DE2612063A1

DE2612063A1 - Diagnoseverfahren und -system fuer verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2612063A1
Application number: DE19762612063
Authority: DE
Inventors: Anthony James Fastaia
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1975-03-26
Filing date: 1976-03-22
Publication date: 1976-10-14
Also published as: NL184126B; AU498818B2; IE43404B1; GB1549000A; NL7602773A; ES446357A1; IT1058575B; FR2305725B1; BR7601810A; BE840051A; SE422997B; NL184126C; DK123576A; IE43404L; SE7602655L; FR2305725A1; LU74648A1; AU1213276A; JPS51119405A

Description

Diagnoseverfahren und -system für Verbrennungsmotoren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeugdxagnosesystem und betrifft insbesondere ein Gerät und ein Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl, des Schließwinkels und der Zündeinstellung sowie des Zylinderleistungsbeitrages und des Zündverteilerzustandes eines Verbrennungsmotors. Eine genaue Information über diese Parameter ist wichtig für das Einstellen eines Motors, um einen maximalen Wirkungsgrad und ein Minimum an Schmutzstoffemission zu erzielen, sowie für die Durchführung zusätzlicher Tests des Fahrzeugbetriebes.

Motorfahrzeuge nehmen an Anzahl, Typen und Kompliziertheit zu. Gleichzeitig sind Kfz-Handwerker, die ausreichend ausgebildet und technisch auf dem Laufenden sind, immer schwieriger zu finden. Wenn Fahrzeuge

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zur Reparatur in eine Reparaturwerkstatt oder in eine Servicestation gebracht werden, werden infolgedessen die Fahrzeugbesitzer mit einer fehlerhaften oder unvollständigen Diagnose oder mit einem unnötigen Austausch von Teilen konfrontiert, sie müssen wiederholt in der Werkstatt vorfahren und sind unzufrieden. Händler und Hersteller haben hohe Garantiekosten zu tragen.Besitzer und Betreiber von Fahrzeugflotten sehen sich übermäßigen Fahrzeugausfallzeiten und Reparaturkosten gegenüber, die höher als erforderlich sind.

Bei dem Versuch, die bei Kraftfahrzeugreparaturen auftretenden Probleme zu reduzieren, sind automatische Fahrzeugdiagnosesysteme entwickelt worden, welche die Diagnose des Fahrzeugzustandes durch relativ ungeschultes Personal gestatten. Viele derartige Diagnosesysteme zeigen einfach die Fahrzeugtestparameter an, beispielsweise durch Kurven auf einem Oszilloskop oder durch Ausdrucken. Andere Diagnosesysteme vergleichen die Fahrzeugtestparameter mit von dem Hersteller gelieferten Epezifikationsdaten. In beiden Fällen wird kein Versuch gemacht, eine Fahrzeugfunktionsstörung zu diagnostizieren, und die Auswertung der Testdaten und die Festlegung der erforderlichen Reparatur wird, wenn überhaupt, dem Urteil des Kfz-Handwerkers oder dem Testpersonal überlassen. Derartige Systeme arbeiten zwar zufriedenstellend bei offensichtlichen Fahrzeugfehlern, beispielsweise bei einem defekten Zylinder, die ausgegebenen Daten sind jedoch noch immer einer irrtumsbehafteten Auswertung ausgesetzt und können zu unnötigen Reparaturen führen.

Kürzlich ist ein vollständig automatisiertes Fahrzeugdiagnosesystem entwickelt worden, welches nicht nur die Fahrzeugleistungsdaten anzeigt und jegliche Abweichungen von den Fahrzeugspezifikationsdaten anzeigt, sondern auch die Funktionsstörung diagnostiziert und das Testpersonal über die erforderlichen Reparaturen informiert. Dieses unter der Handelsbezeichnung AUTOSENSE bekannte System beseitigt Mutmaßungen und unnötige Reparaturen vollständig und es kann, nachdem die Reparaturen ausgeführt worden sind, benutzt werden, um zu über-

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prüfen, ob das Fahrzeug richtig repariert worden ist.

