DE3009821A1

DE3009821A1 - Zuendanlage fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3009821A1
Application number: DE19803009821
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Jundt; Uwe Dipl.-Ing. Dr. 7140 Ludwigsburg Kiencke; Manfred 7145 Markgröningen Mezger; Karl 7145 Markgröningen Seeger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-03-14
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1981-10-01
Also published as: FR2478210B1; US4366800A; JPS56143347A; FR2478210A1

Description

26.2.1980 Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH₃ 7000 STUTTGART 1

Zündanlage für Brennkraftmaschinen Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einer Schließwinke!regelvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Solche Zündanlagen sind z.B. aus der DE-OS 2 746 885, der DE-OS 2 85O 113 oder der DE-OS 2 85O 115 bekannt. Diese bekannten Zündanlagen beruhen zum Teil auf dem Prinzip der Schließwinkelverkleinerung und zum Teil auf dem Prinzip der Schließwinkelvergrößerung. Dies bedeutet, daß ein von einer rotierenden Geberanordnung, bzw. einem Zündungsrechner vorgegebener Grundschließwinkel in Abhängigkeit der Drehzahl entweder verkleinert (großer Grundschließwinkel erforderlich) oder vergrößert (kleiner Grundschließwinkel erforderlich) wird. Das gemeinsame Prinzip besteht darin, einen Zählerstand in Abhängigkeit des primärseitigen Stromflusses durch die Zündspule zu ermittel.n, wobei dies.er wiederum den Zählvorgang zur Bestimmung des Schließzeitbeginns beeinflußt. Die bekannten Schließwinkelregelungen haben gemeinsam den Nachteil, daß sie ein Gebersignal, bzw. ein Ausgangssignal eines

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Zündungsrechners benötigen, dessen Tastverhältnis in einem bestimmten engen Rahmen liegen muß. In Abhängigkeit der Drehzahl der jeweiligen Brennkraftmaschine müssen daher verschiedene Gebertypen, bzw. Rechnertypen konstruiert werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die drehzahlabhängige Beeinflussung sowohl des Zählerstands zu Beginn der Auslösezählung, wie auch des Auslösezählerstands eine größere Variabilität im erforderlichen Gebertastverhältnis möglich ist, und darüber hinaus noch eine schnelle Anpassung an Drehzahländerungen erreicht wird (gute Dynamik).

Die im Nebenanspruch und in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind teils von selbständiger erfinderischer Bedeutung und enthalten darüber hinaus vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage. Eine noch weitergehende Unabhängigkeit vom Geber-Steuertastverhältnis wird dadurch erreicht, daß unterhalb einer festlegbaren Drehzahl nach dem Prinzip der Schließwinkelverkleinerung und oberhalb dieser festlegbaren Drehzahl nach dem Prinzip der Schließwinkelvergrößerung gearbeitet wird. Die Regelschaltung kann damit unterschiedliche Steuertastverhältnisse von ca 40 % bis 90 % verarbeiten. Die Umschaltdrehzahl entspricht dabei ungefähr der Drehzahl, bei der der Schließwinkel die Größe des Gebersignals erreicht. Bei niedrigen Drehzahlen wird durch die Schließwinkelverkleinerung eine kleine Verlustleistung erreicht, und nach Umschalten auf die Schließwinkelvergrößerung werden bei hohen Drehzahlen gute Leistungsdaten erzielt.

