DE3006288A1 - Schaltungsanordnung zur zuendung von brennkraftmaschinen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur zuendung von brennkraftmaschinenInfo
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Description
*■ βΟ77
28.1.1980 Ws/Hm
Schaltungsanordnung zur Zündung von Brennkraftmaschinen Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Zündung von Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon eine solche Schaltungsanordnung bekannt (DE-OS 27 01 '75O), bei der eine drehzahlabhängige
Zündzeitpunkt-Verstellung durch die Steuereinrichtung realisiert wird. Die Verstellinie wird hier durch analog
arbeitende Bauelemente, mit RC-Gliedern sowie mit einem mehr oder weniger in den Sättigungsbereich gesteuerten
Zündtransistor verwirklich. Derartige Bauelemente haben jedoch Toleranzen und sind außerdem in ihren Kennlinien
temperaturabhängig. Die Verstellinie einer solchen Zündanlage ist daher auch temperaturabhängigen Schwankungen
ausgesetzt und läßt sich nur begrenzt an die Erfordernisse der Brennkraftmaschine anpassen.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine für die Brennkraftmaschine ermittelte
optimale Verstellinie in einem Programmspeicher des Steuergerätes eingegeben wird und daß dann diese optimale Verstellinie
von der Steuereinrichtung durch digitale Verarbeitung exakt eingehalten wird. Die gespeicherte Verstellinie
wird dabei in vorteilhafter Weise mit einem Bezugssignal digital verarbeitet, das vom Magnetgenerator
bei jeder Umdrehung rechtzeitig vor Auslösung eines Zündvorganges in die Steuereinrichtung gelangt. Als weiterer
Vorteil ist anzusehen, daß die Bezugssignale des Magnetgenerators im Steuergerät gleichzeitig zur Bestimmung der
Drehzahl verwendet werden, so daß hierfür kein besonderer Drehzahlgeber erforderlich ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Besonders vorteilhaft ist, einen Zähler im Eingang des Steuergerätes
abwechselnd mit Beginn einer Spannungshalbwelle des Magnetgenerators zu löschen und während einer ersten Periode an
eine feste Taktfrequenz anzuschalten. Mit Beginn einer nachfolgenden Spannungshalbwelle kann dann der Inhalt des
Zählers während der zweiten Periode als Drehzahlsignal verarbeitet werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine Transistor-Zündanlage für
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eine Motorsäge mit einem Magnetgenerator und mit einer Steuereinrichtung, die einen Mikroprozessor enthält, Pig.
zeigt ein im Mikroprozessor realisertes Blockschaltbild der Steuereinrichtung, Fig. 3 zeigt die gewünschte Zündzeit-Punkt-Verstellinie
der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Drehzahl, Fig. 4 zeigt den Verlauf der Primärspannung
und des Primärstromes der Zündanlage und Fig. zeigt das vom Mikroprozessor ermittelte Zeitsignal vom
Beginn einer Spannungshalbwelle bis zum Zündzeitpunkt bei Leerlauf bzw. bei einer mittleren Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung zur Zündung einer Ein-Zylinder-Brennkraftmaschine für eine Baumsäge ist
eine Transistor-Spulenzündanlage, die einen Magnetzünder enthält. Der Magnetzünder 10 besteht aus einem von der
Brennkraftmaschine angetriebenen umlaufenden Polrad 11, in dem ein Dauermagnet 12 zur Erzeugung eines Magnetfeldes
am Umfang des Polrades 11 eingebettet ist. Am Umfang des Polrades 11 ist ein Zündanker 13 stationär befestigt, der
mit jedem Umlauf des Polrades 11 vom Magnetfeld des Dauermagneten 12 durchsetzt wird. Der Zündanker 13 hat eine
Primärwicklung 14 und eine Sekundärwicklung 15, die mit
einem Ende mit der Primärwicklung 14 verbunden ist und
mit dem anderen Ende über ein Zündkabel 16 an eine Zündkerze 17 angeschlossen ist. An die mit einem Ende auf
Masse gelegte Primärwicklung 14 ist der Primärstromkreis
der Zündanlage angeschlossen, in dem die Schaltstrecke eines Darlington-Zündtransistors 18 in Reihe mit einer
Schutzdiode 19 angeordnet ist. Die Basis des Zündtransistors 18 ist über einen Widerstand 20 mit seinem Kollek-
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anschluß verbunden-. Zur Sperrung des Zündtransistors 18 zum
Zündzeitpunkt ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die einen Steuertransistor 21 aufweist, dessen Schaltstrecke
zur Steuerstrecke des Zündtransistors 18 parallel geschaltet ist. Die Basis dieses Steuertransistors 21 ist über
einen Widerstand 22 mit dem Ausgang eines Mikrorechners 23 verbunden. Der Eingang des Mikrorechners 23 liegt über
einen weiteren Widerstand 24 am Primärstromkreis und ist durch ein zum Eingang des Mikrorechners 23 parallel geschaltete
Z-Diode 25 gegen Überspannung geschützt. Die Stromversorgung des Mikrorechners 23 erfolgt über einen
Kondensator 26, der über einen Widerstand 27 und eine Diode 28 ebenfalls am Primärstromkreis der Zündanlage angeschlossen
ist. Auch hier ist eine Z-Diode 29 zum Schutz des Mikrorechners 23 gegen überspannung zum Kondensator
parallel geschaltet. Der Mikrorechner 23 wird außerdem von einem Schwingquarz 30 mit einer hochfrequenten Schwingung
versorgt'.
