DE2747140A1 - Elektronisches steuersystem zur zuendzeitpunktverstellung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents
Elektronisches steuersystem zur zuendzeitpunktverstellung fuer eine brennkraftmaschineInfo
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Description
Dipl.-Cnem. G. Bühling
_ 4 _ Dipl.-Ing. R. Kinne
Dipl.-Ing. P. Grupe
2 7 U 7 U G 8000 Mönchen 2
* ' H ' ' M w Tel.: (0 89) 53 96 53
Telex: 5-24845 tipat cable: Germaniapatent München
20.Oktober 1977
B 8467
case A2492-O2 Soken
Nippon Soken, Inc. Nishio-shi, Japan
Elektronisches Steuersystem zur Zündzeitpunktverstellung für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Steuersystem zur elektrischen Zündverteilung bzw. Zündzeitpunkteinstellung
für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
■* üblicherweise verwendete Zündverteiler zur Festlegung
der Zündverstellung bzw. Zündzeitpunkteinstellung bei Brennkraftmaschinen
sind derart aufgebaut, daß die Relativstellungen des Verteilernockens und der Unterbrecherkontakte
verwendenden Elemente in der elektrischen Kontakteinheit in Abhängigkeit von der mittels eines Fliehkraftreglers er-
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mittelten Drehzahl der Brennkraftmaschine und des von einer
Unterdruck-Verstellvorrichtung erfaßten Unterdruckes in der Ansaugleitung geändert werden und ein Zündsignal bei dem den
jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepaßten korrekten Zündpunkt erzeugt wird.
Da jedoch diese üblichen Systeme sämtlich mechanisch gesteuert werden, weisen sie den Nachteil auf, daß die Verstellung
bzw. Einstellung des Zündzeitpunktes eine Tendenz 'O zu Ungenauigkeiten zeigt und die ideale Zündverstellkennlinie
schwierig zu gewährleisten ist, so daß derartige Systeme unter dem Gesichtspunkt der gegenwärtig zur Auflage gemachten Abgasemissionssteuerung
ungeeignet sind.
^-> Obwohl auch elektronische Zündsysteme vorgeschlagen
worden sind, bei denen die Zündverstellung elektronisch durch Teilen des anfänglich eingestellten Zündvorverstellwinkels
durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine und Umsetzen dieses Wertes in ein Zeitmaß bestimmt wird,tritt cbei dieser Art von
^Q Umsetzersystemen der Nachteil auf, daß aufgrund der Tatsache,
daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine errechnet werden muß und somit Zeit für diese Berechnung benötigt wird, der
Drehzahlwert der Brennkraftmaschine die durchschnittliche Drehzahl
der Brennkraftmaschine innerhalb der Berechnungszeit darstellt, so daß jede Änderung der Drehzahl während der Berechnungszeit
einen Fehler verursacht. Es ist zwar außerdem ein System vorgeschlagen worden, bei dem unter Berücksichtigung
der vorstehend erwähnten Schwierigkeit eine Rotorscheibe an ihrem Rand mit jeweils einem vorbestimmten Drehwinkel der
Kurbelwelle entsprechenden Schlitzen versehen ist, die zur Bestimmung der Zündverstellung bzw. Zündzeitpunkteinstellung
abgetastet werden. Dieses System weist angesichts der Schwierigkeiten bei der Herstellung und des Leistungsvermögens und der
Dauerhaftigkeit der Meßfühler zur Erfassung dieser Schlitze jedoch nicht die erforderliche Eignung für die Praxia auf, da die Rotorscheibe
für eine praktische Verwendung mit 180 Schlitzen ver-
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sehen werden muß, falls die Schlitze in Abständen von 2 des Kurbelwellendrehwinkels angebracht werden und die Rotorscheibe
auf der Kurbelwelle befestigt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektronisches Steuersystem zur Zündzeitpunktverstellung für eine Brennkraftmaschine
zu schaffen, das die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Es wird somit ein elektronisches Steuersystem digitaler Bauart zur Zündzeitpunktverstellung für eine Brennkraftmaschine
vorgeschlagen, bei dem ein Nacheil -oder Verzögerungswinkel zu einer vorgegebenen Bezugsdrehstellung der Brennkraftmaschine,
z.B. or dem oberen Totpunkt, in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und dem Unterdruck
in der Ansaugleitung aus einem vorgegebenen Programm ausgebe* lesen wird. Dieser Verzögerungswinkel wird mittels Signalen
einer Drehwinkel-Meßfühlereinrichtung, die z.B. bei jeweils 8° der Kurbelwellen-Drehbewegung einen Impuls erzeugt, und
Signalen einer Multiplizierschaltung, die 16 Impulse zwischen den Ausgangsimpulsen der Drehwinkel-Meßfühlereinrichtung ab-
ΔΖ> gibt, einem Vergleich unterzogen und dadurch die Zündverstellung
bzw. Zündzeitpunkteinstellung bestimmt. Hierdurch läßt sich die Herstellung der Drehwinkel-Meßfühlereinrichtung
vereinfachen, die Gefahr zeitabhängiger Änderungen der Kennwerte beseitigen und eine Zündverstellung bzw. Zündzeitpunkt-
^0 einstellung von wesentlich höherer Genauigkeit erzielen.
Außerdem ist auf einfache Weise eine Änderung der Zündverstellkennwerte bzw. der Zündverstellkennlinie durch Änderung
des Programms möglich, wobei sich darüberhinaus der Vorteil ergibt, daß keine komplizierte Rechenschaltung benötigt wird
und die Rechenzeit praktisch eliminiert wird bzw. keine Rolle mehr spielt, und zwar aufgrund der Tatsache, daß das System
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auf dem Digitalprinzip beruht und damit ein äußerst schnelles
Ansprechverhalten zeigt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird ein elektronisches Steuersystem zur Zündzeitpunktverstellung geschaffen,
bei dem der Aufbau der Multiplizierschaltung derart modifiziert ist, daß die Verwendung von Zählern mit einer geringen
Zählkapazität für die Multiplizierschaltung möglich ist.
