DE2253418A1 - Verfahren und vorrichtung zum pruefen von verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

zum .Prüfon von Verbrennungsmotoren

Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotore, etwa Kraftfahrzeugmotore, und bezieht sich insbesondere auf ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Kessung und/oder Bestimmung des ZündwinkeXε des Motors, d.h. desjenigen V/inkels relativ zur oberen Totlage der Kolben" innerhalb ihrer Zylinder, bei dem der Zündfunke in den Kotorzylindern auftritt. Die Erfindung hat dabei.unter anderem zum Ziel, ein verbessertes automatisches Prüfsystsin zu schaffeni etwa ein System mit einem mehrere Prüfstände bedienenden Fließband, bei dem jeder Prüfstand zur Aufnahme eines zu prüfenden Notors dient und so arbeitet, daß er den Zündzeitpunkt relativ zur oberen Totlage des Motorkolbens ermittelt (der gewöhnlich als "Zündwinkel" bezeichnet wird) und auf einen bestimmten oder gewünschten v/ert einstellt oder justiert.

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• et e sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung des Zündwinkels offenbart, wobei mit einem Coder gearbeitet wird, der rasche Impulse, etwa'3600 Impulse pro Umdrehung der-Motor-" welle oder 10 Impulse pro Grad, erzeugt. Dieses System arbeitet auf der Grundlage der Zählung, d.h. auf der Grundlage von vfinkelgraden. Durch eine derartige Zählung ermittelt das System den Zündwinkel und liefert das gewünschte

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Ergebnis. Das bekannte System erbringt gute Resultate und ist unter bestimmten Bedingungen besonders geeignet; es läßt sich jedoch nicht unter allen Bedingungen ökonomisch verwenden. So bildet ein Coder eine verhältnismäßig teure Einrichtung, die außerdem leicht zerbrechlich ist. Ein Coder ist ferner r-chr empfindlich gegen Stöße und kann selbst durch verhältnismäßig schwache Stöße unbrauchbar v/erden. Außerdem nuß der Coder in einem Prüfsyεten mit dem Motor verbunden werden; er läßt sich jedoch mit einem Fahrzeugmotor auf einem Parkplatz oder unter ähnlichen Bedingungen nicht leicht verbinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Messung und/oder Einstellung des Zündwinkels eines Motors zii schaffen, das ohne Coder auskommt.

Zur Aufgabe der Erfindung gehört es, ein System zu vermitteln, das unabhängig davon, ob sich der Motor in einem Prüfstand befindet, in einem Fahrzeug arbeitet oder unter sonstigen geeigneten Bedingungen zur Prüfung installiert ist, die Kessung des Zündwinkels von Verbrennungsmotoren gestattet.

Aufgabe der Erfindung ist ferner ein verbessertes Motorprüfsystem zur Ermittlung des Motorzündv/inkels, das sich bequem in Reparaturwerkstätten.verwenden laßt, ohne daß sich Einschränkungen aus der in der Werkstatt vorhandenen Ausrüstung oder dem Personal ergeben.

Zur Aufgs.be der Erfindung gehört es ferner, einen verbesserten Prüfstand zu schaffen, der den zu prüfenden Motor aufnimmt und zur Ermittlung des Zündv/inkels betreibt, ohne jedoch wirkliche Zündungen in den Zylindern durchzuführen, so daß die Notwendigkeit, den Motor mit Benzin oder sonstigem brennbaren Gas, etwa Butanges, zu betreiben, und die damit verbundenen Unannehmlichkeiten und. Schwierig-

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keiten wegfallen. .

Zur Aufgabe der Erfindung gehört es ferner, ein verbessertes Prüfsystem für Kraftfahrzeugmotore zu schaffen, das mehrere Prüfstände zur Aufnähme'der zu prüfenden Motoren von Ladestationen umfaßt, wobei die einzelnen Motore sicher in die jeweiligen Prüfstände eingesetzt werden-und der jeweilige Prüfstand den Motor so betreibt, daß dessen Zündwinkel richtig ermittelt wird,· und den Verteiler automatisch zur Erzeugung eines gewünschten Zündwinkels verstellt, wobei ferner der zu prüfende I.otor aus. dem jeweiligen Prüfstand entfernt und an eine Entladestation abgegeben wird. ■

Ferner gehört es zur Aufgabe der Erfindung, einen Prüfstand zu schaffen, der in der Lage ist, den jeweils zu prüfenden Motor aufzunehmen und zur Ermittlung seines Zündwinkel-s' fh betreiben, ohne daß eine Kühlung des Motors mit Wasser oder die Entfernung von Abgasen erforderlich iß"

tit.

Zur Aufgabe der Erfindung gehört es weiterhin, ein verbessertes Motorprüfsystem vorzusehen, das in der Lage ist, den jeweils zu prüfenden Motor zur Ermittlung seines.Zündwinkels zu betreiben, die Befestigungseinrichtungen d.es Motorverteilers, etwa, eine Verteiler-Halteschraube, zu lösen, den Verteiler zur Erzeugung eines bestimmten Zündwinkels zu justleren und danach die Befestigungseinrichtungen wieder festzuziehen.

