DE2030679B2

DE2030679B2 - Einrichtung zum verstellen des zuendzeitpunktes von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2030679B2
Application number: DE19702030679
Authority: DE
Inventors: Romald E Silver Spring Bowles, Md (V St A )
Original assignee: Bowles Fluidics Corp, Silver Spring, Md (VStA)
Priority date: 1970-06-22
Filing date: 1970-06-22
Publication date: 1973-06-20
Also published as: DE2030679A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verstellen des Zündzeilpunktes von Brennkraftmaschinen mit einer Vorrichtung zur Vor- und Zurüci Verlegung des Zündzeitpunkics.

Bei Brennkraftmaschinen sind zwei Arten von Zündzeitpunktverstelleinrichtungen bekannt. Bei deeinen Art handelt es sich um UnterdruckversteÜ-einrithtungen, die die Änderungen der Brenn geschwindigkeit unterschiedlicher Brennstoff-Luft Gemische ausgleicht, so daß der Zündzeitpunkt, m dem Maschinenzyklus für Spargemische früher lies.-' als für schnellbrennende Gemische. Im allgemeine wird eine Zündzeitpunktverstellung mittels einer Membran-Feder-Anordnung erreicht, die an de; UnierbrecherkontakiplüMe des Verteilers befestigt ist. Die Membran wird vom Ansaugunterdruck Ixtätigt. Bei der anderen Vorrichtungsart wird die zu nehmende Maschineniieschwindigkeit ausgeglichen Bei solchen Vorrichtungen ist ein Gewicht an den Unterbrechernocken am Verteiler befestigt. Das Gewicht wird durch die Änderung der Zentrifugalkraft betätigt, um den Zündzeitpunkt durch Änderung der Winkellage des Unterbrechernockens relativ zu du Antriebswelle vor- oder zurückzuverlegen. Da aber ein optimaler Zündzeitpunkt von dem komplizierten Zusammenwirken mehrerer Faktoren, z. B. der GispedaNtellung, der Mi'.schinengesch'A'indigkeit, des L.ufl-Brennstol -Mischungsverhältnisses, des Konipressionsverhäknisses und der Art des Brennstoffs, abhängt, ergeben die oben beschriebenen automatischen Ziindzeitpunktvei Stelleinrichtungen nur eine teilweise Anpassung an sich ändernde Maschinenparameter.

1-' i g. 1 zeigt eine graphische Darstellung der Änderung ties Miischiiiendrchniomentes M in Bruchtci'en vom maximalen Drehmoment M max als Funktion der Verstellung des Zündzeitpunktcs /'.-entsprechend abfallenden und ansteigenden Werten von der maximalen Maschinenleistung in einem Maichinenzyklus bei einer gegebenen Geschwindigkeit. Für jede Geschwindigkeit ergibt sich im wesentlichen der gleiche Kurvenverlauf, jedoch ändert sich die Lage des maximalen Drehmomentes auf der Kurve mit der sich ändernden Geschwindigkeit. Die bekannten selbsttätigen Zündzeitpunktverstelleinrichtiingen können sich der Verschiebung des maximalen Drehmomentes nicht völlig anpassen, und folglich ergibt tier erreichbare Zündzeitpunkt nicht bei allen Geschwindigkeiten das maximale Drehmoment (maximale Leistung). Dies ist in Fig. 2 veranschaulicht, wo eine Anzahl von Zündzeitpunktverstellkurven Z₁. Z.„ Z.,. . ., von denen eine in F i g. 1 dargestellt ist, einer typischen Drehmoment-Geschwindigkeits-Kennlinie überlagert ist, die als ausgezogene Linie gezeigt ist. Die Drehmomenl-Gcschwindigkeits-Kennlinie der Fig. 2 gilt für einen typischen Motor, der mit einer der oben beschriebenen bekannten y.üiul/eitpuiiktverstellemrichtungen arbeitet. Es ist ersichtlich, daß das Drehmoment M sehr stark von