Eine vorzugsweise verwendete Ausführungsform der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher beschrieben.
Es zeigen:
15
15
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das den generellen Aufbau einer Ausführungsform des elekronischen Steuersystems
gemäß der Erfindung veranschaulicht.
Fig. 2 A und 2 B Diagramme von Verzögerungswinkel-Kennlinien zur Veranschaulichung von Programmen,
die in bei dem Steuersystem gemäß Fig. 1 verwendeten Festwertspeichern abgespeichert sind,
Fig. 3 ein Blockschaltbild, das den Aufbau der bei dem
Steuersystem gemäß Fig. 1 verwendeten Multiplizierschaltung veranschaulicht,
Fig. 4 einen Impulsplan zur Erläuterung von Betrieb und Wirkungsweise der Multiplizierschaltung
gemäß Fig. 3 und
Fig. 5 und 6 Blockschaltbilder, die den Aufbau eines ersten und zweiten Vergleichers zeigen, die bei
dem Steuersystem gemäß Fig. 1 Verwendung finden.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild, das den allgemeinen Aufbau einer Ausführungsform 'des Steuersystems
darstellt, bezeichnet die Bezugszahl 1a eine mit einer Welle (z.B. der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine) gekoppelte
magnetische Rotorscheibe, die mit der halben Drehzahl einer Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine angetrieben wird und
mit in gleichem Abstand zueinander angeordneten Zähnen 1b versehen ist, die den gesamten Kreisrand der Scheibe in 4 5
gleiche Teile unterteilen, und außerdem Zähne 1c aufweist, die den gesamten Kreisrand bzw. Umfang in vier gleiche Teile
unterteilen. Die Bezugszahl 1 bezeichnet einen elektromagnetischen Geber bzw. Abtaster zur Erfassung der Zähne 1b, die
die Rotorscheibe 1a in 45 gleiche Teile unterteilen. Das .Erfassungssignal
des elektromagnetischen Abtasters 1 weist eine Frequenz von 225 Hz auf, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine
bei 6OO Umdrehungen pro Minute liegt. Die Bezugszahl 2 bezeichnet eine Signalregenerierschaltung bzw. Impulsformerschaltung,
die das Ausgangssignal des elektromagnetischen Abtasters 1 verstärkt und zu einem Rechtecksignal umformt. Die
Bezugszahl 3 bezeichnet eine Zählerschaltung, die auf die Ausgangssignale der Impulsformerschaltung 2 anspricht und die
Drehzahl der Brennkraftmaschine durch Zählen der von einer Taktgeberschaltung 16 abgegebenen Taktimpulse C1 feststellt.
Die Bezugszahl 4 bezeichnet einen Festwertspeicher bekannter Bauart, der das Ausgangssignal der Zählerschaltung als Eingangsadresse erhält, zur Abspeicherung z.B. des in Fig. 2A dargestellten
Verzögerungswinkelkennwertes θ zu einer Bezugsdrehwinkelstellung
in Abhängigkeit von der Drehzahl N der Brennkraftmaschine vorprogrammiert ist und ein Ausgangssignal in
binärcodierter Form abgibt. Die Bezugszahl 5 bezeichnet einen Halbleiter-Unterdruckmeßfühler, der in der Ansaugleitung der
Brennkraftmaschine zur Feststellung des Unterdrucks in der Ansaugleitung angebracht ist und eine Analogspannung ..erzeugt.
Die Bezugszahl 6 bezeichnet einen Analog-Digital-Umsetzer, der die Ausgangsspannung des Unterdruckmeßfühlers 5 in Abhängig-
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keit von Taktimpulseh C- der Taktgeberschaltung 16 in ein Digitalsignal
umsetzt. Der Analog-Digital-Umsetzer 6 weist eine Speicherschaltung auf und gibt sein Ausgangssignal in binärcodierter
Form ab. Die Bezugszahl 7 bezeichnet einen Fest-Wertspeicher, der das Ausgangssignal des Analog-Digital-Umsetzers
6 als Eingangsadresse erhält und zur Abspeicherung z.B. des in Fig. 2B dargestellten Verzögerungswinkelkennwertes
θ >u der Bezugsdrehwinkelstellung in Abhängigkeit von dem
Unterdruck P vorprogrammiert ist. Die Bezugszahl 8 bezeichnet einen Paralleladdierer, der die binärcodierten Ausgangssignale
der Festwertspeicher 4 und 7 zur Bildung eines aus 9 Bits bestehenden binärcodierten Ausgangssignals parallel addiert. Die
Bezugszahl 9 bezeichnet einen elektromagnetischen Geber bzw. Abtaster zur Erfassung der Stellung der Zähne 1c oder der Bezugsdrehwinkelstellung
zur Erzeugung von 4 Impulsen für jeweils eine Umdrehung der Rotorscheibe 1a. Die Bezugszahl 10 bezeichnet
eine Signalregenerierschaltung bzw. Impulsformerschaltung,
die hinsichtlich ihres Schaltungsaufbaus der Signalregenerierschaltung bzw. Impulsformerschaltung 2 ähnlich ist. Die Bezugszahl
11 bezeichnet eine Multiplizierschaltung, die die Frequenz der Ausgangssignale der Impulsformerschaltung 2 mit einem
Faktor 16 multipliziert. Die Bezugszahlen 12 und 13 bezeichnen einen ersten und einen zweiten Vergleicher, wobei der erste
Vergleicher 12 von dem Ausgangssignal der Impulsformerschaltung