Zur Aufgabe der Erfindung gehört es weiterhin, ein verbessertes Motorprüfsystem der obigen.Art zu schaffen, das eine von dem Zündsystem des Motors in Relation zu einem bestimmten gewählten Zylinder betätigte Zündkerze umfaßt, ferner eine .Einrichtung zur Erzeugung von Impulsen gleichmäßiger Frequenz, eine Einrichtung zur gleichzeitigen Zählung der so erzeugten Impulse über eine gesamte Umdrehung

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der Motorwelle und damit über einen Winkelgrad der Umdrehung sowie gleichzeitig zur Zählung der Anzahl dieser gleichmäßigen Impulse von dem Moment an, zu dem die Zündkerze des ausgewählten Motors zündet, bis zu dem Moment, zu dem der Kolben des ausgewählten Zylinders seine obere Totlage erreicht. Der Zündwinkel wird' dann dadurch erhalten, daß die dem letztgenannten Zählwert entsprechende Zeit durch die für einen Grad der Motorumdrehung benötigte Zeit dividiert wird.

Zur Erfindung gehört es ferner, ein verbessertes System zur Messung und/oder Einstellung des Zündwinkels vorzusehen, bei dem die gleichmäßigen Impulse von einem Kristalloszillator mit bekannter, gleichmäßiger Frequenz erzeugt werden.

Es gehört weiterhin zur Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes System zur Messung und/oder Einstellung des Zeitwinkels vorzusehen, bei dem das Signal von einem durch einen harmonischen Dämpfer betätigten magnetischen Abnehmer empfangen und am Anfang und am Ende einer Umdrehung des Motors im oberen Totpunkt abgegeben wird. Dabei soll ein zweites Signal in dem Zeitpunkt erzeugt werden, zu dem die Zündkerze des ausgewählten Zylinders zündet. Die beiden Signale sollen dabei über einen Impulswandler geführt v/erden, der jedes der Signale in einen mit dem System kompatiblen Niedercpannungsimpuls umsetzt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes System zur Messung und/oder Justierung des Zündwinkels von Verbrennungsmotoren zu schaffen, bei dem gleichzeitig eine Zählung von zv/ei Vierten bezüglich der gleichen und gleichmäßigen Zeitimpulse aufgenommen wird; einerseits wird dabei die Anzahl von Impulsen für eine vollständige und genaue Umdrehung der Motorwelle aufgenommen, die auch die Anzahl von Impulsen pro Grad Drehung angibt; zum zweiten wird die Anzahl von Impulsen von dem Moment, zu dem die Zündkerze in dem jeweils ausge-

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wählten Zylinder zündet, bis zu dem Moment, zu dem der Kolben des Zylinders seine obere Totlage erreicht (für Zündvoreilung), aufgenommen. Wie ersichtlich, läßt sich der Zündwinkel nach Empfang der Vierte dieser beiden Zah- . len leicht berechnen. Andererseits läßt sich dann, wenn nur ein Wert gezählt wird, der Zündwinkel nicht erhalten, da es dann, wenn die Anzahl der Impulse innerhalb des Zündwinkels zur Verfügung steht, nicht möglich ist, diesen Winkel bezüglich der Winkelgrade der Drehung der Motorwelle auszudrücken, v/eil der Wert der Impulse in dem Zündwinkel bedeutungslos ist, wenn er nicht in Beziehung zur Drehung der Motorwelle ausgedrückt wird«,

Eine v/eitere Aufgabe der' Erfindung besteht darin_? ein verbessertes System zur Messung und Einstellung des Zündwinkels von Verbrennungsmotoren zu schaffen, das auch die Drehzahlwerte des Motors während des Meßintervalls angibt„

Zur Aufgabe der Erfindung' gehört es weiterhin«, die Zeit~ winkelmessung zur Einstellung des Verteilers und zum Vergleich der erzielten Ergebnisse mit den oberen und unteren Grenzen eines vorgegebenen Zeitwinkelbereichs heranzuziehen„ Zur Einstellung des Verteilers soll dabei ein Servomechanismus dienen.

Zur Aufgabe der Erfindung gehört es ferner, ein verbessertes System zur Messung und/oder Einstellung des Zeitwinkels von Verbrennungsmotoren zu" vermitteln, bei dem die · erforderlichen mathematischen Rechnungen unter Anwendung der Binärmathematik durchgeführt werden,,

Zusätzlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Prüfsystem der obigen Art zu schaffen, das in seinem Aufbau verhältnismäßig einfach ist,'zuverlässig arbeitet, mit möglichst wenig Personal auskommt und leicht zu reparieren und zu bedienen ist.

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Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen erläutert; in den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Steuerkastens zum Betrieb des erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Aufbaus nach Fig. 1 mit abgenommener Seitenwand;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein System bei Verwendung in mehreren über ein Fließband verbundenen Prüf ständen zur Messung unc3/oder Einstellung des Zündwinkels von Verbrennungsmotoren bei Serienfertigung;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Prüfstands mit einem darin gezeigten Motor;

Fig. 5 eine schernaticche Darstellung eines Systems, wie es sich bei einem Motor außerhalb eines. Prüfstands verwenden läßt;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Multiplikations-Zähler ^ einem binären Zeitzähler und einem binärcodierten dezimalen Zeitzähler;

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines vollständigen Systems mit dem Multiplikations-Zähler, dem binären Zeitzähler, dem binärcodierten dezimalen Zeitzähler, einem binären Drehzahlzähler und einem binärcodierten dezimalen Drehzahlzähler;

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines vollständigen Systems mit einer Apparatur, wie sie erforderlich ist, um den Zündwinkel und die Drehzahl des Motors zu berechnen, den erhaltenen Zündwinkel mit einem gegebenen Zünd-

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winkeTbereich für den jeweils,gegebenen Drehzahlbereich zu vergleichen und den Verteiler zur Erzeugung des gewünschten Zündwinkelwertes automatisch einzustellen, sowie mit einer Einrichtung, die das System intern prüft und seine richtige Arbeitsweise sicherstellt;

Fig. 9 eine Variante der Einrichtung zur Erzeugung des Signals in der oberen Kolbentotlage un- ~" - ter Verwendting eines Schlitzes in dem harmonischen Dämpfer;

