DE2557530B2

DE2557530B2 -

Info

Publication number: DE2557530B2
Application number: DE2557530A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kariya Hasegawa; Nobuhito Inuyama Hobo; Osamu Ito; Makoto Toyota Shiozaki; Masaharu Sumiyoshi; Yutaka Nishio Suzuki
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1975-09-23
Filing date: 1975-12-19
Publication date: 1979-05-23
Also published as: DE2557530C3; JPS5239038A; JPS5844866B2; US4098244A; DE2557530A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Zündregelsysiem für eine Brennkraftmaschine gemäß d.rr Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Brennkraftmaschinen besteht allgemein das Bestreben, durch entsprechende Steuerung der Zündverstellung eine möglichst optimale drehzahlabhängige Einstellung des Zündzeitpunktes zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades zu gewährleisten. Da eine solche Steuerung jedoch von zahlreichen Parametern und Faktoren abhängt, wird sie meist von den häufig unterschiedlichen Zielsetzungen sowie nicht zuletzt von dem jeweils vertretbaren technischen Aufwand bestimmt.

Aus der DE-OS 19 07 537 ist bereits eine Einrichtung der vorstehend genannten Art zur Regelung der Zündverstellung für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Verstellung des Zündzeitpunktes derart erfolgt, daß die Zündimpulse in bezug auf eine vorgegebene maximale Vorverstellung, die mit etwa 30° vor dem oberen Totpunkt angegeben wird, in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem Drehmoment der Brennkraftmaschine verzögert werden, und zwar proportional zum Drehmoment und umgekehrt proportional zur Drehzahl. Hierzu wird zunächst ein bestimmter Kurbelwellen-Torsionswinkel mittels einer Übertragungswelle und zwei Geberspulen eines Impulsgenerators erfaßt, dessen Ausgangssignal die Entladung einer Kapazität in einem Verzögerungssteuerkreis bewirkt. Sodann wird die Kapazität zur Festlegung der Zündverstellung durch Erfassung der Drehzahl über einen Impulsgenerator und einen Integrator drehzahl-

abhängig wieder aufgeladen. Hierdurch soll erreicht werden, daß bei Drehzahlerhöhungen der Zündzeitpunkt vorverstellt und bei Anstieg des Drehmoments überlagert rückverstellt wird, und zwar in Abhängigkeit von dem maximalen Vorverstellwert von etwa 30° vor dem oberen Totpunkt Bei dieser bekannten Regeleinrichtung findet somit lediglich eine Steuerung der Vorverstellung des Zündzeitpunktes in Abhängigkeit von einem maximalen Vorverstellwert entsprechend den jeweiligen Drehzahl- und Drehmomentbedingungen statt

Weiterhin wird in der US-PS 38 97 766 vorgeschlagen, den Zündzeitpunkt bei Brennkraftmaschinen unter anderem in Abhängigkeit vom Maschinendrehmoment zu regeln und zur Ermittlung des Drehmomentes einen an der Kraftübertragungswerie der Brennkraftmaschine angeordneten photoelektrischen Detektor zu verwenden, jedoch sind im einzelnen keine Maßnahmen zur Steuerung des Vorverstellwinkels des Zündzeitpunktes auf den zur ständigen Aufrechterhaltung des maximalen Drehmomentes und damit des geringsten Brennstoffverbrauches erforderlichen Wert offenbart, da die US-PS 38 97 766 im wesentlichen eine optoelektronische Überwachungseinrichtung betrifft und die Möglichkeit einer Regelung der Zündverstellung lediglich in allgemeiner Form andeutet

Des weiteren ist aus der DE-OS 20 30 679 eine unter Verwendung von Fluidikelementen aufgebaute Einrichtung zur Zündverstellung von Brennkraftmaschinen mit einer Vorrichtung zur Vor- und Rückverstellung des Zündzeitpunktes bekannt, bei der im wesentlichen ein Strömungsoszillator über ein Strömungs-Verknüpfungsnetzwerk einen Strömungsumsetzer mit Impulsen beaufschlagt. Dieser Strömungsumsetzer steuert die Zündverstellung und kann in Abhängigkeit von einer ihm zugeführten kontinuierlichen Arbeitsimpulsfolge sowie Drehmomentänderungsimpulsen, die bei einem bestimmten Vorzeichen die Arbeitsimpulsfolge sperren, wechselweise zwei stabile Steuerzustände einnehmen, so daß es sich hierbei im wesentlichen um eine einfache EIN-AUS-Steuerung bzw. Zweipunktregelung handelt, die unter Verwendung einer von einem wenig stabilen Strömungsoszillator taktgesieuerten Fluidikelementeanordnung erfolgt.