Fig. 2 zeigt den Aufbau des Mikrorechners 23 in einem Blockschaltbild.
Der am Widerstand 24 angeschlossene Eingang
31 des Mikrorechners 23 wird über eine Impulsformerstufe
32 zu einer zentralen Recheneinheit 33. Die zentrale Recheneinheit 33 ist über einen Bus 34 mit einem Zähler
35 verbunden, an dem ein Taktgenerator 36 angeschlossen
ist und der wiederum mit dem in Fig. 1 dargestellten Schwing quarz 30 verbunden ist. Die zentrale Recheneinheit 33 ist
außerdem über einen weiteren Bus 37 mit einem Festwertspeicher 38 verbunden, in dem die gewünschte Zündzeitpunkt-Verstellinie
der Zündanlage gespeichert ist. Über einen weiteren Bus 39 ist ein weiterer Zähler 40 angeschlossen,
der ebenfalls mit einem Taktgenerator 4l verbunden ist. Der über den Widerstand 22 am Steuertransistor 21 (Fig. 1)
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-#- <3 60
angeschlossene Ausgang 42 des Mikrorechners 23 ist über eine Verstärkerstufe 43 mit der zentralen Recheneinheit 33
verbunden, über die drei Busse 34, 37 und 39 werden digitale
Daten, Adressen und Steuerbefehle übertragen.
Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Zündanlage soll mit Hilfe der Diagramme in Fig. 3, 4 und 5 erläutert
werden. In Fig. 3 ist die Zündzeitpunkt-Verstellinie über die Drehzahl der Brennkraftmaschine dargestellt. Sie zeigt
den Verstellwinkel y> vor dem oberen Totpunkt (OT) über·
die Drehzahl (n). Der kleinste Verstellwinkel tritt bei der Leerlaufdrehzahl η auf. Der Verstellwinkel wird hier
auf das Abgasverhalten der Brennkraftmaschine optimal eingestellt. Diese Leerlaufdrehzahl η wird dadurch stabiliser
t, daß bei weiter abnehmender Drehzahl eine stark zunehmende Vorverstellung des Zündzeitpunktes vorgesehen
ist, durch die der Motor wieder bis zur gewünschten Leerlaufdrehzahl
beschleunigt wird. Im Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine steigt die Zündzeitpunkt-Verstellinie
nach der in Fig. 3 dargestellten Kurve bis zu einem Maximum an. Die Steilheit dieser Kurve ist auf die Leistungsabgabe
des Motors optimal eingestellt. Bei der maximal zulässigen Drehzahl η der Brennkraftmaschine fällt die Verstellinie
steil auf Null ab. Das bedeutet, daß die Leistung des Motors beim Erreichen der maximalen Drehzahl stark reduziert wird.
Die in Fig. 3 dargestellte Zündzeitpunkt-Verstellinie wird in einem Digitalcode in den Festwertspeicher 38 des Mikrorechners
23 eingegeben.