Fig. 10 eine weitere Variante der Einrichtung zur Erzeugung des Signals in der oberen Kolbentotlage unter Verwendung .eines Lochs in dem harmonischen Dämpfer;

Fig. 11 eine weitere Art der Abnahme eines die Zündung der Zündkerze angebenden Signals durch nicht-induktive Mittel:

Fig. 12 eine Art der Abnahme des Zündsignals ohne die Verwendung einer Zündkerze;

Fig. 13 ein System zur induktiven Abnahme des Zündsignals; und

Fig. 14 ein System, bei dem sich das Zündsignal vom Verteiler des jeweiligen Verbrennungsmotors abnehmen läßt. '

In der deutschen Of<ei\Le5tmgss<=fmft Z οV3> 3a? / . " ■; · g sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung und Einstellung des Zündwinkels von Verbrennungsmotoren offenbart, wobei tatsächlich die Winkelgrade" gemessen werden, ^^ die der Funken voreilt» Bei der Anwendung eines derartigen Verfahrens und einer derartigen Vorrichtung wird nur eine Gruppe von Vierten gemessen, und der Vorgang wird vollendet, nachdem das Resultat inform eines solchen Wertes, d.h. die Größe des Ze'itwinkels, erhalten worden ist. ^e^ { |

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Erfindungsgemäß werden gleichzeitig zwei '.7erte gemessen. Zum ersten wird die Zeit für eine vollständige und genaue Umdrehung der Rotorwelle von einer oberen Totlage des ausgewählten Zylinders bis zur nächsten oberen Totlage gemessen. Derartige Messungen v/erden mittels gleichmäßiger Impulse durchgeführt, die aus einer Einrichtung zur Erzeugung von Impulsen ausreichender und gleichmäßiger Frequenz stammen. Während diese Impulse erzeugt v/erden, wird zum zweiten die Anzahl der Impulse gemessen, die von dem Zeitpunkt, zu dem die Zündkerze in dem gewählten Zylinder zündet, bis zu dem Zeitpunkt auftreten, zu dem der Kolben in dem gewählten Zylinder (bei Zündungsvoreilung) seine obere Totlage erreicht. Durch gleichzeitige Messung beider Größen werden Werte erhalten, die die Berechnung des MotorzündwinkeIs gestatten.

Würde nur eine Größe gezählt, etwa die Impulse zwischen dem Zeitpunkt der Zündung und dem Zeitpunkt der oberen Totlage des Kolbens, so würde man nur die Zeitspanne zwischen diesen beiden Momenten erhalten, jedoch keine Möglichkeit haben, die Zeitspanne in Winkelgraden, d.h. als Zündwinkel auszudrücken, v/eil dazu die Kenntnis derjenigen Zeitspanne erforderlich ist, die der Motor zur Drehung um einen Grad benötigt. Da jedoch gleichzeitig die Anzahl der Impulse für eine volle und genaue Umdrehung bestimmt wird, läßt sich die Anzahl von Impulsen pro Grad durch Division der Impulszahl für eine volle Umdrehung durch 360 berechnen. Im Anschluß daran wird die Zahl der Impulse zwischen dem Moment der Zündung und dem Moment der oberen Totlage des Kolbens durch die Zahl der Impulse für einen Grad geteilt, um den Zündwinkel in Graden zu erhalten.

Bei den hier in erster Linie angesprochenen Motoren des Viertakt-Typs zündet die Zündkerze während zweier voller Umdrehungen einmal. Vorzugsweise wird daher die Anzahl von Impulsen für zweie volle und genaue Umdrehungen gezählt.

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Das oben beschriebene Verfahren der- gleichzeitigen Zählung zweier Größen, nämlich erstens-der Anzahl von Impulsen relativ zu den Umdrehungen des Motors und.zweitens der Anzahl von Impulsen, die auftreten, während sich der Motor um den Zündwinkel dreht, liefert ein definiertes Ergebnis, das sich durch Zählung nur einer Größe nicht erreichen läßt.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann jede beliebige Einrichtung zur Erzeugung bekannter und gleichmäßiger Impulse verwendet werden. Da die Zählung der Impulse gleichzeitig erfolgt, braucht nur eine Impulserzeuger-Einrichtung verwendet zu werden, wobei beide Größen anhand der von dieser Einrichtung erzeugten Impulse gezählt werden.

Vorzugsweise wird zur Erzeugung der Impulse ein Kristalloszillator verwendet, da ein solches Gerät zur Erzeugung bekannter und gleichmäßiger Impulse außerordentlich hoher Frequenz, etwa einer Frequenz von 2 MHz, dienen kann.

Um die Grenzen für eine Umdrehung oder zwei Umdrehungen festzulegen, werden Einrichtungen zur Anzeige der oberen Totlage verwendet, die einen magnetischen Aufnehmer in Verbindung mit einem harmonischen Dämpfer oder einer ähnlichen an dem Motor vorgesehenen Einrichtung umfassen können.

Verwendet wird die Zündung der Zündkerze eines ausgewählten Zylinders, wobei diese Zündkerze innerhalb oder außerhalb des Zylinders angeordnet sein kann. Zur Anzeige der Kolbenstellung in der oberen Totlage dieses ausgewählten Zylinders kann die gleiche Einrichtung .wie zur Bestimmung der Grenzen der Umdrehungen herangezogen werden.

