 910 bezeichnet ein UND-Tor. Die Bezugsziffer bezeichnet eine Verzögerungszeitrechnerschaltung, durch die der Gesamtverzögerungswinkel'3- aus dem Addierer 8 durch die dann laufenden Maschinendrehzahlen dividiert wird, um ein Verzögerungszüitsignal T zu erzeugen. Es sei nun angenommen, daß das von dejn Ausgangsanschluß der Drehzahlrechnerschaltung 4 gelieferte 7-Bit-Drehzahlsignal Z an der Drehzahlzonendiskriminicrschaltung 901 und dem Schieberegister 902 anliegt, dann wird ein 1-Signal stets an einem der fünf Zonendiskriminieranschlüsse ZnO, Zn1, Zn2, Zn3 und Zn4 für die oben genannten Drehzahlzonen ZnO bis Zn4 erzeugt.

' In dem. Augenblick, .,wenn*der Wert des Drehzahlsignals in die Verzögerungszeitrechenschaltung 911 einzuschreiben ist, geht dann das Signal am Anschluß SRIN nach \. Wenn die Übertragungstaktimpulse zum Datenschreiben von der Verzögerungs-

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zeitrechenschaltung 911 zum Anschluß CP zugeführt werden, liegen an den entsprechenden Eingängen der NICHT-UND-Tore 904, 905, 906, 907 und 908, die mit dem Schieberegister 903 verbunden sind, ein 1-Signal an. Ist in diesem Fall beispielsweise die Maschinendrehzahl in der Zone Zn2, erzeugt das NICHT-UND-Tor 906 ein 1-Signal und legt dieses an das NICHT-UND-Tor 909 an. Ist das Signal an dem Anschluß SRIN von 0 nach 1 übergegangen und sind die beiden Übertragungstaktimpulse über den Anschluß CP gelaufen, dann öfnet das NICHT-UND-Tor 910 und läßt die Übertragungstaktimpulse zu dem Schieberegister 902 durch, um die Daten zu der Verzögerungszeitrcchnerschaltung 911 zu übertragen. In anderen Worten, das Schieberegister 903 und die Drehzahlzonendiskriminierschaltung 901 haben die beiden Übertragungstaktimpulse gelöscht und den Rechenvorgang 2 . Z durchgeführt.

Die Verzögerungszeitrechnerschaltung 911 empfängt ebenfalls das den Gesamtvcrzögerungswinkel '""■ repräsentierende Ausgangssignal des Addierers 8 und verarbeitet die Eingangsdaten zur Erzeugung eines 10-Bit-Verzögerungszeitsignals T. Das Ergebnis dieser Operation liegt an der Zeitgeberschaltung 10 zur Erzeugung der tatsächlichen Verzögerungszeit an.

Der Schaltungsaufbau der Zeitgeberschaltung 10 ist in Fig. 9 im einzelnen veranschaulicht, und die an verschiedenen Punkten in der Zeitgeberschaltung 10 erzeugten Wellenformen sind in Fig. 10 gezeigt. In Fig. 9 bezeichnet die Bezugsziffer

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1001 einen Digitalvergleicher zum Vergleichen von 10-Bit-Binärkodes,und er kann beispielsweise ein SN-7485-Typ sein. Die Bezugsziffer 1002 bezeichnet einen 10-Bit-Binärzähler, die Bezugsziffer 1003 einen 6-Bit-Binärzähler, beispielsweise SN-7493, wodurch die 400-KHz-Taktimpulse f_Q vom Oszillator 400 in der Drehzahlrechnerschaltung 4 der Operation der Frepuenzteilung unterworfen werden und die Ausgangssignale oder Zeitgebertaktimpulse jeweils verschiedene Frequenzen 100 KHz, 50 KHz, 25 KHz, 12,5 KHz und 6,25 KHz haben und jeweils an fünf Ausgangsanschlüssen anliegen. Die Bezugsziffern 1004, 1005, 1006, 1007, 1008 und 1009 bezeichnen NICHT-UND-Tore zum selektiven Hindurchführen der Zeitgebertaktimpulse in Übereinstimmung mit den Signalen an den Zonendiskriminieranschlüssen ZnO, Zn1, Zn2, Zn3 und Zn4. Die Bezugsziffer 1010 bezeichnet ein RS-Flip-Flop, die Bezugsziffer 1011 einen Inverter und die Bezugsziffer 1012 einen Puffer. Das 10-Bit-Verzögerungszeitsignal T von der. Winkel-Zeitwanderschaltung 9 liegt an Eingängen A. bis A.q des Digitalverglcichcrs 1001 an, und das Ausgangssignal des Binärzählers 1002 liegt an den anderen Hingangsanschlüssen B₁ bis B₁Q an. Die Frequenz der an dem Binärzähler 1002 anliegenden Zeitgebertaktimpulse wird durch die NICHT-UND-Tor'e 1004, 1005, 1006» 1007 und 1008 gewählt, und sie werden über/das NICHT-UND* Tor 1009 eingeführt. Wird angenommen, das ein 1-Signal am Zonendiskriminieranschluß Zn2 anliegt, haben die an den Binärzähler 1002 über das NICHT-UND-Tor 1009 anliegenden Zeitgebertaktimpulse eine Frequenz von 25 KHz.