Aus der DE-OS 14 76 322 ist es darüber hinaus bekannt, zur Erzielung eines maximalen Drehmomentes im 3etrieb einer Brennkraftmaschine eine Leistungsmessung vorzunehmen, sodann eine Mittelwertbildung der durch diese Messung erhaltenen Spannungswerte durchzuführen und die Abweichung der augenblicklichen Spannungsmeßwerte von diesem Mittelwert als Regelspannung einem Phasenstellglied zur Steuerung der Zündverstellung zuzuführen. Das hier verwendete Regelprinzip weist jedoch aufgrund der erforderlichen Mittelwertbildung von Betriebsleistungswerten den potentiellen Nachteil einer gewissen Ungenauigkeit auf.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Zündverstellung einer Brennkraftmaschine bei im wesentlichen konstanten Betriebsbedingungen derart zu regeln, daß eine möglichst minimale Vorverstellung des Zündzeitpunktes zum Erreichen des optimalen Drehmomentes bei einer jeweiligen, im wesentlichen konstanten Maschinendrehzahl erzielt wird.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs I angegebenen Mitteln gelöst.

Erfindungsgemäß verden somit der Zündzeitpunkt zwangsweise mit einer konstanten Frequenz periodisch vorverstellt und rückverstellt und die sich ergebende Drehmomentänderung erfaßt und rückgekoppelt, wobei die Regelung der Zündverstellung in Abhängigkeit von der Phasenbeziehung zwischen den Änderungen des Zündzeitpunktes (Vorverstellung — Rückverstellung) und den Änderungen des Drehmomentes (Anstieg — Abfall) erfolgt Hierbei dient der Signalgenerator zur zwangsweisen Änderung der Zündverstellung und der Phasendiskriminator zur Feststellung der Phasenbeziehung zwischen den Änderungen der Zündverstellung und den Änderungen des Drehmomentes sowie zur Erzeugung eines entsprechenden Steuersignals, wobei die Grundeinstellung θ des Zündzeitpunktes durch die Spannung Vb repräsentiert wird. Dieser Spannung Vb wird dann die die geringe Änderung ΔΘ der Zündeinstellung repräsentierende Spannung V/v überlagert und damit das die Zündverstellung bezeichnende Spannungssignal Vc gebildet wobei im Falle eines Drehmomentanstiegs bei einer Zündungsvorverstellung um ΔΘ und eines Drehmoir.-ntabfalls bei einer Zündungsrückverstellung um ΔΘ eirs Vorverstellung der Grundeinstellung θ erfolgt während die Grundeinstellung θ im entgegengesetzten Falle rückverstellt wird. Damit die tatsächliche Zündverstellung mit dem Wers Vcübereinstimmt erzeugt die Steuerschaltung ein Sägezahnsignal V/ mit einer der Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionalen Steigung, das mit Vc verglichen wird, so daß die Zündverstellung auch bei Drehzahländerungen stets entsprechend dem Span-

3» nungswert Vc erfolgt und damit ständig ein optimales Drehmoment bzw. ein minimaler Brennstoffverbrauch erhalten wird.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.

Die Erfindung w/rd nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Kennliniendiagramm der Beziehung zwischen dem Maschinendrehmoment und der brenn-Stoffverbrauchsrate einer üblichen Brennkraftmaschine Lii Änderung der Zündpunkteinstellung;

F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild des Zündungsregelsystems;

F i g. 3 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform des Zündungsregelsystems;

F i g. 4 zeigt ein Spannungsdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Zündverstellungs-Steuerschaltung des in F i g. 3 gezeigten Zündungsregelsystems;
Fig.5 zeigt ein Kennliniendiagramm des bei dem Zündungsregelsystem nach Fig.3 verwendeten Frequenz/Spannungs-Umsetzers;

F i g. 6 zeigt die Stpuerspannungskemnlinie in Abhängigkeit von der Zündvorverstellung bei der Zündverstellungs-Steuerschaltung des Zündungsregelsystems nach Fig.3;

Fi g. 7 zeigt ein Spannungsdiagramni zur Erläuterung der Funktionsweise des Phasendiskriminators des Zündungsregelsystems nach F i g. 3;

Fi g. 8 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausfüh-

bo rungsforni des bei dem in F i g. 3 gezeigten Zündungsregelsystems verwendeten Maschinendrehmcment- Detektors;

F i g. 9 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des bei dem in F i g. 3 gezeigten

b5 Zündungsregelsystem verwendeten Maschinendrehmoment-Detektors.