der Grüße abhängt, um die der Zündzeitpunkt P_. von der optimalen Verstellung bei einer besiimmten Geschwindigkeit V des Motors verschieden ist. Wenn eine Zündzeilpunktverstelleinrichtuiig verfügbar wäre, die den Zündzeitpunkt so einstellen würde, daß ein maximales Drehmoment bei jeder Motorgeschwindigkeit erreich* würde, wäre das von dem Motor abgegebene Drehmoment über seinen gesamten Geschwindigkeitsbereich wesentlich größer, wie die in F i g. 2 gestrichelte Kurve M₁ auf Grund der erfindungsgemäßen Einrichtung verdeutlicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündzeitpunktverstclleinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, zu schaffen, die insbesondere die Lage des Zünd-/eitpunktes so ändert, daß ein maximales Drehmoment erreicht wire! und daß dadurch die Maschine in die Lage versetzt wird, bei allen Geschwindigkeiten mit maximalem Drehmoment zu arbeiten.

(jelösl wird diese Aufgabe nach der Erfindung durch einen die Zündzeitverstellvorrichumg steuernden Strömungskonverter, der entsprechend einer Einfiangsimpulsfolge zwischen zwei stabilen Zuständen wechselt und von einer kontinuierlichen Folge von Arbeitsimpulsen und abgegebenen Drehmomentäiiderungsimpulscn eines bestimmten, die Zu- oder Abnahme des Drehmomentes der Brennkraftmaschine anzeigenden Vorzeichens gesteuert ist. wobei ein Drehmomentänderungsimpuls mit einem ent-Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer Zündzeitpunktverstelleinrichtung gemäß der Erfindung.

In Fi g. 3 ist eine Zündzeitpmiktverstelleinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Sie besitzt einen Strömungsoszillator 11, der z. B. nach der in der USA.-Patentschrift 3 185 166 gezeigten Weise aufgebaut ist und eine kontinuierliche Folge von Ausgangsimpulsen mit niedriger Frequenz an den Ausgangskanal 13 abgibt. Eine Arbeitsströmung P f- isl

ίο an die Eingangsdüse 15 des OsziMalors 11 angeschlossen.

Die Arbeitsströmung der Düse 15 ist normalerweise auf den Ausgangskanal 17 des Oszillators 11 gerichtet. Das von dem Ausgangskanal 17 auf-

genommene Strömungsmittel wird über einen Rückkopplungsweg zu einer Steuerdüse 19 des Oszillators Ii /.urückgeieilet, um die Arbeitsströmung in den Aiisgangskanal 13 abzuien' n. Als Folge davon verschwindet die rückueführte Mr >mung an der Steuerdüse 19, und die Arbeitsströmung kehrt zu dem Ausgangskanal 17 zurück. Dieser Schv ingungszyklus wiederholt sich fortwährend, so daß eine Folge von Impulsen am Ausgangskaual 13 erzeugt wird. Der Ausgangskanal 13 des Oszillators 11 ist an die Emgangsdüse 23 eines Strömungsübertragungsgatlers 21 angeschlossen. Das l'bertrag'.mgsgaiter 21 kann von der in Fig. 4 der USA.-Patentschrift 3 286 086 gezeigten Art sein. Die der Eingangsdüse 23 des Gatters 21 zugeführte Strömung tritt normalerweise aus

Vorzeichen die Arbeitsimpulsfolge 30 dessen Ausgangskanal 25 aus, wenn nicht die Steuer-

gegengesetzten
sperrt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen dem Austrittskanal des die Arbeitsimpulsfolge abgebenden Strömungsoszillator und dem Eingangskanal des Konverters ein die Arbeitsinipulsfolge übe.tragendes Strömungsgatter geschaltet, das an seinem Steuereingangskanal auf Drehmomentzunahme anzeigende Impulse zur Umschaltung der Arbeitsimpiilsfolge an einen mit dem Konverter nicht verbundenen Ausgangskanal des Strömungsgatters anspricht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausfühningsforin ist ein Strömungsgenerator zur Erzeugung von dem Eingang des Konverters zugeleiteten, Drehmomentabnahme an.: Agenden Impulsen vorgesehen, welcher auf die den Drehmomentabnahmen entsprechenden Slrömung.->drücke anspricht.