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Da nach Umschaltung von Schließwinkelvergrößerung auf -Verkleinerung und umgekehrt eine gewisse Zeit benötigt wird, bis der richtige Schließwinkel sich wieder eingeregelt hat, ist es besonders vorteilhaft, die drehzahlabhängige Umschalt vorrichtung mit einer Hysterese auszustatten, um im Grenzbereich Hin- und Herschaltungen zu vermeiden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Pig. 1 eine schaltungsmäßige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels, Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläutertung der Wirkungsweise bei niederen Drehzahlen (Schließwinkelverkleinerung) und Fig. 3 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise beim übergang von Schließwinkelverkleinerung zu Schließwinke!vergrößerung.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ist eine vorzugsweise mit der Kurbewelle einer Brennkraftmaschine verbundene Geberanordnung 10 mit den Setzeingängen S eines Offenzeitzählers 11 eines Auslöseschwellwert-Zählers 12 sowie eines Zwischenspeichers 13, mit dem Zählrichtungseingang U/D des Zählers 12, über ein ODER-Gatter l4 mit dem Zählrichtungseingang U/D des Zählers 11 und mit dem Takteingang C einer Schwellwerterkennungsstufe 15 verbunden. Der Geberanordnung 10 kann ein nicht näher dargestellter Zündungsrechner zur Verstellung des Zündzeitpunkts in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine zugeordnet sein. Ein solcher Zündungsrechner kann z.B. gemäß der DE-PS 2 '50^ 8^3 oder der DE-OS 30 00 562 aufgebaut sein. Wesentlich ist, daß das Ausgangssignal der Geber-

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anordnung 10, bzw. des Zündungsrechners, ein Steuertastverhältnis aufweist, das ungefähr ¹JO bis 90 % beträgt.

Die Zahleneingänge des Zählers 12 sind vorzugsweise durch feste Verdrahtung mit dem Zahlenwert "X" beaufschlagt, während die Zahlenausgänge dem Zwischenspeicher 13 zugeführt sind. Ein Taktfrequenzgenerator 16 ist mit den Takteingängen C der Zähler 11, 12 sowie eines Regelzählers verbunden, dessen Zahlenausgänge mit den Zahleneingängen des Zählers 11 sowie der Schwellwerterkennungsstufe 15 verbunden sind. Der Ausgang der Schwellwerterkennungsstufe 15 ist mit einem weiteren Eingang des ODER-Gatters 14 und mit dem Steuereingang eines vorzugsweise als Multiplexer ausgebildeten Umschalters 18 verbunden. Die Zahlenausgänge des Umschalters 18 und des Zählers 11 sind den Vergleichszahleneingängen eines digitalen !Comparators 19 zugeführt, dessen Ausgang über ein UND-Gatter 20 dem Sperreingang E des Zählers 11 sowie über ein Zeitglied 21 dem Abwärtszähleingang D des Zählers 17 zugeführt ist. Der Ausgang des ODER-Gatters 14 ist mit einem weiteren Eingang des UND-Gatters 20 verbunden. Den beiden Eingängen des Umschalters 18. sind einmal die Zahlenausgänge des Zwischenspeichers 13 und andererseits, vorzugsweise durch feste Verdrahtung, der Zahlenwert "0" zugeführt.

Der Ausgang des UND-Gatters 20 ist über einen Verstärker

22 mit dem Steuereingang eines elektronischen Schalters

23 verbunden, dessen Schaltstrecke, ein Strommeßwiderstand

24 sowie die Primärwicklung einer Zündspule 25 eine zwischen Masse und eine Versorgungsspannungsquelle 26 geschaltete Reihenschaltung bilden. In dem Sekundärstromkreis der Zündspule 25 ist eine Zündstrecke 27 geschaltet,' die bei einer Brennkraftmaschine gewöhnlich als Zündkerze ausgebildet ist. Bei mehreren Zündkerzen kann in bekannter Weise

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eine mechanische oder eine elektronische Hochspannungsverteilung vorgesehen sein. Zur Begrenzung des primärseitigen Stroms ist eine z.B. aus der DE-OS 2 232 220 bekannte Strömregelvorrichtung 28 mit dem Strommeßwiderstand 24 verbunden und wirkt auf den Verstärker 22 ein. Weiterhin ist der am Strommeßwiderstand 24 erzeugte Spannungsabfall über eine Schwellwertstufe 29 mit dem Aufwärts-Zähleingang (U) des Zählers 17 verbunden.