In dem den Aufbau eines Zündungsregelsystems darstellenden Blockschaltbild eemäß Fie.2 bezeichnet

1 eine Brennkraftmaschine, 2 einen Maschinendrehmoment-Detektor, 3 einen Signalgenerator für periodische Änderungen, 4 einen Phasendiskriminator und 5 eine Zündverstellungs-Steuerschaltung. Der Mas', hinendrehmoment-Detektor 2 erfaßt das von der Maschine entwickelte Drehmoment, während der Signalgenerator 3 Signale zur periodischen Änderung der Zündpunkteinstellung erzeugt. In Abhängigkeit von der Funktion dieser Elemente kommt die Zündverstellungs-Steuerschaltung auf die Weise zur Wirkung, daß die Zündpunkteinstellung mit einer vorbestimmten Wiederholungsdauer um ΔΘ verändert wird. Wenn dies geschieht, verändert sich periodisch der Wirkungsgrad der Maschine, so daß sich auch das Maschinendrehmoment periodisch ändert. Die Änderung des Maschinendrehmomenls wird mittels des Maschinendrehmoment-Detektors 2 erfaßt und seine Phasenlage mit derjenigen des von dem Signalgenerator 3 Für periodische Änderungen erzeugten Signals verglichen, um so in

Übereinstimmung mit den nachstehend aufgeführten Bedingungen (A) d\e Richtung zu bestimmen, in die die Zündpunkteinstellung zu steuern ist.

Wenn angenommen wird, daß + ΔΘ eine Vorverstellung des Zündpunktes um ΔΘ, daß -ΔΘ eine

ίο Rückstellung des Zündpunktes um ΔΘ und daß Δ TEd'ie entsprechende Änderung des Drehmomentsignals bezeichnen, muß der Phasendiskriminator die folgenden Ausgangssignale erzeugen, was aus der Fig. I ersichtlich ist:

(A)

+ I H > I TE < O

- IH ■► I TE > oj
+ I« + I TE > 0

- IH ► I TE < 0

± \θ » ITE = 0! Ausgangssignal für gleichbleibende Zündpunktcinstellung

Zünclpunktvorvcrstcllungs-Ausgangssignal

Unter Bezugnahme auf das Schaltbild gemäß F i g. 3 wird nun eine besondere Ausführungsform des Zündungsregelsystems beschrieben. Die Ausführungsform nach F i g. 3 ist so ausgelegt, daß die Zündpunkteinstellung über eine elektronische Schaltungsanordnung gesteuert wird.

In F i g. 3 ist jeweils eine Ausführungsform des Signalgenerators 3 für periodische Änderungen und des Phasendiskriminators 4 gezeigt, wobei das von der Maschine entwickelte Drehmoment rückgekoppelt wird, um dadurch eine optimale Steuerung der Zündpunkteinstellung zu bewerkstelligen. Die Zündverstellungs-Steuerschaltung 5 wird gemäß der Spannung an einem Punkt C bzw. Steuerspannung Vc gesteuert. Der Signalgenerator 3 erzeugt Signale zur periodischen Änderung der Zündpunkteinstellung um ΔΘ, während der Maschinendrehmoment-Detektor 2 das von der Maschine entwickelte Drehmoment erfaßt. Der Phasendiskriminator 4 vergleicht die Phasenlage des von dem Signalgenerator 3 erzeugten Signals mit derjenigen des von dem Maschinendrehmoment-Detektor 2 erzeugter. Maschinendrehmoment-Signals, um so festzulegen, ob der Zündpunkt vorzuverstellen oder rückzuverstellen ist. wobei der Phasendiskriminator das Zündverstellungs-Steuersignal Vc erzeugt Die Zündverstellungs-Steuereinheit 5 besitzt einen Steuersignalgenerator 21, einen Frequenz/Spannungs Umsetzer 22, einen Integrator 23 und dessen Rücksetzschaltkreis 24, einen Vergleicher 25, einen monostabilen Multivibrator 26, eine Ein-Aus-Verstärkerschaltung 27 und eine Zündspule 28. Der Steuersignalgenerator 21 erzeugt ein Zeitsteuersignal für alle vorbestimmten Grade der Umdrehung der Maschinenkurbelwelle und weist bei dieser Ausführungsform einen Kontakt-Signalgenerator 34 bekannter Art auf, welcher mittels eines betrieblich mit der Maschinenkurbelwelle verbundenen Nockenmechanismus 34' Unterbrecherkontakte 34" öffnet und schließt Bei dieser Ausführungsform öffnen die normalerweise geschlossenen Unterbrecherkontakte 34" an dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine und erzeugen an einen-. Punkt A ein positiv verlaufendes Zeitsteuersignal. Der Frequenz/Spannungs-Umsetzer 22 ist eine

in Schaltung zum Erzeugen einer der Drehzahl der Maschinen proportionalen Di-ehzahlgleichspannung, bei der ein einen Differenz-Operationsverstärker 35 aufweisender monostabiler Multivibrator bekannter Art von dem Steuersignalgenerator 21 getriggert wird, um

3i die Eingangssignale in Impulse mit einer vorbestimmten Impulsdauer r umzusetzen, welche wiederum mittels eines einen Differenz-Operationsverstärker 38 aufweisenden Integrators bekannter Art zur Umsetzung in eine Drehzahlgleichspannung Vs integriert werden.