Das im Folgenden beschriebene erfindungsgemäße System ist zur Prüfung oder Kontrolle von Motoren "in der Kraftfahrzeugfertigung bestimmt. Der jeweilige Motor kann dabei ohne spezielle Prüfstände oder Fließbänder in allen geeigneten

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Bedingungen geprüft werden, wie sie in der Fertigung anzutreffen sind, oder die Prüfung kann in einem Prüfstand oder in einer großen Anzahl von über ein Fließband zu einem System zusammengeschlossenen Prüfständen erfolgen, wobei die Motoren von Ladestationen her aufgenommen, zur Prüfung auf die nicht belegten Prüfstände des Fließbandes verteilt und nach der Prüfung von den Prüfständen entfernt und einer Entladestation zugeführt werden.

Statt des die wirkliche obere Totlage des Kolbens in dem Zylinder angebenden Signals kann auch ein anderes Signal erzeugt und verwendet werden, solange die genaue Beziehung zwischen dem Signal und der tatsächlichen Totlage bekannt ist; dabei kann das sich ergebende Resultat durch die entsprechende Differenz korrigiert werden. In ähnlicher Weise ist es möglich, statt der Zündkerze Hr. 1 eine andere Zündkerze zu benützen, solange die genaue Beziehung zwischen dem Signal und der Zündung dieser Zündkerze Nr. 1 bekannt ist; wiederum kann das Resultat mit der entsprechenden Differenz korrigiert v/erden. Beispielsweise könnte die Zündkerze Nr. 2 verwendet werden. Ferner ist es möglich, ein Signal, das nicht von der gewählten Zündkerze sondern von der Wicklung stammt, oder auch die von dem Verteiler erzeugten Impulse zu verwenden.

In Fig. 3 ist eine Prüfanlage mit mehreren über ein Fließband 11 verbundenen Prüfständen 10 gezeigt. Bei dem Fließband 11 kann es sich um ein Band handeln, wie es etwa aus fder · »"

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U.S.-Patentschrift 3 527 087 bekannt ist. Das Fließband 11 bedient die Prüfstände 10, indem es die zu prüfenden Motoren, etwe 12 (gem. Fig. h), von einer Ladestation 13 zu den Jeweiligen Prüfständen befördert. Ein leerer Prüfstand empfängt dabei den ersten vorbeigeführten noch ungeprüften Motor und gibt den geprüften Motor nach Beendigung der

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fung an das Band zur Abgabe an die Station 13 zur Entladung zurück. Der geprüfte Motor wird von keinem anderen Prüfstand angenommen, selbst wenn dieser leer ist.

Die in den einzelnen Prüfständen durchgeführte Prüfung hängt von den vorgegebenen Erfordernissen ab, wobei die Motore mit Benzin, Butangas, komprimierter Luft, elektrisch oder mit Hilfe eines Fluidummotors (Gas- oder Flüssigkeitsmotors) betrieben werden können. Die Verwendung von komprimierter Luft, Elektrizität oder einem Fluidummot.or gewährleistet die Erzielung einer bestimmten Geschwindigkeit, ohne daß der Motor gekühlt zu werden braucht; jedoch kann Wasser in dem Motor verwendet werden-, um Ühdichtigkeitsprüfungen durchzuführen und dadurch Undichtigkeiten des Nassermantels gegen Atmosphäre zu bestimmen. Auch der Öldruck kann bei dieser Prüfung bequem kontrolliert werden, indem er während des Motorlaufs kontinuierlich überwacht wird und der Motor bei Versagen.des Öldrucks angehalten wird, Auch eine sichtbare und hörbare .Prüfung auf Geräusche kann durchgeführt werden.

Fig. 4 zeigt einen Prüfstand mit einem darin befindlichen zu prüfenden Motor 12, der so angeordnet ist, daß er mittels eines über eine Kupplung 16 verbundenen Motors 14 angetrieben, werden kann. In dem Prüfstand 10 ist ein Steuerkästen für die weiter unten beschriebenen Zwecke vorgesehen. ■

Die Berechnung des Zündwinkels wird dadurch erreicht, daß die Zeit in Sekunden zwischen dem Moment der Zündung der Zündkerze Nr. 1 (bei angenommener Zündvoreilung) und dem Moment, in dem der Kolben des gewählten Zylinders die obere Totlage erreicht, gemessen und dieser Wertdurch die Zeit in Sekunden pro Grad Motordrehung geteilt wird. Dieser Vorgang kann durch die mathematische Formel

: - Zündwinkel = 720 -γ.

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ausgedrückt werden, wobei Y der Zeit in Sekunden zwischen der Zündung und der oberen Totlage und X der Zeit in Sekunden für zwei Motorumdrehungen gleich ist.

Um die Vierte für Y und X zu erzielen, sind zwei Signale von dem Motor erforderlich, nämlich das Signal für die obere Totlage (TDC) und das Zündßignal.

Gemäß Fig. 4 wird das Signal TDC folgendermaßen erzeugt. Am vorderen Ende des Motors 12 wird ein harmonischer Dämpfer 15 montiert, der an seinen Umfang mit einem zu der oberen Totlage des Kolbens des Zylinders Nr. 1 in Beziehung stehenden Schlitz oder einer Nut 18 versehen ist. In dem Prüfstand ist ein magnetischer Aufnehmer 20 derart installiert, daß er mit dem Schlitz 18 zusammenarbeitet, wenn sich der Kolben des Zylinders Nr. 1 in seiner oberen Totlage befindet, so daß in dieser Stellung jedesmal ein elektrischer Impuls erzeugt wird. Dieser Impuls bildet: das Signal TDC, dessen Verwendung weiter unten erläutert werden soll.