Zunächst soll die Wirkungsweise bei niederen Drehzahlen anhand des in Fig. 2 dargestellten Signaldiagramms erläutert werden. Dieser niedere Drehzahlbereich reicht im wesentlichen bis zu der Drehzahl ₃ bei der eine primärseitige Stromflußdauer während eines Gebersignals UlO nicht mehr ausreicht, einen Soll-Stromwert Is zu erreichen. Bis zum Zeitpunkt ti liegt ein stationärer Betrieb vor, während dem im eingeregelten Zustand der primärseitige Strom I jeweils seinen Sollwert Is erreicht. Jeweils mit einer Geberrückflanke des Gebersignals UlO wird der Zähler 11 auf den zu diesem Zeitpunkt im Zähler 17 vorliegenden Zahlenwert gesetzt und zählt während der Gebersignalpause aufwärts. Gleichzeitig wird .der im Zähler 12 vorliegende Zahlenwert in den Zwischenspeicher 13 übernommen und sehr kurz danach (eventuell benötigte Verzögerungsglieder sind nicht näher dargestellt) im Zähler 12 der feste Zahlenwert X übernommen. Im Zähler 12 erfolgt ebenfalls in der Gebersignalpause ein AufwärtsZählvorgang. Mit Beginn des darauffolgenden Gebersignales UlO wird über die Zählrichtungseingänge U/D der beiden Zähler 11, 12-deren Zählrichtung auf den Abwärtszählvorgang umgeschaltet. Erreicht der Zahlenwert ZIl im Zähler 11 den über den Umschalter 18 am Komparator 19 ebenfalls anliegenden Zahlenwert Z13₅ so wird über den Ausgang des Komparators 19 der elektronische Schalter 23 geschlossen und es beginnt ein primärseitiger Strom I zu fließen. Weiterhin wird zu diesem Zeitpunkt der Zähler 11

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über den Sperreingang E für weitere Zählvorgänge gesperrt. Schließlich wird noch das Zeitglied 21 getriggert, so daß während dessen Haltezeit T ein Abwärtszählvorgang im Zähler abläuft. Erreicht der primärseitige Strom den Stromwert II, so spricht die Schwellwertstufe 29 an und bewirkt über den Aufwärtszähleingang U im Zähler 17 einen Aufwärtszählvorgang. Im stationärem Betrieb erreicht der Zähler 17 nach seinem Abwärts- und Aufwärtszählvorgang wieder seinen alten Wert. Mit der folgenden Geberrückflanke werden wiederum die beiden Zähler 11, 12 sowie der Zwischenspeicher 13 gesetzt. Da im stationären Betrieb der Endzahlenwert des Zählers 12 zum Zeitpunkt der Geberrückflanke wieder den gleichen Wert wie im vorangegangenen Zyklus erreicht, ändert sich der Zahlenwert im Zwischenspeicher 13 nicht. Durch die Signaländerung am Ausgang des ODER-Gatters Ik wird über das UND-Gatter 20 der elektronische Schalter 23 geöffnet, wodurch die Zündung ausgelöst wird. Der primärseitige Strom fällt auf Null ab, so daß der Schwellwert der Schwellwertstufe 29 wieder unterschritten wird, und der Zähler 17 stoppt.

In den folgenden, dargestellten Zyklen ist ein Beschleunigungsvorgang dargestellt, d.h. die winkelmäßig konstanten Gebersignale UlO werden zeitlich kürzer. Infolge der kürzer werdenden Gebersignalpause wird im Zähler 11 ein niedrigerer Zahlenwert erreicht, wodurch der Schließzeitbeginn früher ausgelöst wird. Dennoch wird im Zündzeitpunkt t2 der Stromsollwert Is nicht erreicht, da die Drehzahlinformation natürlich keine Aussagen über eine weitere Beschleunigung machen konnte. Infolge der kürzeren Stromflußzeit ab dem Stromwert Il verläuft der Aufwärtszählvorgang im Zähler 17 kürzer, so daß der ereichte, und in den Zähler 11 übernommene Zahlenwert niedriger ist. Dieses verringert nochmals den erreichbaren Zahlenwert im Zähler 11, so daß eine nochmalige Vorverlegung des Schließzeitbeginns der nächsten Periode bewirkt wird. Darüber hinaus wird auch im Zähler