10 für den Beginn des Vergleichsvorganges rückstellbar ist, so daß, wenn die Anzahl der Ausgangsimpulse der Impulsformerschaltung
2 gleich einem von dem Paralleladdierer 8 abgegebenen Datenwert ist, ein Ausgangssignal zur Rückstellung des zweiten
Vergleichers 13 erzeugt wird. Wenn dies erfolgt, beginnt der zweite Vergleicher 13 einen Vergleichsvorgang und erzeugt ein
Ausgangsignal, wenn die Anzahl der Ausgangsimpulse der Multiplizierschaltung 11 gleich einem Datenwert des Paralleladdierers
8 ist. Bei dieser Ausführungsform werden die 5 Bits höherer
Wertigkeit des aus 9 Bits bestehenden Ausgangssignals des Paralleladdierers 8 den Eingängen des ersten Vergleichers 12 zugeführt,
während die 4 Bits niedrigerer Wertigkeit den Eingängen
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des zweiten Vergleichers 13 zugeführt werden. Der Multiplika-
4 tionsfaktor der Multiplizierschaltung 11 ist auf den Wert 2
- 16 festgelegt und entspricht damit dem numerischen Wert der 4 Bits niedrigster Wertigkeit. Die Zählerschaltung 3, der
' Festwertspeicher 4, der Unterdruckmeßfühler 5, der Analog-Digital-Umsetzer
6, der Festwertspeicher 7 und der Paralleladdierer 8 bilden eine Zündzeitpunkt-Einstellschaltung, die
in Abhängigkeit von den Parametern der Brennkraftmaschine entsprechend den vorgegebenen Programmen ein binärcodiertes Ausgangssignal
aus m + η Bits abgibt (bei dieser Ausführungsform
sind m = 5 und η = 4, so·daß m + η = 9 Bits sind), das den
gewünschten Zündwinkel in Form eines Nacheilwinkels bzw. Verzögerungswinkels zu einer Bezugsdrehwinkelstellung angibt».
In Fig. 2 bezeichnen die Bezugssymbole TDC, BTDC und ATDC an der Ordinate jeweils die Stellung des oberen Totpunktes und
die Stellungen vor und nach dem oberen Totpunkt, während der Wert 0 an der Abszisse die Bezugsdrehwinkelstellung bezeichnet,
bei der ein jeder Zahn 1c dem Abtaster 9 gegenüberliegt.
Obwohl nicht im einzelnen dargestellt, umfaßt die Zählerschaltung 3 ein NAND-Verknüpfungsglied, das von den
Ausgangssignalen der Impulsformerschaltung 2 zur Weiterleitung der Taktimpulse C der Taktgeberschaltung 16 durchgeschaltet
wird, einen die über das NAND-Verknüpfungsglied weitergeleiteten Taktimpulse zählenden Zähler, eine Zwischenspeicherschaltung,
die den Zählwert des Zählers kurzzeitig speichert und ein binärcodiertes Ausgangssignal zur Bestimmun g einer Adresse des
Festwertspeichers 4 erzeugt, und einen Signalgenerator, der auf die Ausgangssignale der Impulsformerschaltung 2 zur Erzeugung
eines Rückstellsignals für den Zähler und eines Speicher-Befehlssignals für die Zwischenspeicherschaltung anspricht.
Obwohl ebenfalls nicht dargestellt, umfaßt der Analog-Digital-Umsetzer 6 zur Bestimmung einer Adresse des Festwertspeichers
7 einen die Taktimpulse C- der nachstehend noch näher beschriebenen Taktgeberschaltung 16 zählenden Zähler,
eine Zwischenspeicherschaltung, einen Signalgenerator, der mit
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einer vorgegebenen Periode Rückstellsignale für den Zähler erzeugt,
und einen Vergleicher. Das dem Unterdruck entsprechende analoge Ausgangssignal des Unterdruckmeßfühlers 5 wird somit
mit dem dem Ausgangssignal des Zählers entsprechenden stufenförmigen
Ausgangssignalverlauf verglichen, und bei Feststellung einer Gleichwertigkeit der beiden Ausgangssignale,
d.h., wenn das Ausgangssignal des Zählers einen dem festgestellten Unterdruck entsprechenden Wert erreicht, gibt der
Vergleicher ein Ausgangssignal ab, das als Speicherbefehlssignal
der Zwischenspeicherschaltung zugeführt wird, die .... wiederum dann das derzeitige Ausgangssignal des Zählers abspeichert,
wobei das sich ergebende binärcodierte Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung eine Adresse des Festwertspeichers
7 bestimmt. Die Bezugszahl 14 bezeichnet eine Impulsbreiteneinstellschaltung bekannter Bauart, die zur Einstellung
des von dem zweiten Vergleicher 13 abgegebenen Impulssignals dient und einen Decodierer/Zähler sowie ein RS-Flip-Flip
aufweist, wodurch eine Einstellung von 8° (Kurbelwellendrehwinkel je Winkelsignalimpuls) multipliziert mit dem Faktor
9 (der Anzahl der Impulse) oder ein Kurbelwellendrehwinkel von 72° entsprechend dem Ausgangssignal des zweiten Vergleichers
13 und den von der Impulsformerschaltung 2 abgegebenen Winkelsignalen erhalten wird. Die Bezugszahl 15 bezeichnet
eine Leistungsverstärkerschaltung bekannter Bauart, durch die das von der Impulsbreiteneinstellschaltung 14 abgegebene
Signal zur Betätigung einer Zündvorrichtung einer Leistungsverstärkung unterzogen wird. Wie bereits erwähnt, bezeichnet
die Bezugszahl 16 die Taktgeberschaltung zur Erzeugung der Taktimpulse C1, C. und C4.