Wird nun die Brennkraftmaschine gestartet, so erzeugt der Dauermagnet 12 des Polrades 11 bei jeder Umdrehung im Primärstromkreis
eine positive und negative Spannungshalbwelle. Der Verlauf der Primärspannung ist in Fig. 4 über den Drehwinkel
u> t dargestellt. Während der negativen Halbwelle ist
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3O 0
der Zündtansistor 18 gesperrt und auch der Kondensator 26 wird nicht aufgeladen, da die ihm vorgeschaltete Diode 28
in Sperrichtung liegt. Mit Beginn der folgenden positiven Spannungshalbwelle der Primärspannung U wird zum Zeitpunkt
t der Zündtransistor 18 über den Widerstand 20 in den stromleitenden Zustand gesteuert und zugleich gelangt über
den Widerstand 24 die Primärspannung auf die Impulsformerstufe
32 des Mikrorechners 22. In der Stufe 32 wird nun ein
Bezugssignal erzeugt, das über die zentrale Recheneinheit
33 und dem Bus 34 den Zähler 35 mit der festen Taktfrequenz des Generators 36 einschaltet. Der Zähler bleibt nun während
der gesamten Umdrehung des Polrades 11 eingeschaltet und er wird erst beim nachfolgendem Bezugssignal der Impulsformerstufe
32 beim Beginn der nachfolgenden positiven Spannungshalbwelle
U stillgesetzt. Da die Zeit zwischen zwei Bezugsir
Signalen umgekehrt proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine
ist, folglich also eine Punktion der Drehzahl darstellt, läßt sich nunmehr der Inhalt des Zählers 35
als digitales Drehzahlsignal verwenden, das über den Bus
34 in die zentrale Recheneinheit 33 gelangt. Gleichzeitig mit dem zweiten Bezugssignal der Impulsformerstufe 32 wird
über die zentrale Recheneinheit 33 und dem Bus 39 der Zeitschalter 40 eingeschaltet; außerdem wird über den Bus 37
aus dem Pestwertspeicher 38 ein Verstellsignal abgerufen,
das gemäß der in Fig. 3 dargestellten Verstellinie für die gemessene Drehzahl der Brennkraftmaschine dort gespeichert
ist. Dieses Verstellsignal wird in der zentralen Recheneinheit 33 in ein Zeitsignal umgesetzt, das über den Bus
39 auf den Zeitschalter 40 gelangt. Der Zeitschalter 40 enthält einen Zähler, der durch das Zeitsignal auf eine
entsprechende Zahl gesetzt wird. Zugleich wird der Zähler durch die zentrale Recheneinheit 33 an den Taktgenerator
41 angeschaltet und der den Zähler zurückdreht. Zum Zünd-
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Zeitpunkt t erreicht der Zähler den Stand Null und der Zeitschalter
40 teilt der zentralen Recheneinheit 33 über den Bus
39 den Ablauf des Zeitintervalles mit. Nun gibt die zentrale Recheneinheit 33 ein Zündsignal über die Verstärkerstufe 43
an ihren Ausgang 42, durch das der Steuertransistor 21 in den stromleitenden Zustand durchgesteuert wird. Dadurch wird
die Steuerstrecke des Zündtransistors 18 überbrückt und unverzüglich
gesperrt. Der Verlauf des Primärstromes I in
Fig. 4 zeigt j daß zum Zündzeitpunkt der Primärstrom abrupt
unterbrochen wird. Dadurch wird in der Sekundärwicklung 15 des Zündankers 13 ein Hochspannungsimpuls induziert, der an
der Zündkerze 17 einen Zündfunken zur Folge hat.
Für den folgenden Umlauf des Polrades 11 bleibt der Zähler 35 des Mikrorechners 23 stehen. Der Zähler 35 wird folglich
abwechselnd mit Beginn einer Spannungshalbwelle im Primärstromkreis gelöscht und während einer ersten Periode an die
Taktfrequenz des Taktgenerators 36 angeschaltet. Mit Beginn
der nachfolgenden Spannungshalbwelle wird sein Inhalt während einer zweiten Periode als Drehzahlsignal an die zentrale
Recheneinheit 33 abgegeben. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine wird folglich mit jeder zweiten Umdrehung des Polrades
11 erneut gemessen und bleibt dann für zwei weitere Umdrehungen des Polrades 11 zur Berechnung des Zündzeitpunktes
maßgebend. Da für jede Drehzahl der Brennkraftmaschine im Festwertspeicher 38 ein Verstellsignal eingespeichert
ist, das mit dem Auftreten eines jeden Bezugssignales beim Beginn einer positiven Spannungshalbwelle im Primärstromkreis
vom zentralen Rechner 33 in ein Zeitsignal umgesetzt wird und auf den Zeitschalter 40 gelangt, wird jeweils mit dem
Auftreten des Bezugssignales zur Zeit t die Umsteuerung des Zündtransistors 18 nach Ablauf eines Zeitintervalles T
ausgelöst. Der Rückwärtszähler des Zeitschalters 40 wird dabei von der zentralen Recheneinheit 33 mit jedem Bezugssignal der Impulsformerstufe 32 auf die feste Taktfrequenz
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des Taktgenerators Hl geschaltet und zugleich mit einer Takt
zahl beaufschlagt j die von der zentralen Recheneinheit
ermittelt wird. Diese Taktzahl wird durch die Taktimpulse
des Taktgenerators Hl abgearbeitet. Jeder Takt des Taktgenerators 41 entspricht dabei einem Zeitinkrement von .