Die vorliegende Erfindung bildet einen Teil des AUTOSENSE-Fahrzeugdiagnosesystems und liefert diesem Signale, welche die Motordrehzahl und den Schließwinkel und den Zündzeitpunkt der Zündanlage sowie den mechanischen Zustand des Verteilers und die von jedem Zylinder erbrachte Leistung anzeigen. Diese Parameter sind für die Bestimmung des Zustandes des Fahrzeugmotors und der Zündanlage von fundamentaler Bedeutung und die Kenntnis eines oder mehrerer dieser Parameter ist erforderlich, um andere Fahrzeugzustände zu bestimmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches, genaues und zuverlässiges Verfahren und Gerät zum Messen der Motordrehzahl, der Zündeinstellung und des Schließwinkels sowie des relativen Leistungsbeitrages und der relativen Kompression jedes Zylinders und zum Bestimmen eines Zustands des Verteilers eines Verbrennungsmotors zu schaffen.

Das Verfahren und das Gerät nach der Erfindung weisen u.a. folgende Merkmale und vorteilhaften Eigenschaften auf:

Die Erfindung schafft ein System zum Messen der Motordrehzahl, der Zündeinstellung und des SchlieBwinkels, in welchem nur die Vorderflanke von ausgewählten Zündspannungsimpulsen zur Betätigung eines Digitalzählers benutzt wird.

In dem erfindungsgemäßen System zum Messen der Motordrehzahl und des Schließwinkels wird nur das Signal aus der Primärwicklung der Zündspule benutzt.

Es enthält eine neuartige Signalbehandlungsschaltung für das Ausgangssignal der Primärwicklung der Zündspule.

Das System nach der Erfindung mißt die Zündeinstellung unter Verwendung eines Stroboskops, welches eine einstellbare Verzögerungsschaltung zur Herstellung einer veränderlichen Verzögerung des Stroboskopsignals hat.

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Ferner schafft die Erfindung eine Stroboskopverzögerungsschaltung mit einem Doppelbereich zur Motordrehzahlkompensation.

Die Erfindung schafft eine neue Hochenergiezündadapterschaltung, welche eine Spannungsschwingung zu der exakten Zündzeit einer Zündkerze liefert.

Die Erfindung schafft ein System zur Betätigung eines Digitalzählers auf Impulse aus der Zündspule, aus dem Zylinder Nr. 1 und aus einem Stroboskop hin und zur Umwandlung des Zählerstandes in dem Zähler in Signale, welche die Drehzahl, den Schließwinkel oder die Zündeinstellung entweder in analoger oder in digitaler Weise anzeigen.

Das System nach der Erfindung mißt und zeigt den Schließwinkel für jeden Zylinder an, um Verteilerfunktionsstörungen festzustellen.

Das System nach der Erfindung ermittelt den Leistungsbeitrag jedes Zylinders durch Messen und Anzeigen der mittleren Winkelgeschwindigkeit aufgrund des Beschleunigungs- und Kompressionszyklus jedes Zylinders.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein erster Meßfühler angeschlossen, der die Spannung an der Primärwicklung der Zündspule abfühlt. Ein zweiter Meßfühler ist angeschlossen, der die Zündspannung der Zündkerze Nr. 1 abfühlt, und es wird ein Stroboskop, an welches eine einstellbare Verzögerungsschaltung angeschlossen ist, benutzt, um den oberen Totpunkt des Zylinders Nr. 1 mit Hilfe eines herkömmlichen Signalauswertungsverfahrens anhand der Totpunktmarken oder Schwungradmarkierungen des Fahrzeuges zu messen. Die Motordrehzahl wird gemessen, indem ein Digitalzähler an den aufeinanderfolgenden Vorderflanken der Spannungsimpulse aus der Primärwicklung der Zündspule gestartet bzw. gestoppt wird. Der Schließwinkel wird gemessen, indem der Digitalzähler an der Vorderflanke des Spannungsimpulses aus der Primärwicklung der Zündspule gestartet wird und indem der Spannungsimpuls umgekehrt wird, so daß der Zähler bei der nächsten

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Vorderflanke gestoppt wird. Der Zähler enthält dann einen Zählerstand, welcher der Kehrwert des Schließwinkels bei der Motordrehzahl ist, und es wird eine digitale oder eine analoge Einrichtung benutzt, um den Zählerstand so umzusetzen, daß er den Schließwinkels darstellt. Die Zündeinstellung wird gemessen, indem die veränderliche Verzögerungsschaltung, die an das Stroboskop angeschlossen ist, so eingestellt wird, daß das Blitzen des Stroboskops verzögert wird und erfolgt, wenn die Totpunktmarke an dem Zylinder Nr. 1 des Fahrzeuges in der oberen Totpunktlage erscheint. Der Digitalzähler wird durch die Vorderflanke des Spannungsimpulses gestartet, welcher den Zylinder Nr. 1 zündet, und der Zähler wird durch die Vorderflanke des Impulses aus der Verzögerungsschaltung gestoppt, wobei die Zeit zwischen den Vorderflanken eine Funktion der Vorzündung ist.