Dein Strömungsgenerator und dem Übcrtragimgsgatter kann ein Strömungsverstärker vorgeschaltet und dem Konverter ein Strömungsverstärker nachgeschaltet sein.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann auch allgemeinen zur Erzielung eines maximalen Werts eines dem Drehmoment des Motors entsprechenden Parameters verwendet werden, der von den Änderungen eines anderen, dem Zündzeitpunkt entsprechenden Parameters abhängt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung einer Motordrehmoment-Zündzeitpunkt-Kennlinie für eine bestimmte Molorgesch windigkeit,

Fig. 2 eine graphische Darstellung mit mehreren Motordrehmoment-Geschwindigkeits-Kennlinien, aus denen die ideale Kennlinie und die mittels der bekannten Zundzeitpuπktverstel!einrichtungen erreichbare Kennlinie hervorgehen, und

düse 29 des Übertragungsgatters 21 einen Steuerstrom erhält, der die Strömung von dem Ausgangskanal 25 zu dem Ausgangskanal 27 ablenkt. Daher wird die Impulsfolge, die an dem Ausgangskanal 13 des Oszillators 11 erzeugt wird, duidi das Übertragungsgatter 21 über dessen Ausgangskanal 25 weitergegeben, wenn der Steuerdüse 29 keine Steuerslrümung zugeführt wird.

Der Alisgangskanal 25 des Übertragungsgatters 21 ist an den Eingaimskanal 33 eines Strömungsimpulskonverters 31 angeschlossen, der z. B. von der in der USA.-Patentschrift 3 001 698 gezeigten Art sein kann. Der lmpulskonvciter 31 hat zwei stabile Zustände, in denen eine Strömung an einen der zwei Ausgangskanäle 35 und 37 abucgeben wird. Der Zustand des Konverters Zl wechselt in Abhängigkeit von der Zuführung von aufeinanderfolgenden S'römuncsimpulscn an der Eingangsdüse 33. Die Ausgangs-Kanäle 35 und 37 des Inipulskonvertcrs 31 sind an Steuerdüsen 43 und 45 eines bistabilen Strömungselements 41 angeschlossen. Da'· bistabile Element 41 kann z. B. von der in der USA.-Patentschrift 3 225 780 gezeigten Art sein, [-.ine Arbeitsströmung /' ! an einer Eingangsdüse 47 des bistabilen Elements tritt aus dem Ausgancskunül 48 aus. wenn der einen Steuerdüse 43 des bistabilen Strömungsclements 41 ein Strömungssignal zugeführt worden ist. Die Arbeitsströmung tritt dagegen aus dem Ausgangskanal 49 aus wenn der anderen Steuerdüse 45 des bistabilen Strömungsclements 41 ein Strömungssignal zugeführt worden ist. Das bistabile Element 41 erzeugt daher Strömiingssignale an den Ausgangskanälcn 48 und 49, die gegenüber den Strömungssignalcn an den Ausgangskanälen 35 bzw. 37 des Impulskonvaters 31 verstärkt sind.

Die Ausgangskanüle 48 und 49 des bistabilen Elements 41 leiten ihre Strönumgssignale zu einem Z\ linder 51 an gegeniiberlieuenden Seiten eines in

dem Zylinder verschiebbaren Kolbens 53. Eine Kolbenstange 55 an dem Kolben 53 dient zur Verstellung des Zündzeitpunktes an dem nicht dargestellten Zündverteiler. Die Richtung der Verschiebung des Kolbens 53 bestimmt, ob Zeitpunkt vor- oder zurückverlegt werde