Bei (a) und (b) in Fig.4 sind jeweils die an den Punkten A bzw. B in Fig.3 erzeugten Spannungsverläufe gezeigt In der Figur sind die bei der Maschinendrehzahl N — N\ erzeugten Spannungskurven auf der linken Seite und die bei der Maschinendrehzahi N = /V?

4ϊ (Ni > N\) sich ergebenden Spannungsverläufe auf der rechten Seite dargestellt Die Kennlinie der Drehzahlspannung Vs in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl Λ/ist in F i g. 5 dargestellt, wobei die Drehzahlspannung Vs proportional zur Maschinendrehzahl N ist. Es ist nämlich

K,- = KN

Der Integrator 23 ist ein einen Differenz-Operationsverstärker 40 aufweisender Integrator bekannter Art der die mittels des Frequenz/Spannungs-Umsetzers 22 erzeugte Drehzahlspannung Vs integriert Der Integrator 23 enthält jedoch den Rücksetzschaltkreis 24, dem das positiv verlaufende Zeitsteuersignal von dem Steuersignalgenerator 21 als Rücksetzsignal zugeführt wird, so daß ein Transistor 43 für eine sehr kurze Zeitdauer eingeschaltet wird, um die Ladung an einem integrierenden Kondensator 41 zu entladen und dadurch den Integrator 23 rückzusetzen. Folglich integriert der Integrator 23 die Drehzahlspannung V₅ mit der Dauer zwischen dem Zeitpunkt seines Rücksetzens durch ein Rücksetzsignal und dem Zeitpunkt der Erzeugung des nächsten Rücksetzsignals

als Integrationsperiode T\. Diese Integrationsperiode Ti ist gleich der Widerkehrdauer der von dem Steuersignalgenerator 21 erzeugten Zeitsteuersignale. Als Ergebnis ist die Integrationsperiode 7] umgekehrt proportional zu der Maschinendrehzahl N, nämlich

K'

(2)

Bei konstanten Fahrbedingungen, bei denen die Maschinendrehzahl N konstant ist, ist die Ausgangsspannung V₁ des Integrators 23 an einem Punkt / gegeben durch

ι; = - Kä, = VM - κ,.

(3)

wobei OS rs Ti ist und VMder Anfangswert ist, welcher

Bei t = Γι wird folglich der Integrator 23 zur Rückkehr auf den Wert von I = O rückgesetzt, so daß der Verlauf der Ausgangsspannung V₁ die bei (d) in Fig.4 gezeigte Sägezahnform aufweist. Durch Einsetzen der Gleichungen (1) und (2) in Gleichung (3) ergeben sich der Maximalwert (max) und der Minimalwert (min) der Ausgangsspannung V,zu

Maximalwert V,(max) = VMbei t = 0
Minimalwert V,(min) = VM - V₁ ■ Ti
K

= VM

'. " . = VM- KKbeii = T₁

Erzeugung einer Impulsspannung mit einer vorbestimmten Impulsdauer ro getriggert. Diese Impulsspannung wird mittels eines Verstärkungstransistors 50 verstärkt und bestimmt die Ausschaltdauer eines Transistors 51, der den Primärschaltkreis der Zündspule 28 ein- und ausschaltet. Wenn die Steuerspannung Vr = Vn ist, rückt die Ausschaltzeit des Transistors 51 auf θι von dem oberen Totpunkt vor, so daß der Zeitpunkt der Erzeugung des Zündfunkens in der Maschine entsprechend vorverstellt wird. Die Dauer der Ausschaltzeit des Transistors 51 wird gemäß der Darstellung (f) in F i g. 4 zu ro. Die an einem Punkt Q an der Sekundärwicklung der Zündspule 28 erzeugte Spannung wird mittels eines Zündverteilers der üblicherweise bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen verwendeten Art auf die Zündkerzen der Maschine verteilt. Der Signalgenerator 3 erzeugt Signale für das periodische Verändern der Zündpunkteinstellung der

_x>

Folglich sind die Maximal- und Minimalwerte der Ausgangsspannung Vi mit Sägezahnverlauf beide unabhängig von der Maschinendrehzahl konstant und y-, bilden die bei (d) in F i g. 4 gezeigte Kurvenform. Bei (c) in F i g. 4 ist die Phasenbeziehung der an die Basis des Transistors 43 in dem Rücksetzschaltkreis 24 angelegten Spannungen (der Spannungen an einem Punkt Re) gezeigt.