Nachstehend sollen nun die Hauptbauelemente dieser Ausführungsform der Erfindung, nämlich die Multiplizierschaltung
11 und der erste Vergleicher 12 sowie der zweite Vergleicher im einzelnen beschrieben werden. Der Schaltungsaufbau der
Multiplizierschaltung 11 ist in Fig. 3 wiedergegeben, während in
Fig. 4 die an verschiedenen Punkten des Schaltbildes gemäß
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Fig. 3 erzeugten Signalverlaufe veranschaulicht sind. In Fig.
bezeichnet die Bezugszahl 11a eine auf die Taktimpulse C.
der Taktgeberschaltung 16 und die von der Impulsformerschaltung 2 abgegebenen Signale ansprechende Steuerschaltung, die
Signale zur Steuerung der zugeordneten Schaltungen erzeugt und einen Decodierer/Zähler, ein D-Flip-Flop und eine Vielzahl
von Verknüpfungsgliedern zur Bildung der unter (G1), (L), (R)
und (P) in Fig. 4 dargestellten Signale aufweist. Die Bezugszahlen 11b und 11b' bezeichnen Schieberegister mit seriellem
Eingang und parallelem Ausgang, die jeweils von dem Signal R bzw. P der Steuerschaltung 11a zurückstellbar sind und als
Eingangstaktsignal das Ausgangssignal Q-] eines Zählers 11 f
bzw. das Ausgangssignal Q7 eines voreinstellbaren Abwärts.-zählers
11h erhalten, durch die der Inhalt der Schiebere-
Ί5 gister jeweils um eine Speicherstelle vorverschoben wird,
wenn das Eingangstaktsignal von dem Wert "0" auf den Wert "1" übergeht. Die Bezugszahlen 11c und 11c1 bezeichnen Frequenzmultiplizierer,
die auf die Ausgangssignale des Schieberegisters 11b bzw. des Schieberegisters 11b1 ansprechen und
die Frequenz der Taktsignale C. der Taktgebersclialtung 16 teilen. Im einzelnen wird das Ausgangssignal Q- des Zählers
11f als Taktimpuls dem Schieberegister 11b derart zugeführt, daß, bevor nicht das Ausgangssignal Q- des Zählers 11f von
dem Wert "0" auf den Wert "1" übergeht, die Ausgangssignale des Schieberegisters 11b sämtlich den Wert "0" aufweisen und
die Taktsignale C. als Ausgangssignale des Frequenzmultiplizierers
11c abgegeben werden. Wenn das Ausgangssignal Q7 des Zählers 11f erstmals von dem Wert "0H auf den Wert "1"
übergeht, d.h., wenn der Zähler 11f eine vorgegebene Zahl oder 2 der Signale G. zählt, geht das Ausgangssignal der Registerstelle
geringster Wertigkeit auf den Wert "1" über. Wenn dies erfolgt, weist das Ausgangssignal des Frequenzmultiplizierers
11c eine Frequenz auf, die der halben Frequenz der Taktsignale C. entspricht. Wenn das Ausgangssignal Q7 des Zählers 11f
zum zweiten Mal von dem Wert "0" auf den Wert "1" übergeht,
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d.h., wenn der Zähler 11f erneut die vorgegebene Zahl oder
2 der Signale G_ zählt ,geht das Ausgangssignal der Registerstelle
mit der zweitgeringsten Wertigkeit auf den Wert "1" über. Die Frequenz des Ausgangssignals des Frequenzmultiplizierers
11c niamt somit einen Wert an, der einem Viertel
der Frequenz der Taktsignale C. entspricht. Jeweils dann, wenn die Steuerschaltung 11a ein Signal R in Intervallen der
Periode T der von der Impulsformerschaltung 2 abgegebenenen Signale A erzeugt, wiederholt somit der Frequenzmultiplizierer
11c wieder den gesamten Vorgang der Erhöhung des Frequenzteilerfaktors für jede vorbestimmte Anzahl von Impulsen der
Eingangstaktsignale C4 und führt eine Frequenzteilung durch.
Das Ausgangssignal Q- des voreinstellbaren Abwärts-Zählers 11h wird dagegen als Taktimpuls dem Schieberegister
11b1 derart zugeführt, daß, bevor nicht das Ausgangssignal
Q7 des Zählers 11h von dem Wert "O" auf den Wert "1" übergeht,
die Ausgangssignale des Schieberegisters 11b1 sämtlich den Wert "O" aufweisen und die Taktsignale C4 als Ausgangssignale
des Frequenzmultiplizierers 11c' abgegeben werden. Wenn sodann das Ausgangssignal Q- des Zählers 11h erstmals
von dem Wert "0" auf den Wert "1" übergeht, oder wenn der Zähler 11h eine vorgegebene Zahl oder 2 der Taktimpulse
zählt, nimmt die Speichersteile geringster Wertigkeit des Schieberegisters 11b1 den Wert "1" an , so daß die Frequenz
des Ausgangssignals des Frequenzmultiplizierers 11c* den halben Wert der Frequenz der Taktsignale C4 annimmt. Wenn das
Ausgangssignal Q7 des Zählers 11h zum zweiten Mal von dem
Wert "0" auf den Wert "1" übergeht, d.h., wenn der Zähler 11h erneut die vorgegebene Zahl oder 2" der Taktimpulse zählt,
geht das Ausgangssignal der Speicherstelle des Schieberegisters 11b1 mit der zweitgeringsten Wertigkeit auf den Wert "1"
über, so daß die Frequenz des Ausgangssignals des Frequenzmultiplizierers 11c1 gleich einem Viertel der Frequenz der
Taktsignale C4 wird. Als Ergebnis führt der Frequenzmultiplizierer
11c1 jeweils dann, wenn ein Signal P von der Steuerschaltung
11a erzeugt wird, den vorstehend beschriebenen Vor-
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gang der Erhöhung des Frequenzteilerfaktors für jede vorgegebene Anzahl der Eingangstaktimpulse C4 und die Frequenzteilung
erneut durch, wobei sich die Periode der Ausgangssignale f des Frequenzmultiplizierers 11c1 in analoger Proportionalitätsbeziehung
zu der Änderung der Periode der Ausgangssignale eines Zählers 1Id ändert. Die Schieberegister
11b und 11b1 sowie die Frequenzmultiplizierschaltungen 11c
und 11c1 bilden eine veränderbare Frequenzteilerschaltung.