Eine Hochenergiezündadapterschaltung und eine Signalbehandlungsschaltung sind angeschlossen, um Einschwingvorgänge und Rauschen in dem Spannungsimpuls aus der Primärwicklung der Zündspule zu beseitigen und um ein Signal zu schaffen, dessen Vorder- und Hinterflanken genau in dem Zeitpunkt erscheinen, in welchem die Unterbrecherkontakte öffnen und schließen.

Die Stroboskopverzögerungsschaltung ist so ausgelegt, daß das Stroboskop nach einer Verzögerung gezündet wird, die durch die Stellung eines einstellbaren Potentiometers festgelegt ist, welches an dem Stroboskop angebracht ist. Durch Verzögerung des Zündens des Stroboskops für eine Zeitspanne, die gleich der Vorzündung der Zündkerzen in bezug auf den oberen Totpunkt ist, ist die Zeit zwischen dem Zünden der Zündkerze und der Erzeugung eines Impulses aus der Verzögerungsschaltung ein Maß für die Zündeinstellung. Ein besonderes Merkmal der Stroboskopverzögerungsschaltung besteht darin, daß zwei Verzögerungsbereiche vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit von der Motordrehzahl durch das Bedienungspersonal gewählt werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Anzeige der Schließwinkelmessung für jeden Zylinder erzeugt. Mittels dieser Anzeige lassen

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sich Funktionsstörungen oder Verschleißerscheinungen in dem Verteiler bestimmen.

In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Digitalzähler betätigt, um die Zeit zu messen, während der die Unterbrecherkontakte geöffnet sind, und um die Zeit zu messen, während der die Unterbrecherkontakte geschlossen sind, und zwar für jeden Zylinder, und die mittlere Winkelgeschwindigkeit aufgrund des Beschleunigungs- und Verzögerungszyklus jedes Zylinders wird berechnet, um ein Maß für den Leistungsbeitrag jedes Zylinders zu erhalten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Systems zum Messen der

Motordrehzahl, des Schließwinkels und der Zündeinstellung,

Fig. 2 ein Schaltbild einer typischen Motorzündanlage,

welches die Lage der Meßfühler von Fig. 1 zeigt,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der analogen Drehzahl-, Schließ

winkel und Zündeinstellungsberechnungseinheiten von Fig. 1,

Fig. 4 ein Schaltbild der Hochenergiezündadapterschal-

tung und der Primärspulensignalbehandlungsschaltung von Fig. I,

Fig. 5 die durch die Schaltung von Fig. 4 erzeugten Kurven,

Fig. 6 ein Schema eines Stroboskops, welches in Verbindung

mit Fig. 1 benutzt wird,

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Fig. 7 ein Schaltbild der Stroboskopverzögerungsschal

tung von Fig. 1,

Fig. 8 die durch die Schaltung von Fig. 7 erzeugten

Kurven,

Fig. 9 ein Schaltbild einer Digitalausführung des Systems

zum Messen der Motordrehzahl, der Zündeinstellung und des Schließwinkels,

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines Systems zum Bestimmen

des Leistungsbeitrages jedes Zylinders, und

Fig. 11 die durch das System von Fig. 10 erzeugten Kurven.

