DE3223339A1

DE3223339A1 - Elektronisches zuendsteuersystem und verfahren zur zuendpunktregelung bei einer elektrisch gezuendeten brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3223339A1
Application number: DE19823223339
Authority: DE
Inventors: Ralph A. 48154 Livonia Mich. Youngblood
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1981-06-23
Filing date: 1982-06-23
Publication date: 1983-01-05
Also published as: CA1176305A; US4376429A; JPS57212370A; GB2100793B; DE3223339C2; GB2100793A

Description

Fcsrd^:/ -, . US-1204/ 21. Juni 1982

Anm.: Ford-Werke AG
Ottoplatz 2
5ooo Köln 21

Bezeichnung: Elektronisches Zündsteuersystem und Verfahren zur Zündpunktregelung bei einer elektrisch gezündeten Brennkraftmaschine

US-1204 / Ford / 21. Juni 1982 Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Zündsteuersystem zum Steuern der Zündvorgänge einer elektrisch gezündeten Brennkraftmaschine mit einer Zündeinrichtung, die wenigstens auf die Drehung der Kurbelwelle anspricht und die Erzeugung von Zündspannungsimpulsen sowie deren Zuführung zu den Maschinen zylindern in der Reihenfolge der aufeinander folgenden Zündvorgänge eines jeden Zylinders bewirkt, sowie ein Verfahren zur Zundpunktregelung bei einer elektrisch gezündeten Brennkraftmaschine dergestalt, daß das Betriebsverhalten der Maschine Zylinder für Zylinder anpassungsfähig verbessert wird.

Der Zündpunkt einer Brennkraftmaschine wird in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen der Maschine derart verändert, daß ein optimaler Betrieb der Maschine sichergestellt ist. Es ist grundsätzlich auf diesem Gebiet bekannt, daß zur Steigerung des Wirkungsgrades und Verminderung des Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine diese mit minimaler Vorzündung für optimales Drehmoment (MVOD) gezündet werden sollte. Der Zündpunkt der Maschine muß in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen verändert werden, um die Maschine bei dieser MVOD zu zünden. Es ist auch bekannt, daß die MVOD vom Zylinderdruck als einer Funktion des Winkels der Kurbelwellenstellung abhängt. Das bedeutet, daß, wenn maximaler Zylinderdruck bei einem bestimmten gewünschten Winkel der Kurbelwellenstellung auftritt, der Zylinder bei der MVOD arbeitet. Der jeweilige Kurbelwellenstellungswinkel hängt von den Parametern der Maschinenkonstruktion ab und tritt bei einer kleineren Zündpunkt-Vorverlegung auf als jener, bei der das Auftreten von Rückschlagen beginnt.

Bekannte Zündpunktsteuersysteme bestimmen den Zündpunkt einer maschine durch Feststellen der Maschinendrehzahl mittels eines als Zentrifugalregler ausgebildeten Zündpunkt-Vorverstellers und durch Feststellen des Einlaßunterdrucks mittels eines Unterdruck-Vorverstellers zur Berücksichtigung der Betriebsbedingungen der Maschine. In den letzten Jahren werden zum Betrieb und zur Steuerung von Brennkraftmaschinen zunehmend elektronische Schaltungen verwendet. So kann beispielsweise eine elektronische Maschinensteuerung den Zündpunkt der Maschine regeln.

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Ein Nachteil der bisher bekannten Systeme besteht darin, daß, da der Zündpunkt auf der Basis von Versuchsergebnissen an einer Brennkraftmaschine programmiert worden ist, Fälle auftreten, in denen der Zündpunkt beträchtlich von der jeweiligen MVOD abweicht. D.h. die programmierte Lage des Zündpunktes weicht von dem tatsächlichen Zündpunkt aufgrund atmosphärischer Bedingungen, Änderungen in den charakteristischen Daten bei einer Maschine desselben Typs usw. ab. Weiterhin wird die Festlegung des Zündpunktes bei allen Zylindern übereinstimmend zur Anwendung gebracht. Eine solche Festlegung führt nicht notwendigerweise bei jedem Zylinder zur MVOD. Gerade so wie charakteristischen Daten und Betriebsbedingungen der ganzen Maschinen sich ändern, ändern sich auch die charakteristischen Daten und Betriebsbedingungen der einzelnen Zylinder in den Maschinen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Probleme auszuschalten.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird der Zündpunkt eines jeden Zylinders individuell zur Optimierung des Betriebsverhalten eines jeden Zylinders geregelt.