Der Vergleicher 25 weist einen Differenz-Operationsverstärker 44 auf, der die Sägezahnspannung V₁ an dem Punkt /mitderZündpunkteinstellungs-Steuerspannung Vc an dem Punkt C zur Steuerung der Zündeinstellung vergleicht. Die Sägezahnspannung V, liegt an dem Operationsverstgärker 44 an dessen nichtinvertierendem Eingang an, während die Steuerspannung Vc an dessen invertierendem Eingang anliegt. Bei (d) und (e) in Fig.4 sind die Phasenbeziehungen zwischen seinen Eingangssignalen und seiner Ausgangsspannung Vp an einem Ausgangsanschluß P gezeigt, wenn die Steuerspannung Vc = Vb ist Die Ausgangsspannung Vp bestimmt den Zündpunkt negativer Polarität, der im Vergleich zu dem Zeitsteuersignal bei fi für N = N\ und bei t\ für N = N2 vorverstellt ist Aus dieser Figur ist zu ersehen, daß eine Beziehung t,/Ti = ti'IT'i besteht wobei Tj und T\ jeweils die Zündungswiederkehrperioden für N = Ni und N = Ni darstellen, so daß der Vorverstellwinkel θ des Zündzeitpunkts bezüglich der Zeitsteuersignale entsprechend der Steuerspannung Vc unabhängig von der Maschinendrehzahl N linear festgelegt werden kann. Dies ist in Fig.6 gezeigt, bei der die Abszisse den Vorverstellwinkel θ in bezug zu dem oberen Totpunkt darstellt Der monostabile Multivibrator 26 weist einen Differenz-Operationsverstärker 45 auf und wird durch die ansteigende Flanke der von dem Vergleicher 25 erzeugten, negativ verlaufenden Impulsspannung zur

60

65 >π1»« ηΐηηη T~\l ttr* »»■* -. /™i~« η — « » 1 η ν. r.

verstärker 65 i;ur Bildung einer astabilen Multivibratorschaltung auf, die eine Rechteckspannung mit einer vorbestimmten Wiederkehrperiode erzeugt. Sie erzeugt nämlich an einem Punkt N eine binäre Ausgangsspannung V*, die abwechselnd die Werte »H« und »L« annimmt. Der Phasendiskriminator 4 besitzt eine Phasendetektorschaltung 31 zum Erzeugen einer Phasenermittlungs-Ausgangsspannung Vr, die der Phasenbeziehung zwischen dem periodischen Änderungssignal und dem Maschinendrehmomentsignal entspricht, einen Integrator 32 zum Integrieren der Ausgangsspannung Vr und einen Addierer 33 zur Überlagerung der periodischen Änderungssignale und der Ausgangsspannung Vd des Integrators 32, wobei an einem Ausgangsanschluß C des Addierers 33 die Zündeinsteüungs-Steuerspannung Vcerzeugt wird. Der Maschinendrehmoment-Detektor 2, der ein dem von der Maschine entwickelten Drehmoment entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, kann gemäß F i g. 8 aufgebaut sein, wobei die Maschine 1 des Fahrzeugs an einem Fahrzeug-Chassis 110 über Zwischenglieder in Form von Gummihalterungen 165 und 166 befestigt Lt und das Maschinendrehmoment auf Grund der Tatsache ermittelt wird, daö sich das Ausmaß der Auslenkung der Gummihalterungen 165 und 166 entsprechend der Veränderung des von der Maschine 1 entwickelten Drehmoments verändert, wobei der Hauptkörper der Maschine 1 ungefähr um seine Drehachse eine Verdrillbewegung ausführt. Das heißt, die einen Enden der Gummihalterungen 165 und 166 sind an der Maschine 1 befestigt, während die anderen Enden an dem Fahrzeug-Chassis befestigt sind. Wenn sich die Welle der Maschine in die durch einen Pfeil a gezeigte Richtung dreht, erzeugt das von der Maschine i entwickelte Drehmoment eine Torsionskraft um die Welle der Maschine, die sich wie in Kräftepaar in der zur Drehrichtung entgegengesetzten Richtung auswirkt. Als Ergebnis steigt die Belastung an der Gummihalterung 166 um einen dem Kräftepaar entsprechenden Betrag mit einer sich ergebenden Vergrößerung des Ausmaßes ihrer Auslenkung an, während die Belastung an der Gummihalterung 165 um einen dem Kräftepaar entsprechenden Betrag abnimmt, was eine Verminderung des Ausmaßes ihrer Auslenkung ergibt Folglich wird ein an der Maschine 1 befestigter Änderungserfassungspunkt 163 in Richtung des Pfeils b relativ zu dem Fahrzeug-Chassis HQ verlagert Diese Verlagerung wird auf ein Potentiometer 161 über einen Hebel 162 übertragen, (wobei zwischen dem Hebel 162 und dem