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infolge des verkürzten Gebersignals nicht mehr der Zahlenwert der Vorperiode erreicht, sondern ein größerer Zahlenwert, der den Auslöseschwellwert des Komparators 19 erhöht. Auch diese Maßnahme bewirkt eine weitere Vorverlegung des Schließzeitbeginns. Zusammen bewirken diese Maßnahmen trotz weiterer Beschleunigung eine schnelle Anpassung der Schließzeit an die veränderten Drehzahlverhältnisse. Dies führt sogar dazu, daß im letzten dargestellten Zyklus, in dem keine Beschleunigung mehr erfolgt, die Stromflußdauer zu lang wird, so daß die Stromregelvorrichtung 28 eingreift.

Es sei betont, daß sich die Regelung nicht nur auf Veränderungen der Drehzahl sondern natürlich auch auf Veränderungen der Temperatur und der Versorgungsspanung auswirken, da diese Maßnahmen wiederum den primärseitigen Strom beeinflussen. Der primärseitige Strom steuert jedoch den Zahlenwert des Zählers 17.

Zur Vereinfachung der Darstellung ist den Zählern 11, 12, 17 eine einzige Taktfrequenz zugeführt. Die Taktfrequenzen können jedoch ebenfalls im Hinblick auf eine optimale Regelung eingestellt werden. So sollte z.B. zur Vermeidung von Regelschwingungen' die Zählfrequenz des Zählers 11 wenigstens doppelt so groß sein wie die Zählfrequenz des Zählers 17. Ebenfalls erweist es sich als günstig, das Verhältnis von Aufwärts-Zählfrequenz und Abwärts-Zählfrequenz im Zähler 11 in Abhängigkeit des Tastverhältnisses der Gebersignalfolge UlO einzustellen. Eine solche Maßnahme ist beispielsweise in Fig. 5 der DE-OS 2 7^6 885 gezeigt.

In dem in Fig. 3 dargestellten Signaldiagramm sind die Verhältnisse bei konstanter, hoher Drehzahl nach erfolgter, starker Beschleunigung dargestellt. Infolge der nunmehr konstanten Drehzahl, bleibt der im Zwischenspeicher 13

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gespeicherte Zahlenwert ZI3 konstant. Er ist jedoch höher als der im Zähler 11 erreichte Zahlenwert, so daß am Ausgang des !Comparators 13 ständig ein 1-Signal vorliegt, und der Schließzeitbeginn über das ODER-Gatter 1*1 und das UND-Gatter 20 direkt mit Beginn eines Gebersignals UlO ausgelöst wird. Ein Abwärtszählvorgang des Zählers 11 findet dadurch nicht mehr statt. Bei dieser Drehzahl ist das Gebersignal UlO jedoch zeitlich bereits so kurz, daß der Stromsollwert Is trotz der Schließzeit während des gesmaten Gebersignals nicht mehr erreicht werden kann. Infolgedessen verringert sich der Zahlenwert im Zähler 17 durch Abwärts-und geringere Aufwärts Zählvorgänge ständig. Nach wenigen Perioden, während denen ein etwas geringerer primärseitiger Stromwert erreicht wurde, erreicht der Zahlenstand im Zähler 17 den unteren Umschaltschwellwert Sl der Schwellwerterkennungsstufe 15. Infolge der Triggerung der Schwellwerterkennungsstufe 15 durch Geberrückflanken, wirkt sich dieses Erreichen erst zum Zeitpunkt t3 aus. Eine solche Triggerung könnte z.B. auch durch ein der Schwellwertstufe nachgeschaltetes Flipflop erfolgen. Durch diesee Ansprechen der Schwellwertstufe 15 wird über das ODER-Gatter Ik der Zähler 11 ständig auf "abwärtszählen" geschaltet. Gleichzeitig wird über den Umschalter 18 dem Komparator 19 ständig der Zahlenwert 0 als Auslöseschwellwert zugeführt. Sofort nach dem Setzen des Zählers 11 zählt dieser somit auf den Wert Null und löst dann den Schließzeitbeginn aus. Dies bewirkt zunächst eine zu große Schließzeit, so daß wiederum die Stromregelvorrichtung 28 anspricht. Diese zu lange Stromflußzeit ab dem Stromwert Il bewirkt jedoch sofort ein Ansteigen des erreichten Zahlenwerts im Zähler 17, so daß sich bereits nach wenigen Perioden, im dargestellten Fall drei Perioden, die richtige Stromflußdauer wieder eingestellt hat. Der kontinuierlich weiterzählende Zähler 12 hat keinen Einfluß auf die Schließzeit mehr.