5 Mikrosekunden, so daß mit einer vorgegebenen Taktzahl des
Rückwärtszählers ein bestimmtes Zeitintervall T zwischen dem Beginn einer positiven Halbwelle und dem Zündzeitpunkt
erzielt wird.
In Pig-. 5 ist ein solches Zeitintervall für die Leerlaufdrehzeit η und für eine Arbeitsdrehzahl n. dargestellt.
Für die Leerlaufdrehzahl soll das Zeitintervall T 150 Mikro sekunden betragen. Mit dem Auftreten des Bezugssignales
zur Zeit t wird dann der Rückwärtszähler des Zeitschalters
40 von der zentralen Recheneinheit 33 aufgrund eines entsprechenden Wertes aus dem Pestspeicher 38 auf die Zahl
gesetzt. Diese Zahl wird dann durch 30 Takte des Taktgenerators Hl abgearbeitet und nach 30 Zeitinkrementen von je
5 Mikrosekunden wird vom Mikrorechner 23 die Umsteuerung des Zündtransistors 18 ausgelöst. Bei einer Drehzahl n*
wird der Rückwärtszähler beim Auftreten eines Bezugssignales
von der zentralen Recheneinheit 33 auf die Taktzahl 10 eingestellt und anschließend durch den Taktgenerator Hl abgearbeitet. Bei der Drehzahl n. wird daher die
Zündung schon nach Ablauf eines Zeitintervalls Tl von 50
Mikro-sekunden ausgelöst.
Durch eine weitere Ausgestaltung der Zündanlage ist es auch möglich, den Mikrorechner 23 über einen weiteren Eingang HH
noch zusätzliche Meßwerte, wie z.B. das Drehmoment der Brennkraftmaschine oder die Temperatur, zuzuführen. Das dem
Festwertspeicher 38 entnommene Verstellsignal kann in diesem Fall durch die gemessene Belastung bzw. Temperatur
der Brennkraftmaschine korrigiert werden. Außerdem ist es ohne weiteres möglich, zur Drehzahlbegrenzung
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:: v. s
in dem Pestwertspeicher eine Information abzulegen, die
bei Überschreitung der maximal zulässigen Drehzahl der Brennkraftmaschine jedes zweite Zündsignal am Ausgang des
Mikrorechners 23 unterdrückt. Die so erzeugten Zündaussetzer führen auch bei unbelasteter Brennkraftmaschine zu
einer sicheren Drehzahlbegrenzung. Darüber hinaus ist es auch möglich, über einen zusätzlichen Ausgang ^5 des Mikrorechners
23 weitere Signale für zusätzliche Punktionen, wie beispielsweise Schmierbefehle für bestimmte Stellen der
Motorsäge, abzugeben.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Zur Erzeugung des Bezugssignales kann
auch ein elektromagnetischer Geber verwendet.werden, der
mit jedem Umlauf des Polrades 11 ein Signal auf den Eingang des Mikrorechners 23 abgibt. Außerdem kann auch die Stromversorgung
des Mikrorechners 21 mit einer besonderen Batterie realisiert werden.
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κ. 60 7 7
28.1.1980 Ws/Hm
Es wird eine Zündschaltung für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetzünder vorgeschlagen, die eine möglichst optimale und
genaue Zündzeitpunkt-Verstellinie aufweist. Die Zündschaltung umfaßt zu diesem Zweck einen Mikrorechner, in dessen
Pestwertspeicher die gewünschte Verstellinie gespeichert ist. Die positiven Halbwellen im Primärstromkreis des Magnetzünders
dienen dabei gleichzeitig zur Erzeugung der Zündenergie sowie zur Erzeugung eines Bezugssignals zur
Steuerung des Zündzeitpunktes. Außerdem wird die Folge der Bezugssignale zur Ermittlung der Drehzahl verwendet.
Mit jedem Bezugssignal wird nach Ablauf eines von der Drehzahl abhängigen Zeitintervalls, das durch den Mikrorechner
ermittelt wird, die Zündung ausgelöst.