Gemäß Fig. 5 liefert der Verteiler 38 Hochspannung über die Zündkerzenleitung 26 zur Zündung der Zündkerze 31. Das Zündsignal wird von einer die Leitung 26 umgebenden Drahtschleife, Spule oder Klammer 32 erzeugt, wobei jedesmal, wenn an der Leitung 26 Hochspannung liegt, in der Schleife 32 ein Strom induziert wird. Dieser induzierte Strom bildet das Zündsignal, dessen Zweck weiter unten erläutert werden soll. Erfindungsgemäß braucht die Zündkerze 31 nicht in dem zu prüfenden Motor 12 montiert zu sein; sie kann auch außerhalb dieses Motors angeordnet sein, und das Zündsignal kann sogar ohne Verwendung einer Zündkerze erzeugt werden.

Geraäß Fig. 6, 7 und 8 passiert das in der obigen Art und V/eise von dem magnetischen Aufnehmer 20 erzeugte Signal TDC

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einen Signalwandler 22, der das Eingangssignal in einen mit dem übrigen System kompatiblen Impuls kurzer Dauer (ungefähr 10 MikrοSekunden) umsetzt. Dieses Signal dient dann dazu, den binären Drehzahlzähler 23 einzuschalten, und dieser beginnt, die von einem"Kristalloszillator 24 erzeugten Impulse zu zählen. Die Schaltung mißt dann das Zeitintervall für zwei vollständige Umdrehungen des harmonischen Dämpfers 15, was mit zwei Umdrehungen des Motors äquivalent ist. Erreicht wird dies über eine Steuereinheit 27, die den binären Drehzahlzähler 23 einschaltet, wenn ein die obere Totlage angebendes Signal auftritt. Der Zähler zählt die Impulse, deren Frequenz aus einem von dem Kristalloszillator 24 angesteuerten Frequenzteiler 28 stammt, so lange, bis zwei Umdrehungen des harmonischen Dämpfers beendet sind; die Beendigung wird durch ein weiteres eine obere Totlage angebendes Signal angezeigt. Das Ergebnis dieser Impulszählung wird in dem binären Drehzahlzähler gespeichert und ist proportional zu dem obigen Wert X.

Da es sich im Vorliegenden "um einen Viertakt-Motor handelt, muß die Zündkerze Nr. 1" während der soeben gemessenen zwei Motorumdrehungen einmal gezündet haben. Bei einem System mit Zündvoreilung tritt das Zündsignäl kurz vor der oberen Totlage, bei Zündverzögerung kurz nach der oberen Totlage auf. Die Schaltung mißt die Anzahl der zwischen der Zündung und der oberen Totlage (für Zündvoreilung) auftretenden ■ Impulse. Erreicht wird dies durch die Steuereinheit 27, die einen binären Zeitzähler 30 einschaltet, wenn das Zündsignal von der Schleife 32 auftritt,und ausschaltet, wenn das eine obere Totlage angebende Signal auftritt. Während der Zeitspanne, in der der binäre Zeltzähler 30 eingeschaltet ist, zählt er die Impulse, deren Frequenz aus dem von dem Kristalloszillator 24 angesteuerten Frequenzteiler stammt. Diese Impulszahl ist dem in deT obigen Gleichung benötigten Wert Y proportional.

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Sodann wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung die eigentliche Berechnung des Zündwinkels durchgeführt. Dazu wird ein Register 29 gelöscht, und der Inhalt des. binären Zeitzählers 30 wird dem Eingang eines Addierers 33 zugeführt. Diese Zahl wird um eine zu 720 proportionale Anzahl von Malen über den Addierer 33 zum Inhalt des Registers 29 hinzuaddiert, und das neue Resultat wird in das Register 29 eingegeben, wobei die Anzahl von Additionen von dem Multiplikationszähler 34 gezählt wird. Der vorher gespeicherte Inhalt des binären Drehzahlzählers 23 wird in negierter Form dem Eingang des Addierers 33 zugeführt. Diese Zahl wird über den Addierer 33 zum Inhalt des Registers 29 hinzuaddiert, und das Ergebnis wird wiederum in das Register 29 eingegeben. Enthält das Register 29 nun eine von Null verschiedene positive Zahl, so wird von dem binärcodierten dezimalen (BCD) Zeitzähler 35 ein Impuls gezählt. Dieser Vorgang wiederholt sich, solange das Register 29 eine positive Zahl enthält. Hört der Vorgang auf, so enthält der BCD-Zeitzähler 35 das Ergebnis der Multiplikation der Konstanten durch Y und danach diese durch X di-

Y vidierte Größe, die dann gleich 720 -v-, d. h. gleich dem

Zündwinkel ist. Zur optischen Ablesung des so erhaltenen ZUndwinkels ist eine Zündwinkel-Anzeige 36 vorgesehen.

Zündet die Zündkerze vor der oberen Totlage, so gibt eine positive Anzeigelampe an der Zündwinkelanzeige 36 an, daß der Motor mit Zündvoreilung arbeitet.Tritt dagegen die obere Totlage auf, bevor die Zündkerze zündet, so läuft der Motor mit Zündverzögerung, was durch eine negative Anzeigelampe angezeigt wird.

Soll der Motor im Zustand der Zündverzögerung zeitlich eingestellt werden, so ist die Zeitspanne zwischen der Totlage und der Zündung immer noch eine positive Zahl, und ^ sämtliche Berechnungen werden in der gleichen Weise wie oben durchgeführt.

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Fig. 7 zeigt das gleiche System wie Fig. 6, wobei außerdem eine zur Berechnung der Drehzahl erforderliche Einrichtung vorgesehen ist. · .