Eine elektronische Regeleinrichtung berechnet auf der Basis der Maschinenbedingungen und der ümgebungsparameter für alle Zylinder eine optimale Vorzündung. Diese allgemeine Vorzündung wird für jeden Zylinder durch Berücksichtigung des bisherigen Rückschlagverhaltens für jeden Zylinder und der fortlaufenden Zündzeitpunkte für jeden Zylinder modifiziert. Eine solche individuelle Regelung gestattet eine unabhängige Zündpunktvorverstellung für jeden Zylinder. Der Zündpunkt für jeden Zylinder ist an Änderungen im Kraftstaoff-Luft-Verhältnis, Aufbau von Ablagerungen, Zündkerzenzustand und dgl. anpassungsfähig.

Abweichungen von Zylinder zu Zylinder wie das Ausmaß der Verbrennung, der Verwirbelung, der Kerzenzustand usw. haben zur Folge, daß jeder Zylinder sein optimales Betriebsverhalten (MVOD) bei einem anderen Zündpunkt hat. Beispielsweise können Rückschläge bei verschiedenen Zündpunkten für die verschiedenen Zylinder auftreten. Eine Regelung, die die Zündpunkte aller Zylinder zurückverlegt, wenn einer davon Rückschläge auf-

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weist, verzichtet auf beträchtliche Vorteile durch Zündpunktrückverlegungen auch für die Zylinder, bei denen keine Rückschläge auftreten. Ein anpassungsfähiges Rückschlagsteuersystem verlegt lediglich den Zündpunkt desjenigen Zylinders zurück, der Rückschläge hat, und gestattet eine maximale Vorverlegung bis zur MVOD für jeden einzelnen Zylinder.

Der Betrieb einer Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit der Erfindung verbessert den Gesamtwirkungsgrad der Maschine durch individuelle Zündpunktrückverlegungssteuerung. Insbesondere kann der Zündpunkt für jeden Zylinder um einen vorbestimmten festen Betrag bis zu einer festen maximalen Grenze vorverlegt werden, solange keine Rückschläge auftreten. Wenn Rückschläge auftreten, kann der maximale Zündpunkt um ein vorbestimmten Festbetrag bis zur einen festen Minimalgrenze rückverlegt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 In einem Blockdiagramm das gesamte System gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Logik-Flußdiagramm in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der maximalen Zündzeitpunktverstellung in Graden von der Motordrehzahl.

Wie Fig. 1 zeigt, weist ein in seiner Gesamtheit mit 1o bezeichnetes, Zylinder für Zylinder anpassungsfähiges Rückschlagverzögerungssteuersystem 1o eine elektronische Regeleinrichtung auf, von welchem ein Eingang an einen Rückschlagfühler 12 und ein Eingangan einen Kurbelwellenstellungsfühler 12 angeschlossen sind. Ein Zündausgang von der Steuereinrichtung 11 führt zu einer Steuerelektronik 14, die ihrerseits einen Zündstrom dem Zündverteiler 15 zuführt. Der Zündstrom wird bei der Drehung des Zündverteilers 15 einzeln jeweils einer von mehreren Zünd-

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kerzen 16 zugeführt.