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Da die Schwellwerterkennungstufe 15 eine Hysterese aufweist, erfolgt eine Rückschaltung erst wieder bei überschreiten des Schwellwerts S2. Dies soll verhindern, daß infolge der Aufwärts /Abwärts -Zählvorgänge des Zählers 17 und Drehzahlschwankungen im Umschaltbereich ein ständiges Umschalten zwischen Schließwinkelverkleinerung und Schließwinkelvergrößerung erfolgt. Die gute Dynamik der beschriebenen Schließwinkelregelvorrichtung ergibt sich insbesondere dadurch, daß Beschleunigungen in jedem Bereich erfaßt werden: Eine Beschleunigung während einer Gebersignalpause wird durch den Zähler 11 erfaßt. Eine Beschleunigung während eines Gebersignals wird im Zähler 12 erfaßt. Schließlich wird eine Beschleunigung während der Stromflußzeit durch den Zähler 17 erfaßt.

In einer einfacheren Ausführung der Erfindung kann auch auf den Auslöseschwellwert-Zähler 12 verzichtet und ein fester Auslöseschwellwert gewählt werden. Dies muß natürlich durch eine schlechtere Dynamik und geringere Variationsbreite des Geber-Steuertastverhältnisses erkauft werden. Ebenso kann in einer einfacheren Ausführung der Erfindung unter Beibehaltung des Zählers 12 auf die Umschaltung auf das Prinzip der Schließwinkelvergrößerung bei hohen Drehzahlen verzichtet werden. Unter Einsparung der Bauteile 15 und 18 führt dies allerdings zu einer Beschränkung des maximal erreichbaren primären Abschaltstromes infolge der Begrenzung durch das Steuertastverhältnis. Ein übergang auf eine Offenzeitregelung (Bauteile 15, 18) führt insbesondere bei höheren Punkenzahlen (z.B. 8-Zylinder) zu einer wesentlichen Verbesserung der Leistungsdaten.

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Zündanlagen für Brennkraftmaschinen Zusammenfassung

Es wird eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einer Schließwinkelregelvorrichtung vorgeschlagen, die drei Zähl-Vorrichtungen zur Erfassung von Beschleunigungen aufweist. In einer ersten Aufwärts-/Abwärts-Zählvorrichtung (17) wird der Zählvorgang in die eine Richtung durch die Stromflußdauer im Primärstromkreis einer Zündspule (25) ab dem überschreiten eines Stromschwellwerts (II) bestimmt, und der Zählvorgang in die andere Richtung ist zeitlich konstant. In eine zweite Aufwärts-/Abwärts-Zählvorrichtung (11) sind die Zahlenwerte der ersten Zählvorrichtung gebergesteuert übernehmbar, wobei die Zählrichtung ebenfalls durch die Gebersignale bestimmt ist. Bei Erreichen eines festlegbaren Auslöseschwellwerts durch den Zählvorgang in der zweiten Zählvorrichtung (11) wird die Schließzeit ausgelöst, wobei eine Gebersignalflanke, bzw. Signalflanke eines Zündungsrechners den Zündzeitpunkt festlegt. Der festlegbare Auslöseschwellwert wird vorteilhaft durch eine dritte Aufwärts-/Abwärts-Zählvorrichtung (12) bestimmt, die geberflankengesteuert auf einen Pestwert (X) gesetzt wird und deren Zählrichtung ebenfalls durch die Gebersignale festgelegt ist. Durch die Erfassung von Beschleunigungen durch drei Zähler während verschiedener zeitlicher Perioden wird eine sehr gute Dynamik erreicht. Vorteilhaft wird ab einer festlegbaren Drehzahl durch Umschalten des festlegbaren Auslöseschwellwerts auf einen sehr kleinen Wert und Umschalten der Zählvorrichtung (11) auf ständiges Abwärtszählen von einer Schließwinkelverkleinerung auf eine Schließwinkelvergrößerung umgeschaltet. Dadurch ist eine Anpassung an variable Geber-Steuertastverhältnisse möglich.