Die Motordrehzahl wird dadurch berechnet, daß die Zahl 60 (d. h. die Anzahl von Sekunden in einer Hinute) durch die Zeit in Sekunden für eine Umdrehung des Motors geteilt wird. Dieser Vorgang läßt sich durch die mathematische Gleichung

Drehzahl =

ausdrücken, wobei X die Zeit für zwei Umdrehungen des Motors ist.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die eigentliche Berechnung der Drehzahl unter Verwendung der obigen Gleichung folgendermaßen. Das Register 29 wird gelöscht, und eine der Konstanten 120 proportionale Zahl wird über den Addierer 33 zum Inhalt des Registers 29 hinzuaddiert, wobei das Resultat in das Register 29 zurückgespeichert wird. Der vorher gespeicherte Inhalt des binären DrehzahlZählers 23 wird in negierter Form an den Addierer 33 gelegt. Diese negative Zahl wird über den Addierer 33 zu dem Register 29 hinzuaddiert_? und das neue Ergebnis wird wiederum in das Register 29 eingespeichert. Enthält das Register 29 nun eine von KuIl verschiedene positive Zahl, so wird in einem binärcodierten dezimalen (BCD) Drehzahlzähler 39 ein Impuls gezählt. Dieser Vorgang wiederholt sich, solange das Register 29 eine positive Zahl enthält. Der BCD-Drehzahlzähler 39 enthält nun das Ergebnis der Division der Konstanten durch den Inhalt des binären

12Ω Drehzahlzählers 23, wobei dieses Ergebnis gleich der Größe -*£-=-,

d. h. gleich der. Motordrehzahl ist.

Die für die beiden Berechnungen verwendete tatsächliche Schaltung und die darin benutzten Zahlen sind so ausgelegt, daß der Schaltungsaufwand möglichst klein ist und in der gesamten

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Schaltung etwa der gleiche Grad an Auflösung erzielt wird. Daher werden statt der tatsächlichen Zahlen solche Zahlen i verwendet, die den Konstanten in den oben angegebenen Glei- \ chungen proportional sind.

Gemäß Fig. ß ist eine Drehzahlanzeige 41 vorgesehen, die f eine sichtbare Ablesung der Motordrehzahl liefert. Die Ergebnisse der Drehzahlberechnung werden ferner einem Dreh- ( zahlkoraparator 42 zugeführt, der den Inhalt des BCD-Dreh- ΐ zahlzählers 39 mit gegebenen unteren und oberen Grenzen , vergleicht. Liegt die Zahl nicht innerhalb dieser Grenzen, so wird ein Zeitwinkelkomparator 43 von einem Verriegelungs- ; relais 40 abgeschaltet und die Zeitwinkelanzeige gelöscht. Liegt die Drehzahl innerhalb der vorgegebenen Grenzen, so vergleicht der Zeitwinkelkomparator h3 den Inhalt des BCD-Zeitzählers 35 mit den unteren und oberen Grenzen und gibt durch Einschalten der betreffenden der Anzeigelampen 44 an, ob der Zeitwinkel groß, klein oder in einem mittleren Band liegt; erforderlichenfalls erregt er auch eines der ent-r sprechenden Relais zur Aussteuerung eines Servomechanismus 37 in der entsprechenden Richtung, der den Verteiler 38 zur Erzeugung eines Zündwinkels mit gewünschtem Wert justiert.

Dabei wird eines von zwei Relais erregt. Ist der Zündwinkel zu groß, so wird das dem großen Wert zugeordnete Relais 45 betätigt, das den Servomechanismus 37 zur Drehung des Verteilers 38 in der entsprechenden Richtung zur Verkleinerung des Zündwinkels steuert, wobei gleichzeitig der Rechen- und Vergleichsvorgang erneut anläuft, um festzustellen, ob der neue Wert des Zündwinkels innerhalb des mittleren Bandes liegt. Ist der Zündwinkel zu klein, so wird ein dem kleinen Wert zugeordnetes Relais 46 derart erregt, daß der Servomechanismus 37 den Verteiler in der entgegengesetzten Richtung dreht und damit den Zündwinkel vergrößert; wiederum folgt der gleiche erneute Rechen- und Vergleichsvorgang.

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Bei Beendigung des obigen Vorgangs sind der "Zündwinkel und die Drehzahl berechnet worden,/ die Drehzahl mit einem gewünschten Wert verglichen worden und, falls die Drehzahl in diesem gewünschten Bereich liegt, der Wert des Zündwinkels zur Justierung des Verteilers und damit zur Erzielung- des gewünschten Zündwinkels verwendet worden.

Der Servomechanismus und die zugehörige Steuerschaltung können auch weggelassen und die Einstellung von Hand vorgenommen werden, falls das System manuell verwendet wird.

Bei einer Motor-Simulatorprüfung,- die durch einen Betriebsarten-Schalter 4? angewählt werden kann, werden über den Frequenzteiler Impulse, die die obere Totlage und den Zündfunken darstellen, ansteile der aus dem Signalwandler stammenden Impulse geliefert. Unter diesen Bedingungen werden an der Zündwinkelanzeige 36 und an der Drehzahlanzeige 41 spezielle Zahlen angezeigt. Dadurch wird eine leichte interne Eigenkontrolle zur Überprüfung der Arbeitsweise der Einheit vermittelt. \

Soll das Sjrstem ein stabileres oder sichereres Ergebnis liefern, so kann die Berechnung des Zündwinkels und der Drehzahl statt über zwei über eine größere Anzahl von Umdrehungen durchgeführt werden. Vorzugsweise wird dabei eine Potenz der Zahl 2 (d. h. 2^Z, .wobei ζ = 0,1,2... ist) verwendet, da das System die mathematischen Berechnungen im Binärsystem, das auf der Zahl 2 basiert, durchführt. An einem Mittelwertschalter 48 läßt sich dazu eine Zahl für die Mittelwertbildung, etwa 4 oder 8, anwählen.