Der Zähler 11d stellt einen Frequenzteiler dar, der durch das Signal R der Steuerschaltung 11a zur Erzeugung einer durch
einen Faktor von 16 geteilten Frequenz rückstellbar ist. Die Bezugszahl 11e bezeichnet ein UND-Verknüpfungsglied, das die
UND-Verknüpfung an dem Signal G1 der Steuerschaltung 11a .und
den Ausgangssignalen des Zählers 11d zur Weiterleitung der
unter (G2) in Fig. 4 dargestellten Taktimpulse zu dem eine
Zählerschaltung bildenden Zähler 11f durchführt, wobei der
Zähler 11f von dem Signal R der Steuerschaltung 11a zurückgestellt
wird. Die Bezugszahl 11g bezeichnet eine auf das unter (L) in Fig. 4 dargestellte Signal L ansprechende
Speicherschaltung, die das binärcodierte Ausgangssignal des Zählers 11f abspeichert.Der voreinstellbare Abwärtszähler 11h
bildet eine Koinzidenz-Erfassungsschaltung und ist auf die Daten (D) der Speicherschaltung 11g entsprechend dem Anlegen
des unter (P) in Fig. 4 dargestellten Signals an seinen Voreinstelleingang P/E voreinstellbar. In Abhängigkeit von den
Ausgangssignalen f des Frequenzmultiplizierers 11c1, die sich
in analoger Proportionalität mit der Periode der Ausgangssignale des Zählers 11d ändern, zählt der voreinstellbare
Abwärtszähler 11h abwärts und erzeugt ein Signal an seinem Ausgangsanschluß C , wenn sein Zählwert auf den Wert 0 reduziert
ist. In Abhängigkeit von der Erzeugung dieses Signals gibt die Steuerschaltung 11a ein Voreinstellsignal P ab und
führt dies dem voreinstellbaren Abwärtszähler 11h zu. Der voreinstellbare Abwärtszähler 11h ist daher derart auf die Daten
D der Speicherschaltung 11g voreingestellt, daß er seinen
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Zählerinhalt erneut abwärts zählt und ein Signal C an seinem Ausgangsanschluß C erzeugt, wenn der Zählwert auf den Wert
"O" abgefallen ist. Auf diese Weise werden die Signale CQ aufeinanderfolgend
erzeugt. Die sich ergebenden Voreinstellsignale ρ weisen daher die Form von Ausgangssignalen auf, die in
gleichen Zeitabständen erzeugt werden, wie dies unter (P) in Fig. 4 dargestellt ist. Zu beachten ist hierbei, daß aufgrund
der Tatsache, daß die dem Zähler 11f zugeführte Taktfrequenz
annähernd 1/16 der dem Zähler 11d zugeführten Taktfrequenz f ist, daß die dem Abwärtszähler 11h zugeführte Taktfrequenz
f praktisch gleich der dem Zähler 11d zugeführten Taktfrequenz f ist (obwohl ihre Perioden sich zueinander unterschiedlich
ändern) , und daß die dem Abwärtszähler 11h zugeführten Eingangssignale sich in analoger Proportionalität zu der
Periode der Ausgangssignale des Zählers 11d ändern, bei einer von dem Zähler 11f zur Zählung der Daten D benötigten Zeit
T die von dem Abwärtszähler 11h benötigte Zeit zur Voreinstellung
auf die Daten D und Abwärtszählung seines Zählwertes auf den Wert "0" ungefähr T / 16 beträgt. Dies hat zur Folge,
^O daß 16 Impulse einer Periode T /16 oder 16 Voreinstellsignale
P während der Zeitdauer T erzeugt werden. Es ist hierbei zu beachten, daß, wenn die Zeit TQ gleich einer Zeit T1 im Falle
der Ausgangsimpulse der Impulsformerschaltung 2 oder dem unter (A) in Fig. 4 dargestellten Signalverlauf ist, die Zeitabschnitte
t bis t-5 gleich sind, während bei schnellen Änderungen
der Drehzahl der Brennkraftmaschine und einem dadurch unvermeidlich auftretenden Unterschied zwischen den Zeitabschnitten
TQ und T1 unter der Annahme, daß z.B. TQ>
T1 ist, die Impulsdauern tQ bis t... gleich sind, die Impulsdauer t15
jedoch nicht auftritt, wenn TQ - T1 <
T o/16 = tQ ist, während
ein Impuls mit der Dauer t15 bei t >
t15 erzeugt wird, wenn
Q,
- T1 > To/16 = to ist. Da jedoch jeder der Werte T
T2 in Kurbelwellen-Drehwinkelgraden ausgedrückt 8° entspricht
und diese 8° durch den Faktor 16 geteilt werden, entsprechen die Werte von tQ bis t15 jeweils 0,5°. Durchgeführte Experi-
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mente zeigten, daß bei einer schnellen Betätigung des Gaspedals, bei der sich die Drehzahl der Kurbelwelle vom Leerlaufwert auf den vollen Drehzahlwert änderte, diese Änderung
sich derart auswirkte, daß die Zeitdauer t15 knapp verloren
ging und die Änderung nicht mehr als 0,5° betrug. Da die Frequenz der von dem Zähler 11f gezählten Eingangstaktsignale
allmählich verringert wird, lassen sich darüberhinaus im Vergleich zu demjenigen Fall, bei dem ständig Eingangstaktimpulse
der gleichen Frequenz gezählt werden, die Zählkapazität des Zählers 1If sowie die Speicherkapazität und Zählkapazität
der Speicherschaltung 11g und des voreinstellbaren Abwärtszählers 11h verringern.