Im Betrieb wird eine Information über das bisherige Rückschlagverhalten eines jeden Zylinders von den Rückschöagfühler 12 erfaßt und in einem Speicher innerhalb der elektronischen Regeleinrichtung 11 gespeichert. D.h./ nachdem ein jeder Zylinder gezündet hat, wird das Ausgangssignal des Rückschlagfühlers 12 einem Zylinder zugeordnet und als Information über einen einzelnen Zylinder in der elektronischen Regeleinrichtung gespeichert. Wenn die elektronische Regeleinrichtung 11 das Zünden des nächsten Zylinders in der Reihenfolge der Zylinderzündungen vorbereitet, wird das gespeicherte Rückschlagverhalten, welches den nächsten Zylinder charakterisiert, in dem Speicher der elektronischen Regeleinrichtung 11 überprüft, und es wird eine Entscheidung in Hinblick auf den Zündpunkt für diesen nächsten Zylinder gefällt. Ein Betrieb in Übereinstimmung mit einer Verwirklichung dieser Erfindung kann vorteilhafte Verbesserungen in Bezug auf Beschleunigung, Oktananforderungen, Kraftstoffverbrauch, Abgasemissionen und Fahrverhalten liefern.

Im einzelnen ist jeder Zylinder charakterisiert durch einen "Frühzünd-/Spätzünd-Versteller". Wenn keine Rückschläge für ein bestimmtes Zeitintervall auftreten, wird der Frühzünd-/ Spätzünd-Versteller um einen bestimmten Betrag bis zu einer festen maximalen Grenze vorverstellt. Die feste maximale Grenze ist bestimmt als minimlae Vorzündung für optimales Drehmoment (MVOD).Die minimale Vorzündung ist dadurch charakterisiert, daß bei ihr der Zylinderdruck ein Maximum bei einem gewünschten Kurbelwellenstellungswinkel erreicht. Wenn ein Rückschlag auftritt, wird der Versteller um einen bestimmten Betrag bis zu einer festen Minimalgrenze rückverstellt. Falls erwünscht, kann die vorbeschriebene Regelung mit geschlossenem Regelkreis in eine Regelung mit offenem Kreis unter Bedingungen wie Leerlauf oder sehr hohen Maschinendrehzahlen umgewandelt werden. Der betrieb in Übereinstimmung mit einer Verwirklichung dieser Erfindung regelt den Zündpunkt für jeden einzelnen Zylinder unabhängig ein und trägt dadurch dem Umstand Rechnung, daß einige Zylinder ein stärkeres Rückschlagverhalten haben als

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andere oder bei verschiedenen Vorzündwinkeln optimales Betriebsverhalten zeigen.

Die elektronische Regeleinrichtung 11 liefert eine zentrale Regelung für das Zylinder für Zylinder anpassungsfähige Rückschlagverzögerungssteuersystem 1o. Die Regeleinrichtung 11 überwacht die Rückschläge und die Betriebsbedingungen der Maschine zur Schaffung eines Basis-Zündzeitpunkts für die Maschine. Eine solche Verwendung der elektronischen Schaltung im Betrieb und eine solche Steuerung von Brennkraftmaschinen ist aus der OS-PS 3 969 614 bekannt, auf welche hiermit Bezug genommen wird. Zusätzlich hat die Regeleinrichtung 11 einen Speicher zum Speichern des Auftretens von Rückschlägen bei einem jeden Zylinder und kann voraussagen, wann die nächste Zündung auftritt. Die Regeleinrichtung 11 liefert ein Ausgangssignal, das eine Vorverstellung oder Zurückverstellung des Zündpunktes für jeden einzelnen Zylinder anzeigt. Die jüngste Zündpunktverstellung voraus oder zurück für jeden Zylinder wird gleichfalls in der Regeleinrichtung 11 gespeichert. Diese Verstellung wird in beziehung gebracht zum Auftreten eines jeden Rückschlags um zu sehen,ob der Zündpunkt für einen Zylinder vorgestellt werden kann oder zurückgestellt werden muß. Die maximal mögliche Zündpunktverstellung bei einer 6-Zylinder-Maschine unter Verwendung einer typischen Regeleinrichtung wie einem Mikrocomputer 87, 48 mit einem 6-MHz-Kristall ist in Fig. 3 gezeigt.