Die Messung der Anzahl von Impulsen über zwei vollständige und genaue Umdrehungen des Motors kann auch zwischen zwei Zündungen erfolgen, da diese Zeitspanne gleich zwei Umdrehungen des Motors ist.

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Fig. 9 zeigt einen mit einem Schlitz 51 versehenen Dämpfer 50, wobei ein Lämpchen 52 vorgesehen ist, das ein Lichtsignal erzeugt imd damit einen Lichtfühler, etwa einen Fototransistor 53, beeinflußt, um ein Signal für die obere Totlage zu erzeugen.

Fig. 10 zeigt eine Variante des harmonischen Dämpfers; danach ist der Dämpfer 54 mit einem Loch 55 versehen, wobei sich eine elektrische Lichtquelle 56 auf einer Seite und ein Lichtfühler 57 auf der anderen Seite befinden.

Fig. 11 zeigt die Zündkerze 31 mit einem an ihrer Oberseite versehenen Metallrohr 60, das nicht-induktiv das Zündsignal empfängt und es über einen Draht 61 dem Signalwandler 22 zuführt. -

Fig. 12 zeigt die Verwendung eines Widerstands 62 anstelle einer Zündkerze, wobei eine Seite des Widerstand 62 geerdet ist und das Signal dem Signalwandler über eine Leitung 63 zugeführt wird.

In Figur 13 ist die die Leitung 26 umgebende Schleife, Klammer oder Wicklung 32 gezeigt, die das Zündsignal induktiv erzeugt, wenn die Zündkerze 31 zündet.

Fig. 14 zeigt die Verteilerkontakte 64 zur Erzeugung des Signals für den Signalwandler 22.

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Claims (23)

Ansprüche

1. / Vorrichtung zur Messung des Zündwinkels von Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (18, 20, 23) zur Messung der Zeit, die der Motor für eine volle und genaue Umdrehung aus einer oberen Totlage in die nächste benötigt, eine Einrichtung (18,. 20, 30, 32) zur gleichzeitigen Messung der Zeit, die der Motor zur Drehung von dem "Moment, indem die Zündkerze eines ausgewählten Zylinders zündet, bis zu dem Moment, zu dem der Kolben dieses Zylinders seine obere Totlage erreicht, benötigt, ferner eine Einrichtung (29, 33) zur Bestimmung der Zeit, die der Motor zur Drehung um einen Winkelgrad benötigt, sowie eine Einrichtung zur Teilung der Zeit, die der Motor zur Drehung, vom Moment der Zündung bis zura Moment der oberen Totlage des Kolbens benötigt, durch diejenige Zeit, die der Motor durch einen Winkel-

, grad benötigt, und damit zur Bestimmung des Zündwinkels des Motors. ,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung der Motordrehzahl auf der Basis der Zeit, die der Ilotor für eine Umdrehung benötigt.

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3. Vorrichtung zur Messung des Zündwinkels von Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (24) zur Erzeugung von Spannungsimpulsen gleichmäßiger Frequenz, eine Einrichtung (23, 30) zur Zählung der Impulse über mindestens eine volle und genaue Umdrehung des Motors und gleichzeitig zur Zählung der Impulse zwischen dem Moment der Zündung der Zündkerze eines ausgewählten Zylinders und dem Moment der oberen Totlage des Kolbens in diesem Zylinder, ferner eine Einrichtung (29, 33) zur Bestimmung der Anzahl von Impulsen für einen Grad der Motordrehung und zum Dividieren der Anzahl von Impulsen zwischen dem Moment der Zündung und der Totlage durch die Zahl der Imp\ilse während der Drehung um einen Grad und damit zur Bestimmung des Zündwinkels.

4. Vorrichtung zur Ermittlung des Zündwinkels von Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch einen Oszillator (24) zur Erzeugung elektrischer Impulse gleichmäßiger Frequenz, eine Einrichtung (18, 20) zur Erzeugung eines elektrischen Signals in dem Moment, zu dem der Kolben eines ausgewählten Zylinders seine obere Totlage erreicht, eine auf dieses elektrische Signal ansprechende Einrichtung (23), die eine erste Zählung der Impulse von dem Moment der oberen Totlage beginnt und für mindestens eine volle und genaue Motorumdrehung fortsetzt, ferner eine Einrichtung (29, 33), die den ersten Zählwert

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in die Zeit für einen Grad der Motorumdrehung umwandelt, eine Einrichtung (32), die während der ersten Zählung arbeitet und einen elektrischen Impuls- in dem Moment er-'zeugt, zu dem die Zündkerze des ausgewählten Zylinders zündet, eine auf den elektrischen Impuls ansprechende Einrichtung (30), die .eine zweite Zählung der Impulse vom Moment der Zündung bis zu dem Moment der nächsten oberen Totlage beginnt, ferner eine Einrichtung (29, 33), die. den zweiten Zählwert in diejenige Zeit umwandelt, die der Motor zur Drehung zwischen dem- Moment der Zündung und der oberen Totlage benötigt, sowie eine Einrichtung zur Teilung der Zeit, die der Motor zwischen der Zündung

und der oberen Totlage benötigt, durch die Zeit für einen Grad der Motordrehung und damit zur Ermittlung des Zündwinkels.