Gemäß Fig. 5 weist der erste Vergleicher 12 einen Binärzähler 12a, Antivalenz-Verknüpfungsglieder 12b, 12c,
12d, 12e und 12f, ein NOR-Verknüpfungsglied 12g und ein RS-Flip-Flop
12h auf. Nach der Rückstellung des Binärzählers 12a und des RS-Flip-Flops 12h durch das Ausgangssignal der
Signal-bzw. Impulsformerschaltung 10 beginnt der Binärzähler 12a mit der Zählung der von der Impulsformerschaltung
2 abgegebenen Winkelsignale. Die Dauer dieser Winkelsignale entspricht in Kurbelwellen-Drehwinkelgeraden ausgedrückt,
einem Wert von 8°. Wenn der Zählwert des Binärzählers 12a gleich dem aus den höherwertigen 5 Bits bestehenden binärcodierten
Ausgangssignal des Paralleladdierers 8 wird, wird das RS-Flip-Flop 12h gesetzt. Da die dem ersten Vergleicher
12 zugeführten Eingangstaktsignale von den Ausgangssignalen
der Impulsformerschaltung 2 gebildet werden und selbst einen
Kurbelwe1lendrehwinke1 repräsentieren, kann jede Änderung
^O der Kurbelwellendrehzahl während des Zählvorganges durch die
Eingangstaktsignale wiedergegeben werden. Wie Fig. 6 zu entnehmen ist, weist der zweite Vergleicher 13 einen Binärzähler
13a, Antivalenz-Verknüpfungsglieder 13b, 13c, 13d und 13e,
ein NOR-Verknüpfungsglied 13f und ein RS-Flip-Flop 13g auf.
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27471 AO
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Wenn das Ausgangssignal Q des ersten Vergleichers 12 von dem Wert "1" auf den Wert "O" übergeht, wird die Rückstellung
des Binärzählers 13a und des RS-Flip-Flops 13g ausgelöst,
so daß der Binärzähler 13a zu zählen beginnt, indem er die Ausgangssignale der Multiplizierschaltung 11 als Eingangstaktsignale
erhält. Wenn der Zählwert des Binärzählers 13a gleich dem die unteren vier Bits des Ausgangssignals des Paralleladdierers
8 repräsentierenden binärcodierten Ausgangssignal wird, wird das RS-Flip-Flop 13g gesetzt und sein Ausgangs-
«signal (} geht von dem Wert M1" auf den Wert "0" über.
Hierbei ist von Bedeutung, daß der Übergangspunkt des Ausgangssignals (f von dem Wert " 1H auf den Wert "0" den
gewünschten Zündpunkt repräsentiert und auch dem von dem Paralleladdierer 8 gebildeten Gesamtwert des Vorverstellwinkeis
entspricht. In diesem Falle entspricht jedes dem zweiten Vergleicher 13 zugeführte Eingangstaktsignal, das
das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 11 ist, in Kurbe1-wellen-rDrehwinkelgraden
ausgedrückt einem Wert von 8° dividiert durch 16 gleich 0,5°. Somit wird die gleiche Wirkung
erzielt wie im Falle eines Detektors, der aus einer Rotorscheibe mit 45 χ 16 = 720 Zähnen besteht.
Die wesentlichsten Vorteile der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung lassen sich somit folgendermaßen
zusammenfassen:
1. Ein stabiler Betrieb und eine beständige Arbeitsweise
sind auch bei Änderungen von externen Bedingungen wie z.B. Änderungen der Versorgungsspannung, der ümgebungstemperatur
usw. gewährleistet, da sämtliche Steuersignale aus Digitalsignalen bestehen.
2. Da die gesamte Schaltungsanordnung aus digitalen Bauelementen besteht, lassen sich durch die damit anwendbare
integrierte Schaltkreistechnik die Herstellungskosten senken, und die Montagevorgänge standardisieren.
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3. Wenn die Kennwerte des Steuersystems aufgrund einer Änderung des Verwendungszweckes und der Art der verwendeten
Brennkraftmaschine geändert werden sollen, ist es lediglich erforderlich, die Programme der Festwertspeicher 4 und 7 zu
ändern, wodurch sich auf einfache Weise jegliche gewünschten Eigenschaften und Kennwerte leicht voreinstellen lassen.
4. Da der Gesamtbetrag der Zündzeitpunktvorverstellung einschließlich der Zündzeitpunktvorverstellung in Abhängigkeit
von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Zündzeitpunktvorverstellung
in Abhängigkeit von dem Unterdruck in der Ansaugleitung (der Beträge der Zündzeitpunktvorverstellung in
Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur, der Abgasmenge', usw.) mit einem Ausgangssignal verglichen wird, das jeweils dann erzeugt
wird, wenn die Brennkraftmaschine eine Drehbewegung über einen vorgegebenen Winkel durchgeführt hat, wird ein verbessertes
Ansprechverhalten und ein wesentlich vereinfachter Schaltungsaufbau aufgrund des Fehlens einer'komplizierten
Rechenschaltung, wie sie z.B. in Tischrechnern Verwendung findet, erzielt und damit eine höhere Genauigkeit gewährleistet.