Fahrzeug-Chassis 110 eine Rückholfeder 164 derart angebracht ist, daß der Hebel 162 normalerweise in Richtung des Pfeils b gedrückt wird), so daß von dem Potentiometer 161 ein dem Maschinendrehmoment entsprechendes elektrisches Drehmomentsignal erzeugt wird. Auf diese Weise wird eine Änderung des Maschinendrehmoments mittels des Maschinendrehmoment-Detel'Aors 2 als Änderung des elektrischen Ermittlungssignals erfaßt. Dieses Ermittlungssignal wird mittels eines Verstärkers 29 mit einem Differenz-Operationsverstärker 52 verstärkt, wobei an einem Punkt / eine Drehmomentspannung V/ erzeugt wird. Die Polarität der Drehmomentspannung V/ ist derart gewählt, daß die Drehmomentspannung V/ abnimmt, wenn das Maschinendrehmoment zunimmt. 1 -,

Über einen Koppelkondensator 53 wird nur die Änderung der Drehmomentspannung V/ an einen Differenz-Operationsverstärker 54 in einer Schmitt-I riggerschajtung 30 angelegt, wobei an einem Punkt M eine binäre Ausgangsspannung Vmerzeugt wird, die den Wert »H« oder den Wert »L« abhängig davon annimmt, ob die Änderung ATdes Drehmoments größer als ein vorbestimmter Wert ist. Die binäre Ausgangsspannung Vm nimmt nämlich den Wert »L« an, wenn ΔΤ<Δ ist, während sie den Wert »H« annimmt, wenn ΔΤ^Δ ist, wobei Δ ein vorbestimmtes Drehmoment ist.

Die Phasendetektorschaltung31 enthält UND-Schaltungen 55 und 58, Negier-Schaltungen bzw. Inverter 56 und 57, sowie eine ODER-Schaltung 59. Ihre Ausgangsspannung Vr an einem Ausgangspunkt R nimmt den w Wert »H« an, wenn die Spannungen Vv und Vw an den Punkten N und M beide den Wert »H« oder »L« autweisen, während sie auf den Wert »L« übergeht, wenn eine der Spannungen V)voder Va/ an dem Punkt N oder M den Wert »H« und die andere den Wert »L« π aufweist. Die Ausgangsspannung Vr der Phasendetektorschaltung 31 wird mittels des einen Differenz-Operationsverstärker SO aufweisenden Integrators 32 integriert und geglättet, wobei an dessen Ausgang bzw. an einem Punkt D eine Ausgangsspannung Vq erzeugt w wird. Die Ausgangsspannung Vp und eine heruntergeteilte Spannung aus aer Spannung V^ an dem Punkt N werden an den Addierer 33 angelegt, so daß auf diese Weise die der periodischen Änderung entsprechende Spannung der Ausgangsspannung Vo überlagert wird 4-, und somit die Steuerspannung Vc- an dem Punkt C erzeugt wird. Der Addierer 33 weist einen Differenz-Operationsverstärker 67 auf, so daß entsprechend der Polarität der Spannungen Vp und Vv an den Punkten D und N die Spannung Vd an dem Punkt D an den invertierenden Eingangsanschluß und die Spannung V^ an dem Punkt N an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß angelegt wird Dk Zündpunkteinstellung wird mittels dieser Steuerspannung Vc gesteuert Die Bezugszeichen 68 und 69 bezeichnen eine Gleichstrom-Versorgungsquelle, deren positiver Ausgangsanschluß + Vund deren negativer Ausgangsanschluß - V jeweils mit den Anschlüssen + V und — V der jeweiligen Schaltungen verbunden sind.

Das Zündungsregelsystem mit dem vorstehend «> beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt: Während es wünschenswert ist zur Verbesserung der Ansprecheigenschaft des Zündungsregelsystems eine höhere Signalfolgefrequenz bei dem Signalgenerator 3 für periodische Änderungen zu verwenden, muß -diese im _s= Hinblick auf die Verzögerung bei der Erfa5sung mittels des Maschinendrehmoment-Detektcrs 2 unterhalb einiger Hz eingestellt werden. Die Wirkungsweise des Zündungsregs.'systems wird nunmehr hinsichtlich dreier Fälle beschrieben, bei denen die Zündpunkteinstellung θ des Zündsystems verzögert (Θ = Br), richtig (Θ = θ₀) und vorverstellt (Θ = Θα) im Hinblick auf die optimale Zündpunkteinstellung θο für ein maximales Drehmoment bei minimalem Brennstoffverbrauch der Maschine gemäß der Darstellung in F i g. I ist, die die Abhängigkeit des Drehmoments 7"und des Brennstoffverbrauchs Fcr von Änderungen ± ΔΘ der Zündpunkteinstellung veranschaulicht.

Wenn zunächste = 6«ist, ist das Mnsehinendrehmoment für Qr + ΔΘ höher als dasjenige für Qr-ΔΘ. so daß gemäß F i g. 7 die Spannungen VW und Vm an den Punkten Nund M miteinander in Phase sind und daher die Spannung Vr an dem Punkt R den Wert »H« annimmt. Folglich steigt die Spannung Vp an dem Punkt D mit der Zeit an, so daß der Durchschnittswert ier Spannung Vc an dem Punkt C ansteigt, weil die jeweiligen periodischen Änderungen Δ überlagert werden, so daß die Zündpunkteinstellung θ mit der Zeit vorverstellt wird.