5. Vori'ichtung nach Anspruch 4, gekennzeich net durch eine Einrichtung, die den ersten Impuls-Zäh.1-wert zu der Motordrehzahl in Beziehung setzt,

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, g e k e η η ζ e.i e h η e t durch eine Einrichtung (43) zum 'Vergleichen des erhaltenen Zündwinkels mit einem vorbestimmten Zündwinkel*- bereich.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen auf die Vergleichseinrichtung (43) ansprechenden Servomechanismus (37) zum Einstellen des Motorverteilers (38) in eine Stellung, in der er einen Zündwinkel innerhalb des vorbestimmten Bereichs erzeugt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Oszillator (24) ein Frequenzteiler (28) verbunden ist und daß die erste Zählung über zwei volle und genaue Motorumdrehungen erfolgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Signals in der oberen Totlage die Form eines magnetischen Aufrclijners (20) oder einer fotoelektrischen Einrichtung (52, 53; 56, 57) hat.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Signals bei Zündung der Zündkerze die Form einer die Zündkerzenleitung (26) umgebenden Spule, Schleife oder Klammer (32) oder eines die Zündkerze ersetzenden Widerstands (62) zur nicht-induktiven Erzeugung des Zündsignals hat.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die auf die Signale ansprechenden Einrichtungen Signalwandler (22) zur Umsetzung der elektrischen Impulse in mit' dem System komp_atlble Signale, eine mit den Signalwandlern verbundene Steuereinheit (27) zum Empfang dieser Signale, einen mit der Steuereinheit verbundenen binären Zeitzähler (30), einen mit der Steuereinheit verbundenen binären Drehzahlzähler (23), einen' ebenfalls mit der Steuereinheit verbundenen Multiplikationszähler (34), eine an die binären Zähler angeschlossene arithmetische Einheit, die aus einem Addierer (33) und einem Register (29) besteht und ein Signal von dem Multiplikationszähler empfang Ό, sowie einen mit der arithmetischen Einheit verbundenen binärcodierten. dezi~ malen Zeitzähler (35) zur Zählung der Impulse und Speicherung des Ergebnisses umfaßt.

12-. Vorrichtung nach Anspruch 11, g e k e η η ζ e i c h net durch eine Anzeigeeinheit (36) zur Erzeugung einer sichtbaren Ablesung des Zündwinkels.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekenn zeich net durch einen mit der'Steuereinheit (27) verbundenen Wahlschalter (48) zur Auswahl der Anzahl von Mittelwerten, über die der Zündwinkel berechnet wird.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein mit der Steuereinheit (27) verbundenen Betriebsarten-Wahlschalter (47) zur Durchführung einer internen Prüfung des Systems.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen binärcodierten dezimalen Drehzahlzähler (39)

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinheit (41) zur Erzeugung einer sichtbaren Ablesung der Drehzahl des zu prüfenden Motors.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Zündwinkelkomparator (43), der den berechneten Zündwinkel mit einem vorbestimmten Zündwinkelbereich vergleicht und das Vergleichsergebnis anzeigt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen Drehzahlkomparator (42), der'«tie berechnete Drehzahl mit einem vorbestimmten Drehzahlbereich vergleicht und die Zündwinkelanzeige (36) löscht, wenn die Drehzahl außerhalb des bestimmten Bereichs liegt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch einen nit dem Zündwinkelkompare.tor (43) verbundenen Servomechanismus (37) zur Einstellung des Verteilers (38) zur Erzeugung eines gewünschten Zündwinkels.

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20. Verfahren zur Messung des Zündwinkels von Verbrennungs*- motoren mit mindestens einem Zylinder, einem Kolben,-einer Zündkerze und einer mit dem Kolben verbundenen Kurbelwelle, dadurch gekennzeichnet , daß ein Zylinder als Basis-Zylinder gewählt wird, der Motor betrieben und die Zeit bestimmt wird, die der Motor für eine volle und genaue Umdrehung zwischen einer oberen Totlage und der nächsten benötigt, daß gleichzeitig die Zeit bestimmt wird, die zwischen dem Zünden der Zündkerze in' dem Basis-Zylinder "und dem "Moment vergeht, in dem der Kolben in diesem Zylinder seine obere Totlage erreicht, daß ferner die Zeit für einen Grad, der Motorumdrehung bestimmt wird und daß die Zeitspanne zwischen dem Zünden und dem Moment der oberen Totlage durch die Zeit für einen Grad der Motordrehung dividiert und dadurch der Zündwinkel bestimmt wird.

21. Verfahren zur Messung des Zündwinkeis von Verbrennungsmotoren mit mindestens einem Zylinder, einem -Kolben, einer Zündkerze und einer mit dem Kolben verbundenen Kurbelwelle, dadurch g e kennzeichnet , daß der Motor betrieben und Spannungsimpulse bestimmter Frequenz erzeugt werden, daß die Impulse für eine volle und genaue Umdrehung des Motors aus einer oberen Totlage zur nächsten gezählt werden, daß gleichzeitig die Impulse vom Moment der Zündung bis zu dem Moment der oberen Totlage (bei Zünd-

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voreilung) bzw. vom Moment der oberen Totlage bis zu dem Moment der Zündung (bei Zündnacheilung) gezählt werden, daß die Zeit für einen Grad der Motorumdrehung bestimmt wird und daß das Zeitintervall zwischen der Zündung und der oberen Totlage bzw. zwischen der oberen Totlage und der Zündung durch die für eine Drehung um einen Grad benötigte Zeit dividiert und dadurch der Zündwinkel bestimmt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse während einer Umdrehung des Motors gezählt werden, daß die Anzahl der so gezählten Impulse auf die für eine Umdrehung benötigte Zeitspanne bezogen werden und daß die Zeitspanne durch 360 dividiert wird, um die Zeit für eine Drehung um einen Grad zu bestimmen.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Mehrzylinder-Motor einer der Zylinder als Basis-Zylinder gewählt und die Messungen in Bezug auf diesen Zylinder durchgeführt werden.

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