5. Das Steuersystem kann an jeder gegenwärtig verfügbaren Brennkraftmaschine ohne Modifikation der Brennkraftmaschine
korrekt angebracht werden, indem lediglich einfach eine Drehwinkel-Meßfühlereinrichtung und eine Meßfühlereinrichtung
zur Ermittlung der Bezugsdrehstellung an der mit der halben Drehzahl der Brennkraftmaschine angetriebenen Welle
(z.B. der Kurbelwelle) angebracht werden.
6· Die Multiplizierschaltung kann aus Bauelementen mit
geringer Zähl-und Speicherkapazität bestehen.
Der erste Vergleicher 12 und der zweite Vergleicher 13, die bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform aus den
Zählern 12a und 13a, den Antivalenz-Verknüpfungegliedert·. 12b
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bis 12f und 13b bis 13e, den NOR-Verknüpfungsgliedern 12g
und 13f und den RS-Flip-Flops 12h und 13g bestehen, können
auch jeweils aus einem voreinstellbaren Abwärtszähler und einem RS-Flip-Flop aufgebaut werden. Auch kann anstelle der
Verwendung des Voreinstellbaren Abwärtszählers 11h als Koinzidenz-Ermittlungsschaltung eine aus einem Zähler, Antivalenz-Verknüpfungsgliedern
und einem NOR-Verknüpfungsglied bestehende Koinzidenz-Ermittlungsschaltung Verwendung finden.
Ferner ist es möglich, anstelle der bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform verwendeten, von den Zähnen
1b der Rotorscheibe 1a und dem elektromagnetischen Abtaster gebildeten Drehwinkel-Meßfühlereinrichtung und der von den
Zähnen 1c der Rotorscheibe 1a und dem elektromagnetischen Abtaster 9 gebildeten Bezugsdrehstellungs-Meßfühlereinrichtung
elektromagnetischer Bauart eine Meßfühler-und Detektoreinrichtung fotoelektrischer Bauart zu verwenden, die aus zwei
Paaren gegenüberliegend angeordneter lichtemittierender Dioden und Fototransistoren sowie einer Lichtabschirmung besteht, die
zwischen die beiden Paare lichtemittierender Dioden und Fototransistoren eingefügt ist und in Intervallen eines vorgegebenen
Drehwinkels und eines vorgegebenen Bezugsdrehwinkels jeweils Schlitze aufweist.
Auch können anstelle der Drehzahl der Brennkraftmaschine
und des Unterdrucks in der Ansaugleitung, die bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung als benötigte
Parameter der Brennkraftmaschine gemessen werden, andere Parameter, wie etwa die Kühlwassertemperatur, die Abgasmenge
^O usw. zur Steuerung der Zündvorverstellung erfaßt und ausgewertet
werden.
Es wird somit ein elektronisches Steuersystem zur Zündzeitpunktverstellung für eine Brennkraftmaschine vorge-3->
schlagen, das eine Drehwinkel-Detektorschaltung, die einen Aus-
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gangsimpuls jeweils bei Erreichen einer vorbestimmten Anzahl
von Winkelgraden der Drehbewegung der Brennkraftmaschine erzeugt, eine Bezugswinkel-Detektorschaltung, die einen Rückstellimpuls
bei einer Bezugsdrehwinkelstellung der Brennkraftmaschine erzeugt, eine Zündwinkel-Einstellschaltung, die
auf bestimmte Parameter der Brennkraftmaschine anspricht und in Übereinstimmung mit vorgegebenen Programmen einen aus
m + η Bits bestehenden Binärcode erzeugt, der einen Zündwinkel
in Form eines Nacheil-oder Verzögerungswinkels zu der Bezugsdrehwinkelstellung
repräsentiert, einen ersten Vergleicher, der den aus den höherwertigen m Bits bestehenden Ausgangswert
der Zündwinkel-Einstellschaltung mit der Anzahl der von der Drehwinkel-Detektorschaltung abgegebenen Ausgangsimpulse
digital vergleicht und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Anzahl der Ausgangsimpulse den aus den höherwertigen m Bits
bestehenden Ausgangswert erreicht, eine Multiplizierschaltung, die die Anzahl der Ausgangsimpulse der Drehwinkel-Detektorschaltung
auf einen vorgegebenen Zahlenwert erhöht, und einen zweiten Vergleicher aufweist, der von dem Ausgangssignal des
ersten Vergleichers zurückgestellt wird und den aus den η Bits niedrigerer Wertigkeit bestehenden Ausgangswert der
Zündwinkel-Einstellschaltung mit der Anzahl der multiplizierten Ausgangsimpulse der Multiplizierschaltung auf digitale Weise
derart vergleicht, daß der Zeitpunkt, zu dem die Anzahl der multiplizierten Ausgangsimpulse den aus den unteren η Bits bestehenden
Ausgangswert erreicht, als der gewünschte Zflnd Zeitpunkt ausgewählt und ein Ausgangssignal abgegeben wird.
Die Multiplizierschaltung umfaßt eine variable Frequenzteilerschaltung, die die Taktimpulse erhält und durch einen Teilerfaktor
teilt, der jeweils erhöht wird, wenn eine vorgegebene Anzahl von Taktimpulsen erhalten ist, eine Fre.quenzteilerschaltung,
die die Ausgangsiropulse der variablen Frequenzteilerschaltung durch einen Multiplikationsfaktor teilt, eine
Zählerschaltung, die die Ausgangsimpulse der Teilerschaltung während einer jeden Periode der Ausgangsimpulse der Drehwinkel-Detektorschaltung
zählt, eine Speicherschaltung zur Abspeicherung des Zählwertes der Zählerschaltung und eine
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Koinzidenz-Ermittlungsschaltung, die jeweils einen Impuls erzeugt, wenn die Ausgangssignale der variablen Frequenzteilerschaltung
gleich der Anzahl der Ausgangsimpulse der Speicherschaltung werden.