Fig. 1 zeigt in Form eines schematischen Blockdiagramms das Grundsystem zur Berechnung der Motordrehzahl, des Schließwinkels und der Zündeinstellung. Das System enthält einen Meßfühler 10, der an die Primärwicklung der Zündspule angeschlossen ist, einen Meßfühler 12, der so angeschlossen ist, daß er die der Zündkerze in dem Zylinder Nr. 1 des Motors zugeführte Hochspannung abfühlt, und ein Stroboskop 14, welches ein Potentiometer 16 zur Verzögerungseinstellung enthält. Kurz gesagt, die Motordrehzahl und der Schließwinkel werden gemessen, indem ein Digitalzähler auf die Impulse hin betätigt wird, die durch den Primärwicklungsmeßfühler 10 erzeugt werden. Die Zündeinstellung wird gemessen, indem einem Digitalzähler ermöglicht wird, die Zeit zwischen dem Zünden des Zylinders Nr. 1, die durch den Meßfühler 12 gemessen wird, und einem verzögerten Ausgangssignal aus dem Stroboskop 14 zu messen, wobei die Verzögerung so einstellbar ist, daß sie der Vorzündung äquivalent ist. Der in dem Digitalzähler enthaltene Zählerstand kann entweder durch analoge oder durch digitale Verfahren in einen Drehzahl-, Schließwinkel- oder Zündeinstellwert umgewandelt werden.

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Fig. 2 zeigt schematisch eine typische Zündanlage für ein Fahrzeug, welches einen 4-Zylinder-Verbrennungsmotor hat. Wenn der Zündschalter 20 geschlossen ist, fließt elektrischer Strom aus der Batterie 18 in die Primärwicklung der Zündspule 22 und durch die geschlossenen Unterbrecherkontakte 24, damit in der Primärwicklung der Zündspule

eine Energie gespeichert wird, die gleich 1/2 LI ist. Die Sekundärwicklung der Zündspule 22 ist mit dem Verteiler verbunden, der in seiner Gesamtheit mit der Bezugszahl 26 bezeichnet ist. Wenn die Unterbrecherkontakte 24 öffnen, induziert das zusammenbrechende Feld in der Primärwicklung der Zündspule 22 eine hohe negative Spannung in der Sekundärwicklung der Spule, welche der gewünschten Zündkerze in Abhängigkeit von der Drehung des Läufers in dem Verteiler 26 zugeführt wird. Der Aufbau und die Betriebsweise einer Zündanlage dieser Art sind bekannt und brauchen nicht ausführlich beschrieben zu werden. Der Primärwicklungsmeßfühler 10 von Fig. 1 ist in der in Fig. 2 dargestellten Weise an die Unterbrecherkontakte 24 angeschlossen. Der Meßfühler 10 erzeugt einen Spannungsimpuls, welcher sich mit jedem Öffnen und Schließen der Kontakte 24 zyklisch ändert. Infolgedessen werden bei einem 4-Zylinder-Motor gemäß der Darstellung in Fig. 2 vier zyklische Primärwicklungsspannungsimpulse bei jeder Umdrehung des Läufers des Verteilers 26 erzeugt. Der Spannungsmeßfühler 12 ist so angeschlossen, daß er die energiereiche Spannung abfühlt, die von dem Verteiler der Zündkerze des Zylinders Nr. 1 zugeführt wird, und bei einem 4-Zylinder-Motor gemäß der Darstellung in Fig. 2 wird bei jeder Umdrehung des Verteilerläufers nur ein Spannungsimpuls durch den Meßfühler 12 abgefühlt. Der Meßfühler 12 kann zwar an irgendeine der Zündkerzen angeschlossen sein, am zweckmäßigsten ist es jedoch, ihn so anzuschließen, daß er die dem Zylinder Nr. 1 zugeführte Spannung abfühlt, da die meisten Kraftfahrzeuge Totpunktmarken oder Schwungradmarkierungen haben, die auf die obere Totpunktslage des Zylinders Nr. 1 ausgerichtet sind.

Der Meßfühler 12 ist zwar als ein in Reihe liegender Meßfühler dargestellt, es kann jedoch jede geeignete Art von Spannungsmeßfühler ein-

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schließlich eines Zangenmeßfühlers benutzt werden, welcher den Draht umgreift, ohne die Verbindung zu unterbrechen. Der Meßfühler 10 wird zweckmäßig mit Hilfe von Krokodilklemmen angeschlossen.