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Claims (12)
- R- 60 7728.1.1980 Ws/HmROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1Ansprüche1/ Schaltungsanordnung zur Zündung von Brennkraftmaschinen mit einem davon angetriebenen Magnetgenerator, der im Primärstromkreis einer Zündspule liegt, die sekundärseitig mit mindestens einer Zündkerze verbunden ist, wobei ein kontaktlos steuerbarer Zündschalter im Primärstromkreis zum Zündzeitpunkt von einer Steuereinrichtung umschaltbar ist, der die zur Zündung verwendeten Spannungshalbwellen des Magnetgenerators zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (23) einen Rechner (33)> einen Zähler (35)j einen Pestwertspeicher (38) und einen Zeitschalter (JJO) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (23) mit Beginn einer jeden Spannungshalbwelle (Up) ein Bezugssignal erzeugt, zugleich den Zähler (35) mit einer festen Taktfrequenz bis zum Beginn der nachfolgenden Spannungshalbwelle (U ) einschaltet, sodann den Zählerinhalt als Drehzahlsignal in den Pestwertspeicher (38) leitet, dort ein der gemessenen Drehzahl zugeordnetes Verstellsignal abruft, das130035/0116 BAD ORIGINALVerstellsignal in ein Zeitsignal umsetzt, dieses auf den Zeitschalter (40) leitet und nach Ablauf eines dem Zeitsignal entsprechenden Zeitintervalls ein Zündsignal an den Zündschalter (18) abgibt.
- 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (35) abwechselnd mit Beginn einer Spannungshalbwelle (U ) gelöscht und während einer ersten Perioden an die Taktfrequenz angeschaltet ist und mit Beginn der nachfolgenden Spannungshalbwelle (U ) seinen Inhalt während einer zweiten Periode als Drehzahlsignal abgibt.
- 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Drehzahl der Brennkraftmaschine im Festwertspeicher (38) ein Verstellsignal eingespeichert ist, das mit dem Auftreten eines Bezugssignales als Zeitsignal auf den Zeitschalter (4o) gelangt, der nach Ablauf eines von der jeweiligen Drehzahl abhängigen Zeitintervalls die Umsteuerung des Zündschalters (18) auslöst.
- 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitschalter (40) einen Rückwärtszähler enthält, der mit dem Bezugssignal auf eine feste Taktfrequenz geschaltet wird und eine der jeweiligen Drehzahl zugeordnete, vom Rechner (33) eingegebene Taktzahl ab-130035/01 16arbeitet und anschließend die Umsteuerung des Zündschalters (18) auslöst.
- 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (23) ein Mikrorechner ist, dessen Steuereingang (3D über einem Widerstand (2*1) an die Generatorwicklung (14) des Magnetgenerators (10) angeschlossen ist.
- 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerausgang (42) des Mikrorechners (23) auf die Steuerelektrode eines Steuerschalters (21) gelegt ist, der parallel zur Steuerstrecke eines Darlington· Zündtransistors (18) liegt.
- 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung des Mikrorechners (23) aus einem Kondensator (26) besteht, zu dem eine Z-Diode (29) parallel geschaltet ist und der über einen Widerstand (27) und eine Diode (28) mit der Generatorwicklung (14) des Magnetgenerators (10) verbunden ist.
- 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Geber zur Erzeugung des Bezugssignales mit dem Eingang (3D der Steuereinrichtung (23) verbunden ist.130035/0116RAD rir""-H-
- 9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (33) das aus dem Pestwertspeicher (38) entnommene Verstellsignal durch weitere ihm über zusätzliche Eingänge (HH) zugeführte Meßwerte korrigiert.
- 10. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (23) weitere Signale für zusätzliche Punktionen über weitere Ausgänge (45) abgibt.
- 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Festwertspeicher (38) eingespeicherten Verstellsignale eine Verstellkennlinie des Zündzeitpunktes über die Drehzahl der Brennkraftmaschine nachbilden, die im Leerlaufbereich eine steile Flanke zur Stabilisierung der Leerlaufdrehzahl (n ) im Arbeitsbereich einen ansteigenden Verlauf zur optimalen Leistungsabgabe und im oberen Drehzahlbereich einen Sprung in Richtung Spätzündung zur Drehzahlbegrenzung aufweist.
- 12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei überschreiten der maximal zulässigen Drehzahl die Steuereinrichtung (23) jedes zweite Zündsignal unterdrückt.130035/01 16
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