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Claims (3)
15 Patentansprüche
M Λ Elektronisches Steuersystem zur Zündzeitpunktverstellung
für eine Brennkraftmaschine, mit einer mit der Brennkraftmaschine in Wirkverbindung stehenden Umdrehungsdetektoreinrichtung,
die jeweils einen Umdrehungsimpuls erzeugt, wenn sich die Brennkraftmaschine um vorbestimmte
Winkelwerte gedreht hat, mit einer mit der Brennkraftmaschine in Wirkverbindung stehenden Bezugsstellungsdetektoreinrichtung,
die jeweils ein Bezugsstellungssignal erzeugt, wenn sich die Brennkraftmaschine in eine Bezugsdrehstellung gedreht hat,
mit einer Verzögerungswinkel- Einstelleinrichtung, die in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine
einen Zündverzögerungswinkel einstellt, mit einer mit der Umdrehungsdetektoreinrichtung
verbundenen Frequenzmultipliziereinrichtung, die die Frequenz der Umdrehungsimpulse mit einem
konstanten Faktor multipliziert, und mit einer mit der Verzögerungswinkel-Einstelleinrichtung,
der Bezugsstellungsdetek-
χ/13 809820/0645
Λ/ ■ ->
DfMdner Bank (München) Kto. 3139 644 Postscheck
(München) KIo. 670-0404
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toreinrichtung und der Frequenzmultipliziereinrichtung verbundenen
Zündsteuereinrichtung, die die Anzahl der von der Frequenzmultipliziereinrichtung nach der Erzeugung des Bezugsstellungssignals
abgegebenen Ausgangsimpulse zählt und ein Zündverstellsignal erzeugt, wenn der Zählwert den Wert des
Zündverzögerungswinkels erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzmultipliziereinrichtung (11) einen ersten Frequenzteiler
(11c), der die konstante Frequenz von Taktimpulsen durch einen ersten Divisorwert teilt, einen zweiten Frequenzteiler
(11d), der die Frequenz der von dem ersten Frequenzteiler abgegebenen impulse durch einen dem Konstanten Multiplizierwert
gleichen zweiten Divisorwert teilt, einen ersten Zähler (11f), der die von dem zweiten Frequenzteiler während
der Dauer des Umdrehungsimpulses abgegebenen Impulse zählt und den ersten Divisorwert des ersten Frequenzteilers jeweils
ändert, wenn die Anzahl der zugeführten Impulse einen vorgegebenen Wert erreicht, einen Speicher (11g), der den Zählwert
des ersten Zählers am Ende der Dauer des Umdrehungsimpulses abspeichert, einen dritten Frequenzteiler (11c1), der die
konstante Frequenz der Taktimpulse durch einen dritten Divisorwert teilt, und einen zweiten Zähler (11h) aufweist, der die
von dem dritten Frequenzteiler zugeführten Impulse zählt und den dritten Divisorwert des dritten Frequenzteilers in der
gleichen Weise wie der erste Zähler jeweils ändert, wenn die Anzahl der zugeführten Impulse einen Wert erreicht, der gleich
dem vorgegebenen Wert des ersten Zählers ist, und jeweils einen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn sein Zählwert den in dem
Speicher (11g) abgespeicherten Wert erreicht.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungswinkel-Einstelleinrichtung einen ersten
Speicher (4), der Zündverzögerungswinkel in Bezug auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine abspeichert und einen der abgespeicherten
Werte der Zündverzögerungswinkel ausliest, einen 35
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zweiten Speicher (7), der Zündverzögerungswinkel in bezug auf den Unterdruck der Brennkraftmaschine abspeichert und
einen der abgespeicherten Werte der Zündverzögerungswinkel ausliest, und einen mit dem ersten und dem zweiten Speicher
verbundenen Paralleladdierer (8) aufweist, der die aus dem ersten und dem zweiten Speicher ausgelesenen Vierte der beiden
Zündverzögerungswinkel addiert und dadurch den Zündverzögerungswinkel in dem Binärcode einstellt.
3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündsteuereinrichtung einen mit der Umdrehungsdetektoreinrichtung
(1), der Bezugsstellungsdetektoreinrichtung (9) und dem Paralleladdierer (8) verbundenen ersten Vergleicher
(12), der die Anzahl der Umdrehungsimpulse nach der Abgabe des Bezugsstellungssignals zählt und ein erstes Ausgangssignal
erzeugt, wenn der Zählwert des Umdrehungsimpulses einen von einigen Binärziffern des Binärcodes repräsentierten
Wert erreicht, wobei diese Binärziffern von höherer Wertigkeit als die Binärziffer η + 1 sind, und einen mit der
Frequenzmultipliziereinrichtung (11), dem ersten Vergleicher
(12) und dem Paralleladdierer 8 verbunden zweiten Vergleicher
(13) aufweist, der die Anzahl der von der Frequenzmultipliziereinrichtung
nach der Erzeugung des· ersten Ausgangssignals abgegebenen Ausgangsimpulse zählt und ein die Zündzeitpunkt-
Verstellung bezeichnendes zweites Ausgangssignal erzeugt, wenn
der Zählwert der Ausgangsimpulse einen von den anderen Binärziffern
des Binärcodes repräsentierten Wert erreicht, wobei die anderen Binärzifferen eine gleiche und niedrigere Wertig-2Q
keit als die Binärziffer η aufweisen und der konstante Multiplizierwert der Frequenzmultipliziereinrichtung gleich 2n ist.
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Applications Claiming Priority (1)
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