Die Motordrehzahl und der Schließwinkel werden beide auf die durch den Meßfühler 10 erzeugte Primärwicklungsspannung hin gemessen. Eine passive Signalbehandlungsschaltung (nicht dargestellt) ist zweckmäßig mit dem Primärwicklungsmeßfühler 10 verbunden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches sich zwischen 0 und 5 V Gleichspannung ändert. Die Primärwicklungsspannung wird dann über einen Schalter 80, dessen Stellung durch ein Relais 29 gesteuert wird, das durch einenn manuell betätigbaren Schalter 30 an Spannung gelegt wird, entweder direkt einer Signalbehandlungsschaltung 32 oder über eine Hochenergiezündadapterschaltung 28 der Signalbehandlungsschaltung 32 zugeführt. Die Schaltungen 28 und 32 werden in Verbindung mit Fig. 4 im einzelnen beschrieben. Während des normalen Betriebes bleibt der Schalter 30 geöffnet und die Primärwicklungsspannung wird über den Schalter 80 der Signalbehandlungsschaltung 32 zugeführt, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Signalbehandlungsschaltung 32 beseitigt, kurz gesagt, den Einschwingvorgang, der typischerweise bei dem Öffnen und Schließen der Unterbrecherkontakte auftritt, und erzeugt ein vorbereitetes Primärwicklungssignal mit scharfen Vorder- und Hinterflanken. In Fig. 5 zeigt eine Kurve A (ausgezogene-Linien) eine typische Ausgangsspannung, die durch den Primärwicklungsmeßfühler 10 erzeugt wird, und eine Kurve D zeigt die Ausgangsspannung, die durch die Signalbehandlungsschaltung 32 erzeugt wird.

Da die Ausgangsspannung des Primärwicklungsmeßfühlers 10, wenn sie durch die Signalbehandlungsschaltung 32 geformt worden ist, die Form eines zyklischen Rechteckschwingungsimpulses hat, welcher in der Spannung jedesmal ansteigt, wenn die Unterbrecherkontakte öffnen, und in der Spannung jedesmal abfällt, wenn die Unterbrecherkontakte schließen, und, wenn ein Zähler an der Vorderflanke des Impulses gestartet wird, wenn die Unterbrecherkontakte öffnen und dann bei der nächsten Vorderflanke gestoppt wird, wenn die Unterbrecherkontakte wieder öffnen, steht der Zählerstand in dem Zähler in direkter Beziehung zu der Motor-

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drehzahl. Ebenso, da der Schließwinkel in Beziehung zu dem Zeitintervall steht, während welchem die Unterbrecherkontakte geschlossen bleiben, und wenn ein Zähler gestartet wird, wenn die Unterbrecherkontakte schliessen, und gestoppt wird, wenn die Unterbrecherkontakte öffnen, steht der Zählerstand in dem Zähler in direkter Beziehung zu dem Schließwinkel. Aus Gründen, die aus den folgenden Darlegungen deutlich werden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, beim Messen des Schließwinkels mit dem System nach der Erfindung den Zähler zu starten, wenn die Unterbrecherkontakte öffnen, und den Zähler zu stoppen, wenn die Unterbrecherkontakte schließen, wobei der Zählerstand in dem Zähler dann in umgekehrter Beziehung zu dem Schließwinkel steht und wobei aus diesem Zählerstand durch ein einfaches arithmetisches Verfahren der Schließwinkel berechnet werden kann.

Zur Durchführung der Drehzahl- und Schließwinkelmessung wird das Ausgangssignal der Signalbehandlungsschaltung 32, die Kurve D von Fig. 5, durch einen Inverter 34 (Fig. 1) hindurchgeleitet, in welchem die Kurve umgekehrt wird, so daß sich die in Fig. 5 dargestellte Kurve E ergibt. Diese Spannung wird über eine Signalleitung 36 der Schließwinkeleingangsklemme eines Multiplexschalters 38 zugeführt. Die Spannungsschwingung E von Fig. 5 wird außerdem durch einen Inverter 40 geleitet, in welchem sie wieder die Form der Schwingung D von Fig. 5 annimmt, und wird sowohl der Drehzahl- als auch der Schließwinkeleingangsklemme eines Multiplexschalters 42 und außerdem über eine Leitung 44 der Drehzahleingangsklemme des Multiplexschalters 38 zugeführt.