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Leerseite

Claims

R. ■:. D 1

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Ansprüche

{ l.yEündanlage für Brennkraftmaschinen mit einer Zündspule, in deren Primärstromkreis ein elektronischer Schalter und in deren Sekundärstromkreis wenigstens eine Zündstrecke geschaltet ist, mit einer Schließwinkelregelvorrichtung zur Regelung des elektronischen Schalters in Abhängigkeit der Signale einer rotierenden Geberanordnung, mit einer Aufwärts-/Abwärts-Zählvorrichtung (17) bei der der Zählvorgang in die eine Richtung durch die Stromflußdauer im Primärstromkreis der Zünd-/"""** . spule ab dem überschreiten eines Stromschwellwerts (II) bestimmt ist und bei der der Zählvorgang in die andere Richtung zeitlich konstant ist, mit einer zweiten Aufwärts-/ Abwärts-Zählvorrichtung (11), in die Zahlenwerte der ersten Zählvorrichtung (17) gebergesteuert übernehmbar sind, und deren Zählrichtung ebenfalls durch die Gebersignale festgelegt ist, wobei bei Erreichen eines festlegbaren Auslöseschwellwerts durch den Zählvorgang in der zweiten Zählvorrichtung (11) der elektronische Schalter im Primärstromkreis der Zündspule geschlossen und durch eine Gebersignalflanke wieder geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

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der festlegbare Auslöseschwellwert durch den Endzählerstand einer dritten Aufwärts-/Abwärts-Zählvorrichtung (12) bestimmt ist, die geberflankengesteuert auf einen festen Wert (X) gesetzt wird und deren Zählrichtung durch die Gebersignale festgelegt ist.
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endzählerstand der dritten Zählvorrichtung (12) jeweils nach einem Aufwärts-/Abwärts-Zählvorgang in einem Zwischenspeicher (13) gespeichert wird, dessen Speicherwert sowie die Zahlenwerte der zweiten Zählvorrichtung (11) einem Komparator (19) zugeführt werden, dessen Ausgang den elektronischen Schalter (23) steuern.
3. Zündanlage, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ab einer festlegbaren Drehzahl der Brennkraftmaschine zur Vergrößerung des Schließwinkels der Auslöseschwellwert sprunghaft auf einen anderen Wert, vorzugsweise den Wert Null, umschaltbar ist, und daß die zweite Zählvorrichtung (11) den von der ersten Zählvorrichtung (17) übernommenen Wert in einer Zählrichtung auszählt.
4. Zündanlage nach Anspruch 3₃ dadurch gekennzeichnet, daß die festlegbare Drehzahl durch der ersten Zählvorrichtung (17) zugeordnete Mittel (15) zur Schwellwerterkennung bestimmt wird.

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5. Zündanlage nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (15) der Schwellwerterkennung eine Hysterese aufweisen.

5. Zündanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die drehzahlabhängige Umschaltung des Auslöseschwellwerts über einen Multiplexer (18) erfolgt.

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