¹^'-¹-* '-- V«rcpKiohiinir rteü Kolbens

des

-Zeitspanne, die durch die Länge der Leitung 94 bestimmt ist. Bei der Zuführung des Strömungssignals zu der Eingangsdüsc 93 wird ein Arbeitsstrom erzeugt, der aus dem Ausgangskanal 97 austritt. Nach der bestimmten Verzögerungszeit erscheint das Strömungssignal als Steuerstrom an der Sleuerdüse 95, um die Arbeitsströmung zu dem Ausgangskanal

nn — ι—b«n Γ>ο, AncoanoRknnai 97 des lHipUls-

33 des

Um die Zu- oder Abnahme des ^Mf ^o feststellen zu können graft an,den Übertragungselement 65 an, das bei Drehmoment des M^ «J^ nung im Gegenuhneigerann und

Drehmoment im "^?™™ IMhbewegung des Öbjrt^ über einen Hebel 67 auf 1einen übertragen, der in ^^

s*

der Steuerdüse 19 bestimmt ist, eine Folge ^ JiS₁^SJ_11158n, _um die Zündzeitpunktvus y »Suchbetriebsart« be^ _c ^Sht η BeSbsart des Systems zu beUeiben. Da_bd ^ _vorausgesetzt, daß das Drehmoment des Motors sich nicht ändert und somit in den Strömungs- ^_anälen _m _dem Verstärker 81 keine Druckänderunauftreten. Es erscheint somit kein Signal an der Steuerdüse 29 des Übertragungsgatters 21, so daß die

sä*

Stromungskanal 73 und ein ^"J^^men- der Membran 69 in der Kammer 71, wodurch em ÄtZegt ΐώ^die Membran öTin 35 Ausgangssignal an dem Ausgangskanal 89 des V«jr- und erzeugt einen zunehmenden stärkers 81 erzeugt wird. Dieses Ausgangssignal wird

ά^{einen abnehmen}- ^^^TC^^^^

75 sind jeweils an konverter 31 zugeführt, der das

Element

Paten schrift 3 275013

ää- zÄSgrerS^r^Är

zeig^ⁿ ^gsdüse 87 des nächsten Impulses durch das Übertragungsgatter 21 I»^ ArüSömung wird 45 verhindert. Wenn das Drehmoment infol_fe en« Druckdifferenz an Motorfehlers nicht zunimmt, d. h., wenn z. B. em

SABÄä

Ausgangskanal W ^l nehmendem ^^^ nehmendem Druck abg des Ubertragungsgatt« 21 ^^S gangskanal 89 des Veirtarkersjn,

dem ^^eh~X7^^S^S dem Druck abgibt, ist and' Strömungsimpulsgenerators M ^pulsgenerator^₉ kann z.B . USA.-Patentschnft 3 ²⁶^MO gez

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Stimmte dieser Impuls dem Konverter 31 zugeführt wird, wird die Richtung des Kolbens 53 umgekehrt, wodurch Zündzeitpunktänderung erzeugt wird, die eine Zunahme des Niotordrehmomentes bewirkt Diese Zunahme des Motordrehmomentes führt zu einer Aufwärtsbewegung der Membran 69, um am Ausgangskanal 88 des Verstärkers 81 ein Ausgangssignal ^ f _n _{das den Durchgang der Impuls}e durch ^ ^ _{21 verninderL} ^ _Zü^d

^ _{lskonverters 31 und damit deT} zustand des _bistabilen Elements41 bleibt so lange unverändert, e_Oiange-ein zunehmendes Drehmoment am Verstär'.erSl festgestellt wird, und der Kolben 53 wird .b _{Richtun verschoben}. um den

_ZündKitpUnkt einzuteilen und das Drehmoment ^terhin^Pzu erhöhe. Diese Verstellung des Zünd-