Der Kurbelstellungsfühler 13 liefert ein Eingangssignal zu der elektronischen Regeleinrichtung 11, welches die Kurbelwellenstellung und .damit die Stellung des Kolbens innerhalb eines jeden Zylinders anzeigt. Dies steht im Gegensatz zu den bekannten Systemen, in denen der Kurbelwellenstellungsfühler 13 an ein Zündmodul angeschlossen sein würde, um ein Ansteuer-Eingangssignal zu liefern. Wenn die elektronische Regeleinrichtung 11 vom Kurbelstellungsfühler 13 ein Eingangssignal empfängt, wird dieses in ein Digitalsignal umgewandelt und von der Regeleinrichtung 11 als Basis-Zeitbezeugsgröße verwendet. Diese Basis-Zeitbezugsgröße wird Korrekturen zum Vor- oder Zurückstellen

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des Zündpunktes unterworfen.

Ein typischer Rückschlagfühler 12 weist einen Linearbeschleunigungsmesser auf und erzeugt eine Schallwelle von veränderlicher Amplitude bei fester Frequenz. Die Amplitude des Ausgangssignals verändert sich mit einer Vibration und kann dazu verwendet werden, Rückschläge der Maschine festzustellen. Die Bearbeitung des Rückschlagsignals geschieht txpischerweise nach dein Prinzip, daß die Amplitude der vom Rückschlagfühler gelieferten Sinuswelle zunimmt, wenn ein Rückschlag erfolgt, und verhältnismäßig konstant bleibt, wenn keine Rückschläge erfolgen. Das Signal mit konstanter Amplitude wird als Grundton oder Grundgeräusch der Maschine bezeichnet. Ein demgegenüber vergrößertes Siganl bedeutet einen Rückschlag. Die elektronische Regeleinrichtung 11 prüft den Grundton bei jeder Zündung und benutzt den geprüften Grundton als Bezugsgröße beim Vergleich mit nachfolgenden Prüfungen und beobachtet Abweichungen, die einen Rückschlag anzeigen. Wenn ein Rückschlag auftritt, wird ein Digitalsignal innerhalb der elektronischen Regeleinrichtung zur weiteren Verarbeitung erzeugt.

Fig. 2 veranschaulicht die Arbeitsweise der elektronischen Regeleinrichtung 11 in einem vereinfachten Logik-Flußschaubild. Block 51 berechnet die Drehzahl der Maschine durch Messen der Zeit zwischen zwei Zündungen aus der Information, die von dem Kurbelwellenstellungsfühler 13 geliefert wird. Block 52 wertet die errechnete Drehzahl aus und bestimmt, ob sich die Maschine in einem Arbeitsbereich zur Anwendung der anpassungsfähigen Zündpunktverstellung befindet. Wenn sich die Maschine nicht in diesem anpassungsfähigen Betriebsbereich befindet, läuft der Logikfluß weiter zum Block 53, und es erfolgt keine weitere Anwendung der Anpassung, bis die Drehzahl erneut berechnet ist. Wenn sich das Fahrzeug hingegen im Arbeitsbereich für die anpassungsfähige Zündpunktverstellung befindet, setzt der Logikfluß seinen Weg fort zum Block 54. Im Block 54 wird die im Speicher der elektronischen Regeleinrichtung 11 gespeicherte Information abgefragt zur Bestimmung, ob der als nächster zu zündende Maschinenzylinder bei seiner letzten Zündung einen Rückschlag gehabt hat. Wenn die Antwort "ja" ist, fragt Block

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ob der Zündpunkt des als nächster zu zündenden Zylinders um den maximalen Betrag zurückzustellen ist. Wenn die Antwort "nein" ist, wird der Zündpunkt des als nächster zu zündenden Zylinders zurückverstellt. Nach der Rückverstellung des Zündpunktes im Block 56 läuft der Fluß weiter zum Block 63, v/o beim Auftreten des nächsten Zündfunkens der gesamte Ablauf erneut bei Block 51 beginnt.