Wenn der Optimalwert θ = θ₀ erreicht ist. ist die Änderung des Maschinendrehmoments für ±ΔΘ nicht länger erfaßbar, so daß der Durchschnittswert der Spannungen V_D und V₁- an den Punkten D und Γ unverändert bleibt und der bestehende Wert der Zündpunkteinstellung beibehalten wird.

Ist dagegen θ = θ* erreicht, wird das dem Wert Θα + ΔΘ entsprechende Maschinendrehmoment niedriger als das dem Wert Θ,\-ΔΘ entsprechende Drehmoment, so daß die Phase der Spannungen V* und Vm an den Punkten Vund Meinander entgegengesetzt wird und die Spannung Vr an dem Punkt R den Wert »L« annimmt. Folglich nehmen die Durchschnittswerte der Spannungen Vound VVanden Punkten Dund Cmit der Zeit ab, so daß die Zündpunkteinstellung mit der Zeit verzögert bzw. rückverstellt wird.

Obwohl bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Zündpunkteinstellung mittels eines Zündungsregelsystems mit analogem Schaltungsaufbau gesteuert wird, ist es auch möglich, andere Ausführungsformen des Zündungsregelsystems vorzusehen, wie beispielsweise eine einen digitalen Schaltungsaufbau aufweisende oder eine Ausführungsform, bei der ein Servomotor derart verwendet wird, daß die Nockenplatte des Zündverteilers mechanisch gedreht wird.

Während bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Zeitpunkt der Erzeugung der von dem Steuersignalgenerator 21 erzeugten Zeitsteuersignale bezüglich der Kurbelwelle der Maschine auf den oberen Totpunkt des Kompressionsschubs eingestellt ist, ist es gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel möglich, einen sogenannten Drehzahlregler-Vorverstellmechanismus bekannter Art der die von der Nockenwelle erzeugte Zentrifugalkraft ausnützt welche die Unterbrecherkontakte des Steuersignalgenerators 21 öffnet und schlieft und einen sogenannten Unterdruck-Vorverstellmechanismus bekannter Art zu verwenden, welcher den Ladedruck der Maschine ausnutzt wobei die Phasenbeziehung der Zeitsteuersignale bezüglich der Kurbelwelle der Maschine für Programmsteuerzwecke grob vorprogrammiert ist Hierdurch kann die Zündpunkteinstellung mit einer Genauigkeit in einem Bereich von ungefähr ±5° um den optimalen Wert vorprogrammiert werden, so daß das Zündungsregelsystem lediglich den Fehler genau zu korrigieren braucht Auf diese Weise ist es möglich, die Ansprecheigenschaften des Zündungsregelsystems zu verbessern und die

zum Erhalt der optimalen Zünupunkteinstellung erforderliche Zeit zu verringern.

Weiterhin soll der in F i g. 8 gezeigte Maschinendrehmoment-Detektor 2 lediglich der Erläuterung dienen. Es ist auch möglich, einen Maschinendrehmoment-Detektor anderer Art zu verwenden, der zum Erfassen des Betrages der in der das Maschinendrehmoment auf die Räder übertragenden Antriebswelle erzeugten Verdrillung ausgelegt ist. In Fig.9 ist eine Ausführungsform eines solchen Maschinendrehmoment-Detektors dargestellt, bei dem mit 200 eine Antriebswelle, mit 211 und 212 Reflektoren, mit 221 und 222 Lichtquellen, mit 231 und 232 Schlitze zum jeweiligen Ausrichten des Lichts von den Lichtquellen 221 und 222 auf die Reflektoren 211 und 212 sowie mit 241 und 242 Fototransistoren für die jeweilige Aufnahme des von den Reflektoren 211

und 212 reflektierte Lichts zur Erzeugung eines Ausgangssignals bezeichnet sind. Das Ausmaß der in der Antriebswelle 200 entstehenden Verdrillung ändert sich entsprechend der Größe des Maschinendrehmo-

^r> ments, so daß sich eine Phasendifferenz zwischen dem Zeitpunkt der Aufnahme des Lichts von dem Reflektor 211 durch den Fototransistor 241 und dem Zeitpunkt der Aufnahme des Lichts von dem Reflektor 212 durch den Fototransistor 242 ergibt, die mittels eines

in Phasendifferenzdetektors zur Erzeugung eines dem Maschinendrehmoment entsprechenden Ausgangssignals erfaßt wird. Als Alternative kann ein Dehnungsmeßstreifen an der Antriebswelle 200 zur Erfassung des Betrages der Verdrillung und Erzeugung eines dem

ii Maschinendrehmoment entsprechenden Ausgan°ssignals angebracht werden.