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Zeitpunktes kann selbstverständlich cine Vor- oder Zurückvcrlcgung sein, was davon abhängt, auf wc'cher Seite des maximalen Drehmomentes der F^:g. 1 die Hinrichtung zunächst zu arbeiten begonnen hatte. Die Verschiebung des Kolbens 53 unci damit die Vor- oder Zurückvcrlcgung des Zündzcilpunktes dauert an, bis der Zündzeitpunkt den Punkt durchläuft, an dem kein weiteres Drehmomentzunahmesignal erzeugt wird, und das System wieder in die sogenannte Suchbetriebsart übergeht. Bei einer Übersteuerung der Einrichtung, die zu einer Drehmomentabnahme führt, wird das abnehmende Drehmoment durch eine in Fig. 3 im Uhrzeigersinn erfolgende Drehung des Motors relativ zum Fahrzeugrahmen festgestellt, wobei eine Druckzunahme am Ausgangskanal 89 des Verstärkers 81 erzeugt wird. Das Signal, das am Ausgangskanal 89 auftritt, veranlaßt die Erzeugung eines Impulses durch den impulsgenerator 91, wodurch der Zustand des Impulskonverters 31 ebenso wie der Zustand des bistabilen Elements 41 geändert wird, um die Richtung der Verschiebung des Kolbens 53 umzukehren. Der Zündzeitpunkt wird dadurch in entgegengesetzter Richtung verstellt, wodurch die Richtung der Bewegung des Arbeitspunktes auf der Drehmoment-Zündzeitpunkt-Kennlinie der Fig. 1 umgekehrt und ein Signal am Ausgangskanal 88 während der Periode des zunehmenden Drehmomentes erzeugt wird.

Wenn der Zündzeitpunkt so eingestellt ist, daß das Drehmoment nicht langer zunimmt, verschwindet das Signal am Ausgangskanal 88 des Verstärkers 81. Dadurch kann die Impulsfolge des Oszillators 11 durch das Übertragungsgatter 21 zu dem Impulskonverter 31 wieder übertragen werden, wodurch die »Suchbetriebsart« der Einrichtung wieder hergestellt ist. In dieser Betriebsart arbeitet die Einrichtung in einem Schwingzyklus mit niedriger Amplitude um den optimalen Zündzeitpunkt, d. h. den Zündzeitpunkt, der das maximale Maschinendrehmoment erzeugt, und mit einer Frequenz, die gleich der halben Frequenz des Oszillators 11 ist.

Selbstverständlich kann dann der verwendete Drehmomentfühler in der Art eines auf Federn abgestützten Motors 61 in Verbindung mit der Membran 69 durch irgendeine übliche Vorrichtung ersetzt werden, die eine Drehmomentänderung feststellt und einen Strömungsdruck in Abhängigkeit von der Änderung des Motordrehmomentes erzeugt. Wenn an den Kanälen 73 und 75 eine Druckdifferenz crzeugt wird, die ausreichend groß ist. um das Gatter 21 und den Impulsgenerator 91 zu betätigen, kann eine Verstärkung mittels eines proportionalen Verstärkers 81 nicht erforderlich sein. Auch kann das bistabile Element 41 entfallen, wenn die Drucksignale, die an den Ausgangskanälen 35 und 37 des Impulskonverters 31 auftreten, ausreichend groß sind, um die erforderliche Verschiebung des Kolbens 53 in der Kammer 51 zu erzeugen.

Das Zündzeitpunktbetätigungselement, das schematisch als Kolben 53 in dem Zylinder 51 mit einer Stange 55 dargestellt ist, kann irgendein Element sein, um die Druckdifferenz, die an den Ausgangskanälen 48 und 49 des bistabilen Elenents41 auftritt, in eine mechanische Bewegung umzuwandeln,

die einen üblichen Zündzeitpunktverstellmechanismus zu betätigen vermag.