Wenn, zurückkehrend zum Block 54, der Zylinder das letzte Mal keinen Rückschlag gehabt hatte, wie aus der im Speicher der elektronischen Regeleinrichtung 11 gespeicherten Information entnommen wird, fährt die logische Folge fort zum Blcok 58. Im Block 58 wird die Anzahl der Rückschlagfreien Zündungen verglichen mit einer bestimmten Zahl. Wenn die Anzahl der rückschlagfreien Zündungen diese Zahl übersteigt, geht der Logikfluß weiter zum Block 59. Im Block 59 wird die Information im Speicher der elektronischen Regeleinrichtung 11 angefragt, zu bestimmen, ob der Zündpunkt des als nächster zu zündenden Zylinders maximal vorverstellt ist. Wenn der Zündpunkt auf das Maximum vorverstellt ist, geht der Logikfluß weiter zum Block 62, wo die maximale Vorverstellung für den nächsten Zylinder aufrechterhalten wird. Wenn der Zündpunkt nicht zum Maximum vorverstellt ist, fährt der logikfluß fort zum Block 61, wo der Zündpunkt für den nächsten Zylinder vorverstellt wird. Der Fluß sowohl vom Block 62 als vom Block 61 geht weiter zum Block 63.

Wenn, zurückkehrend zum Block 58, die Anzahl der rückschlagfreien Zündungen nicht das vorbestimmte Maximum überschreitet, geht der Logikfluß weiter zum Block 6o. Aufgabe des Blocks 6o ist es, denselben Zündpunkt für den nächsten Zylinder so wie beim vorhergehenden Zünden jenes Zylinders aufrecht zu erhalten. Der Logikfluß nach Block 6o führt zum Block 63.

Für den Fachmann auf diesem Gebiet sind verschiedene Modifikationen und Änderungen ohneweiteres im Rahmen der Erfindungsgedankens möglich. Beispielsweise können der Rückschlagfühler und die elektronische Regeleinrichtung gegenüber den vorbeschriebenen Ausführungen abgeändert werden. Ferner kann ein Zylinder-

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drucksignal den Kurbelwellenwinkel anzeigen und ein direktes Maß dafür sein, ob der Zündpunkt gegenüber MVOD vor- oder zurückverlegt ist. Ein solches Vorgehen gestattet eine breitere Verwendung dieses Zylinders durch die Zylinderregeltechnik. D. h., die Verwendung eines Rückschlagsignals für die Zündpunktregelung Zylinder für Zylinder ist nur von Vorteil bei jenen Maschinen, bei denen ein Vorverstellen des Zündpunktes zu Rückschlägen vor Erreichen der MVOD führt.

Leerseite

Claims

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Patentansprüche

/ 1.^Elektronisches Zündsteuersystem zum Steuern der Zündvorgänge einer elektrisch gezündeten Brennkraftmaschine mit einer Zündeinrichtung, die wenigstens auf die Drehung der Kurbelwelle anspricht und die Erzeugung von Zündspannungsimpulsen sowie deren Zuführung zu den Maschinenzylindern der Reihe nach für die aufeinanderfolgenden Zündvorgänge eines jeden Zylinders bewirkt, dadurch gekennzeichnet , daß die Zündeinrichtung eine Regeleinrichtung zum individuellen Steuern des einem jeden Einzelzylinder zugeführten Zündspannungsimpulses aufweist.
2. Elektrisches Zündsteuersystem nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung den Zündimpuls für jeden Zylinder auf minimale Vorzündung für optimales Drehmoment (MVOD) vorverlegt.
3. Elektronisches Zündsteuersystem nach Anspruch !,gekennzeichnet durch eine die Maschinen-Zylinder überwachende Rückschlag-Fühleinrichtung, mit welcher Rückschläge in jedem einzelnen Zylinder erfaßbar sind, und eine Anpassungseinrichtung zur Registrierung des vorausgegangenen Rückschlagverhaltens und zur Verwendung des registrierten Rückschlagverhaltens bei der Veränderung des Zündpunktes in einem Maschinenzylinder.
4. Elektronisches Zündsteuersystem nach Anspruch 3, d a durch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung an die Anpassungseinrichtung angeschlossen ist und den Zündpunkt solange, wie kein Rückschlag erfolgt, bis zu einem bestimmten Maximalwert vorverstellt und den Zündpunkt beim Auftreten eines Rückschlags bis zu einem bestimmten minimalen Grenzwert zurückverstellt.