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In Fig. 10a ist die Wellenform der an dem Binärzähler 1002 anliegenden Zeitgebertaktimpulse gezeigt, Fig. 10b zeigt die Wellenform des Bezugswinkelstellungssignals ST von dem Kurbelwellenbezugswinkelstellungsdetektor 3, Fig. 10c zeigt die Wellenform eines Gleichheitsignals, das erzeugt wird, wenn die beiden Eingangssignale am Verglcicher 1001 als einander gleich festgestellt wurden, und Fig. 1Od zeigt die Wellenform eines Zündzeitsteuersignals F, das durch Verstärken des Ausgangssignals des RS-Flip-Flop 1010 .dirch den Puffer 1012 erzeugt wird, und ein Zeitpunkt t_Q, bei dem dieses Zündzeitsteuersystemsignal F von 1 nach 0 geht, zeigt die genaue-Zündzeit an. Geht das Bezugswinkelstellungssignal ST nach Fig. 10b von O nach 1, ändert das RS-Flip-Flop 1010 seinen Zustand, und der Binärzähler 1002 wird durch den Inverter 1011 von seinem Rücksetzzustand zum Starten der Zählung frei gesetzt. Wird der Inhalt des Binärzählers 1002 gleich dem Wert des Verzögerungszeitsignals T, wird das in Fig. 10c gezeigte Gleichheitssignal am Ausgangsanschluß A=B des Vergleichers 1001 erzeugt und läßt das RS-Flip-Flop 1010 seinen Zustand ändern. Dies führt zur Erzeugung des Zündzeitsteuersignals F, das die Zündzeit bestimmt.

Während bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Rechenausdrücke K₇ . X und K₁ . >'v bei der Drehzahlrechnerschaltung 4 und der Winkel-Zeitwanülerschaltung 9 verwendet werden, ist es natürlich möglich, zufriedenstellende Ergebnisse mit Ver-

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Wendung nur der Grundausdrücke K₉ . 1 und K₁ . _J zu er-

Δ -γ- I -j-

halten, vorausgesetzt, daß Änderungen der Genauigkeit nicht berücksichtigt werden. Ferner können diese Berechnungen durch jeden kommerziell verfügbaren Computer durchgeführt werden, und es ist ebenfalls möglich, die erforderlichen Rechenoperationen in Zeitteilungsweise durchzuführen.

Während nur die beiden Steuerfaktoren, nämlich die Maschinendrehzahl und der Ansaugrohrunterdruck in den Einlesespeichern 6 und 7 gespeichert werden, können ferner weitere Faktoren, wie die Maschinentemperatur und EGR leicht den Steuerfaktoren durch einfache Verwendung von zusätzlichen Einlesespeichern zur Zuführung ihrer Werte zu dem Addierer 8 hinzugefügt werden. Während die Einlesespeicher 6 und 7 die Programme der Verzögerungswinkel '':■ « und· ~ speichern, kann ferner der gleiche Effekt wie bei der vorliegenden Ausführungsform natürlich erhalten werden, wenn die Einlesespeicher 6 und 7 die Programme der erforderlichen Zündungsvorstellwinkel speichern,die addiert sind, und der Wert der Bezugswinkelstellung zuvor in eine Subtraktionsschaltung eingegeben wurde, um diesen Wert von dem addierten GesamtzündungsvorStellwinkel zu subtrahieren.

Weiterhin kann die Reihenfolge der Operationen durch den Addierer 8, die Winkel-Zeitwandlerschaltung 9 und die Zeitgeberschaltung 10 gewechselt werden.

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Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:

1) Da die in den Rechnerschaltungen verwendeten Signale alle in digitaler Form vorliegen, können die Rechenoperationen mit größerer Stabilität gegenüber Änderungen von externen Bedingungen, wie Änderungen der Energieversorgungsspannung und der Umgebungstemperatur, durchgeführt werden.

2) Da der gesamte Schaltkreis mit digitalen Computerelementen aufgebaut ist, ist es möglich, die Herstellungskosten zu reduzieren und standardisierte Zusammenbauvorgänge durch Verwendung von integrierten Schaltungen zu erreichen.

3) Ist die Änderung der festgelegten Charakteristiken infolge der Änderung der Anwendung der Maschine oder für eine unterschiedliche Maschinenart erforderlich, kann dies einfach durch Änderung der gespeicherten Programme der Einlesespeicher erreicht werden, und es kann jede gewünschte Charakteristik leicht erhalten werden.

4) Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann einfach eingebaut werden, in dem ein Bezugswinkelstellungsdetektor auf der Kurbelwelle einer Maschine montiert wird, und der Detektor kann auf jeder Art gegenwärtig verfügbare Maschinen montiert werden, ohne daß eine zusätzliche Änderung erforderlich ist.

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Mit der Erfindung wird somit eine Steuerschaltung zur elektrischen Festlegung der Zündzeit einer Brennkraftmaschine geschaffen . Bei dem am meisten geläufigen Typ des konventionellen Zündvorstellmechanismus werden die Relativstellungen von einem Nocken und Kontaktpunkten, die eine Nocken- und elektrische Kontaktanordnung bilden, in Übereinstimmung mit der Maschinendrehzahl und der Größe des Ansaugrohrunterdrucks geändert, die jeweils durch einen Zentrifugalregler und einen Unterdruckvorsteller ermittelt werden, um ein Zündsignal an einem Zündzeitpunkt zu erzeugen, der den Ma-. schinenbetriebsbedingungen folgt. Jedoch ist der Zündvorstellmechanismus dieser Art darin nachteilig, daß die Abnutzung des Nockens und der Kontaktpunkte zur Änderung der Zündzeit führt, und ferner ist es schwierig, den Mechanismus so zu gestalten, daß eine Vielzahl von Zündzeitcharakteristiken geliefert wird. Erfindungsgemäß wird eine bestimmte Winkelstellung der Maschinenkurbelwelle als Bezugspunkt genommen und die Nachlaufwinkel (Verzögerungswinkel) von dieser Bezugsstellung werden zuvor in Übereinstimmung mit Änderungen der Maschinendrehzahl und des Ansaugrohrunterdrucks programmiert, wodurch in Übereinstimmung mit" den Maschinenbedingungen der entsprechende Verzögerungswinkel aus den Programmen ausgelesen wird und dann in die äquivalente ' Verzögerungszeit der Maschinenkurbelwelle gegenüber dem Moment umgewandelt wird,· bei dem diese durch die Bezugswinkelstellung dreht, und das Verstreichen dieser Verzögerungszeit nach der Bewegung der Kurbelwelle durch die Bezugswinkelstellung

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wird dann zur Bestimmung der Zündzeit berechnet. Die erfindungsgcmäße Steuerschaltung ist daher frei von Verschlechterung durch Alterung, kann die genaue Zündzeit mit sehr großer Genauigkeit bestimmen und kann im Bedarfsfall die Zündzeitcharakteristik durch Änderung der Programme ändern.

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Claims

Patentansprüche

1J Elektronische Zündzeitpunktsteuervorrichtung für Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet durch eine Maschinenbetriebsbedingungsdetektoreinrichtung mit zumindest einem Drehzahldetektor (1) zur Ermittlung der Maschinendrehzahl, eine Zündzeitwähleinrichtung zum Auslesen einer Zündzeitcharakteristik entsprechend dem Ausgangssignal von der Detektoreinrichtung (1) als Vcrzögerungswinkcl gegenüber einer Bezugswinkelstellung einer Maschinenkurbelwelle aus einem vorbestimmten Zündzeitcharakteristikprogramm, eine Winkel-Zeitwandlerschaltung (9), die mit der Drehzahldetektoreinrichtung (1) und der Zündzeitwähleinrichtung verbunden ist, wodurch das Ausgangssignal der Zündzeitwähleinrichtung durch das Ausgangssignal der Drehzahldetektoreinrichtung dividiert wird und der Verzögerungswinkel in eine Zeitperiode umgewandelt wird, die der Maschinendrehzahl entspricht, die beim Augenblick ihrer Ermittlung durch die Detektoreinrichtung (1) vorliegt, eine Bezugswinkelstellungs· detektoreinrichtung (3) zur Ermittlung der Bezugswinkelstellung der Maschincnkurbclwelle, und eine Zeitgebereinrichtung (10), die mit der Winkel-Zeitwanderschaltung (9) und der Bezugswin- kelstellungsdetektoreinrichtung (3) verbunden ist und ein Zündsignal erzeugt, wenn die Kurbelwelle sich von der Bezugswinkelstellung für die Dauer der Zeitperiode gedreht hat, die aus der Winkel-Zeitwandlereinrichtung (9) erhalten wurde.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenbetriebsbedingungsdetektoreinrichtung ferner einen Ansauguntcrdruckdetektor (2) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine weitere Zündzeitwähleinrichtung zum Auslesen einer Zündzeitcharakteristik entsprechend dem Ausgangssignal des Ansaugunterdruckdetektors (2) als Verzögerungswinkel gegenüber der Bezugswinkelstellung aus einem anderen vorbestimmten Zündzeitcharakteristikprogramm.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Addierer (83 zur Bildung der Summe der Ausgangssignale aus den genannten Zündzeitwähleinrichtungen.

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