Durch eine einfache Abwandlung kann die Einrichtung nach F i g. 3 so ausgebildet werden, daß sie Änderungen des Drehmomentes kompensiert, die

as auf geänderte Gaspedaleinstellungen des Motors zurückzuführen sind. Zum Beispiel kann in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens 53 und der Kolbenstange 55 ein Strömungsmitteisignai ais Funktion der Gaspedaleinstellungsänderung erzeugt und

in dem Strömungsmittelkreis als Eingangssignal verwendet werden, wenn die Gaspedaleinstellung geändert wird. Wenn z. B. die Motorleistung durch Verzögerung des Zündzeitpunktes während einer Geschwindigkeitsabnahme maximal wird, könnte ein geeignetes Drucksignal dem Zylinder 51 wllhrenil der Abnahme der Geschwindigkeit zugeführt werden, um den Zündzeitpunkt für die besondere Gaspedaleinstelländerung optimal zu wählen. Auch könnte ein Signal von dem Gaspedal dem Verstärker 81 oder

unmittelbar dem Gatter 21 zugeführt werden, um die Wirkung des befohlenen Drehmomentänderungssignals, das von dem Membrankolben 69 empfangen wird, zu unterdrücken und dadurch die Strömungseinrichtung während der Gaspedal änderungen in der Suchbetriebsart zu halten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Verstellen des Zündzeitpunktes von Brennkraftmaschinen mit einer Vorrichtung zur Vor- und ZuriickverLgung des Zündzeitpunktes, gekennzeichnet durch einen die ZündzeitverstellvorrichtungiSl) :teuernden Strömungskonverier (31), der entsprechend einer Eingangsimpulsfolge zwischen zwei stabilen Zuständen wechselt und von einer kontinuierlichen Folge von Arbeitsimpulsen und abgegebenen Drehmomeniänderungsimpulsen eines bestimmten, die Zu- oder Abnahme des Drehmo-nenk-s der Brennkraftmaschine anzeigenden Vorzeichens (--) gesteuert ist, wobei ein Drehmornn ';^;nderungsi . puls mit einem entgegengesetzten Vorzeichen ( I ) die Arbeitsimpulsfolge sperrt.

2. F-.inrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Austriüskanal (13) des die Arbeitsimpulsfol^.e abgebenden Strömungsoszillator* (11) und dem E^:ingangskanal (33) des Kor ;rters (31) ein die Arbeitsimpulsfolge übertragendes Stromungsgatter (2L) geschaltet ist, das an seinem Steuereingangskanal (29) auf DrehmonvMit/.unahme anzeiger««; Impulse zur Umschaltung der Arbeitsimpulsfolge an einen mit dem Konvertsr nicht verbundenen Ausgangskanai (27) des Slrumungsgatters (21) anspricht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sl.römungsgenerator (91) zur Erzeugung von dem Eingang (33) des Konvertors (31) zugeleiteten, Drehmomentabnahme anzeigenden Impulsen vorgesehen ist, welcher auf die den Drehmomentabnahmen entsprechenden Strömungsdrücke anspricht.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strömungsgenerator (91) und dem Stromungsgatter (21) ein Strömiinnsverstärker (81) vorgeschaltet ist, wobei der eine Ausgangskanal (89) des Strömungsverstärkers (81) an den Eingangskanal (93) des Strömungsgencrators (91) und der andere Ausgangskanal (88) des Strömungsverstarkers(81) an den Steuereingangskanal (29) des Strömungsgatters (21) angeschlossen ist und wobei an den einen Steuereingang (83) des Strömungsverstarkers (81) die den Drehmomentzunahmen entsprechenden Strömungsdrücke und an den anderen Steuereingang (85) des Strömungsverstärkers (81) die den Drehmomentabnahmen entsprechenden Strömungsdrücke geführt sind.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Konverter (31) ein Verstärker (bistabiles Strömungselement 41) nachgeschaltct ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Abgabe von Drehmomentzunahme entsprechenden Strömlingsdrücken sowie Drehmomentabnahme enbprechcnden Strömungsdrücken aus einem ein Strömungsmittel enthaltenden Gehäuse (71) mit einem eingespannten Membrankolben besteht, der zwei Strömungskammern mit je eii.jm Ausgang zur Abgabe von den Dreh momentanderungen entsprechenden Slrtfimingsdrücken aufweist, wobei der Membrankolben über Hebel (65,67) mit dem federnd abgestützten Gehäuse einer Verbrennungskraftmaschine (61) verbunden ist.