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5. Verfahren zur Zündpunktregelung bei einer elektrisch gezündeten Brennkraftmaschine dergestalt, daß das Betriebsverhalten der Maschine Zylinder für Zylinder anpassungsfähig verbessert wird, gekennzeichnet durch das Erfassen der Kurbelwellenstellung zur Bestimmung des Basis-Zeitpunktes für die aufeinanderfolgenden Zündungen eines jeden Zylinders und das Regeln des tatsächlichen Zündpunktes eines jeden Zylinders individuell zur Verbesserung des Zylinderbetriebsverhaltens.
6. Verfahren nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet , daß beim individuellen Regeln des tatsächlichen Zündpunktes der Zündwinkel bis zum Erreichen der minimalen Vorzündung, welches das optimale Drehmoment für den Zylinder liefert (MVOD), vorverstellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch das Feststellen von Rückschlägen eines jeden einzelnen Zylinders und das Speichern von Informationen, welche das Rückschlagverhalten eines jeden einzelnen Zylinders beschreiben, in einer elektronischen Steuereinrichtung zur Modifizierung des Zündpunktes für jeden einzelnen Zylinder in Abhängigkeit von den Rückschlagfeststellungen bei diesem Zylinder.
8. Verfahren nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet , daß beim Regeln des tatsächlichen Zündpunktes festgestellt wird, ob sich die Maschinendrehzahl in einem vorbestimmten Bereich befindet und ob im nächstzündenden Zylinder bei dessen letzter Zündung ein Rückschlag auftrat, und daß daraufhin der Zündpunkt des Zylinders, der das letzte Mal gezündet wurde, festgelegt wird.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß festgestellt wird, ob der Zündpunkt bis zum Maximum zurückverlegt ist, wenn im Zylinder beim letzten Mal ein Rückschlag auftrat, daß der Zündpunkt des nächsten zu zündenden Zylinders vorverlegt wird, wenn er nicht bis zum Maximum zurückverlegt ist und beim letzten Mal keinen Rückschlag aufwies und daß, wenn der Zündpunkt bis zum Maximum zurückverlegt ist, dann die maximale Verzögerung des Zündpunktes für das Zünden des nächsten Zylinders beibehalten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch das Vergleichen der Anzahl der rückschlagfreien Zündungen des Zylinders mit einer vorbestimmten Zahl, das Aufrechterhalten des Zündpunktes für den nächsten Zylinder bei dessen Zünden, wenn die Anzahl der Zündungen seit dem letzten Rückschlag unter der vorbestimmten Zahl liegt, das Aufrechterhalten der maximalen Zündpunktvorverlegung für das Zünden des nächsten Zylinders, wenn der Zündpunkt bis zum Maximum vorverlegt ist und innerhalb einer vorbestimmten Zahl von Zündungen keine Rückschläge aufgetreten sind, und das Vorverlegen des Zündpunktes der nächsten Zylinderzündung, wenn ihr Zündpunkt nicht bis zum Maximum vorverlegt ist und die Anzahl der Zündungen ohne Rückschlag das vorbestimmte Maximum überschreitet.
11. Verfahren nach Anspruch 1o,dadurch gekennzeichnet , daß das Zurück- und Vorverlegen des Zündpunktes in vorbestimmten Stufen erfolgt.