Hirr/ii S llhitl

Claims

Patentansprüche:

1. ZOndungsregelsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einer Detektoreinrichtung zur Erfassung des Maschinendrehmoments, einem Signalgenerator zur Erzeugung von Signalen zur Änderung der Zündpunkteinstellung und einer mit dem Signalgenerator verbundenen Steuerschaltung zur Steuerung der Zündverstellung, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (2, 29, 30) zur Erfassung eines Anstiegs und Abfalls des von der Brennkraftmaschine (1) entwickelten Drehmoments eine Schaltungsanordnung (29, 30) aufweist, die ein Impulssignal mit einem einen Drehmomentanstieg ι j bezeichnenden ersten und einem Drehmomentabfall bezeichnenden zweiten Signalwert erzeugt, daß der Signalgenerator (3) ein periodisches Impulssignal mit fester Impulsfolgefrequenz und einem ersten Signalwirt zur Vorverstellung sowie einem zweiten Signaiwerl zur Rückversieiiung des Zündzeiipunktes abgibt, daß eine Phasendiskriminatorschaltung (31,32) rrtit den Ausgängen der Detektoreinrichtung und des Signalgenerators verbunden ist und ein Ausgangssignal erzeugt, das sich bei Phasengleichheit des Detektorimpulssignals und des periodischen Impulssignals zur Vorverstellung des Zündzeitpunktes in einer ersten und bei entgegengesetzter Phasenlage zur Rückverstellung des Zündzeitpunktes in einer zweiten Richtung ändert, daß der jo Phasendis' riminatorschaltung eine Schaltungsanordnung (33) zur Überlagerung des Diskriminatorausgangssignals mit dem periodischen Impulssignal und Erzeugung eines Steuersignals mit einem der Zündverstellung der Brennkraftmaschine entsprechenden Signalwert nachgeschaltet ist und daß die Steuerschaltung einen Sägezahngenerator (21—24) zur Erzeugung eines Sägezahnsignals synchron mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine, dessen Wert sich proportional zu der Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert, sowie eine Vergleicherschaltung (25, 26) aufweist, über die die Brennkraftmaschine gezündet wird, wenn die Werte des Steuersignals und des Sägezahnsignals Übereinstimmung aufweisen.

2. Zündregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung einen mit der Brennkraftmaschine gekoppelten Drehmomentdetektor (162-166) zur Erzeugung eines Signals mit einem drehmomentabhängigen Signalwert und eine mit einem Koppelkondensator (53) versehene Schmitt-Triggerschaltung (30) zur Feststellung eines Anstiegs und Abfalls des Drehmomentes bei Erfassung von Änderungen des über den Koppelkondensator übertragenen Drehmomentsignals aufweist.

3. Zündungsregelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentdetektor ein zwischen der Brennkraftmaschine und dem Fahrzeugchassis angeordnetes und auf eine Verschwen- kung der Brennkraftmaschine ansprechendes Potentiometer (161) aufweist.

4. Zündungsregelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentdetektor zwei an der Kraftübertragungswelle (200) der Brennkraftmaschine angebrachte Reflektoren (211, 212), Lichtquellen (241, 242), die jeweils Licht auf einen der Reflektoren richten, und jeweils einem Reflektor zur Aufnahme des reflektierten Lichts zugeordnete Lichtempfänger (221,222) aufweist

5.Zündungsregelsystem nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendiskriminatorschaltung ein mit der Detektoreinrichtung und dem Signalgenerator verbundenes Verknüpfungsnetzwerk (31) zur logischen Verknüpfung des Detektorimpuissignals und des periodischen Impulssignals und eine mit dem Verknüpfungsnetzwerk verbundene Integrationsschaltung (32) zur zeitabhängigen Integration des Ausgangssignals der Verknüpfungsschaltung und Bildung des Diskriminatorausgangssignals aufweist.

6. Zündungsregelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verknüpfungsnetzwerk das Detektor-Impulssignal und das periodische Impulssignal in Form einer UND-Funktion miteinander verknüpft

7. Zündungsregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahngenerator einen Sieuersignaigeneraior (21) zur Erzeugung eines Zeitsteuersignals bei einem vorgegebenen Wellendrehwinkel der Brennkraftmaschine, eine mit dem Steuersignalgenerator verbundene Umsetzerschaltung (22) zur Umsetzung der Frequenz des Zeitsteuersignals in ein Drehzahlsignal mit einem der Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionalen Signalwert und eine mit dem Steuersignalgenerator und der Umsetzerschaltung verbundene Integrationrechaltung (23, 24) zur Integration des Drehzahlsignals in Abhängigkeit von dem Zeitsteuersignal und Bildung des Sägezahnsignals aufweist.