Die Signale, welche durch die Multiplexschalter 38 und 42 hindurchgehen, werden durch die Stellung von einstellbaren Schaltern 48 bzw. 46 kontrolliert, welche mechanisch miteinander gekuppelt sind und durch einen manuell betätigten Ausgangsselektor 50 über eine Leitung gleichzeitig bewegt werden. Wenn also die Motordrehzahl gemessen werden soll, wird der Ausgangsselektor 50 durch die Systembedienungsperson betätigt, damit die Schalter 46 und 48 über eine Leitung 54 verstellt werden, um einen Kontakt mit den Drehzahieingangsklemmen der

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Multiplexschalter 42 bzw. 38 herzustellen. In dieser Zeit gehen nur die an den Drehzahleingangsklemmen erscheinenden Signale durch die Multiplexschalter hindurch. Wenn der Schließwinkel gemessen werden soll, wird der Ausgangsselektor 50 betätigt, damit die Schalter 46 und 48 von der Drehzahleingangsklemme auf die Schließwinkeleingangsklemme der Multiplexschalter 42 und 38 verstellt werden, wodurch nur den an den Schließwinkeleingangsklemmen erscheinenden Signalen gestattet wird, durch die Multiplexschalter hindurchzugehen. Das durch den Multiplexschalter 42 hindurchgehende Signal wird dazu benutzt, einen Digitalzähler zu starten, während das durch den Multiplexschalter 38 hindurchgehende Signal dazu benutzt wird, den Digitalzähler zu stoppen. Aus Gründen der Genauigkeit und der Wirtschaftlichkeit des Schaltungsaufbaus hat es sich als erwünscht herausgestellt, das System so auszulegen, daß das Starten und das Stoppen des Zählers für Drehzahl-, Schließwinkel- und Zündeinstellmessungen nur an der Vorderflanke der Spannungsimpulse erfolgt, die durch die Multiplexschalter 38 und 42 hindurchgehen.

Unter der Annahme, daß die Schalter 46 und 48 mit den Drehzahleingangsklemmen der Multiplexschalter 42 und 38 verbunden sind, geht der Spannungsimpuls, der als Kurve D in Fig. 5 dargestellt ist, durch den Multiplexschalter 42 hindurch in ein Digitalfilter 56. Ebenso geht der Spannungsimpuls, der als Kurve D in Fig. 5 dargestellt ist, außerdem durch den Multiplexschalter 38 hindurch in ein Digitalfilter 58. Die Digitalfilter 56 und 58 enthalten elektronische Logikschaltungen, welche eine Änderung in einem Eingangssignal nur dann durchlassen, wenn das Signal für eine vorbestimmte Zeitspanne auf seinem neuen Pegel bleibt, und welche Änderungen in dem Eingangssignal, wie sie beispielsweise durch Rauschen verursacht werden, die nicht für die vorbestimmte Zeitspanne auf dem neuen Pegel bleiben, nicht durchlassen. Eine Digitalfilterschaltung der mit den Bezugszahlen 56 und 58 bezeichneten Art ist in der deutschen Patentanmeldung P 26 Ö8 741.2 bereits vorgeschlagen worden.

Das Ausgangssignal des Digitalfilters 56 wird einem Flipflop 60 züge-

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leitet, und das Ausgangssignal des Digitalfilters 58 wird einem Flipflop 62 zugeleitet. Die Ausgangssignale der Flipflops 60 und 62 werden ihrerseits einer Torschaltung 64 zugeleitet, welches typischerweise eine UND-Schaltung ist. Außerdem werden der Torschaltung 64 Taktimpulse zugeführt, die durch einen Taktgeber 66 erzeugt werden. Zuerst ist die UND-Schaltung 64 gesperrt, so daß keine Taktimpulse hindurchgehen. Die Flipflops 60 und 62 werden derart vorbereitet, daß die Vorderflanke der Schwingung D von Fig. 5, die erzeugt wird, wenn die Unterbrecherkontakte öffnen, den Zustand des Flipflops 60 ändert und die Torschaltung 64 öffnet, wodurch den Taktimpulsen gestattet wird, von dem Taktgeber 66 aus durch die Torschaltung 64 hindurch in einen Digitalzähler 68 zu gehen, wo die Taktimpulse gezählt werden. Das Flipflop 62 wird durch den Ausgangszustand des Flipflops 60 über eine Leitung 70 vorbereitet, so daß es auf die nächste Vorderflanke der Schwingung anspricht und die Torschaltung 64 schließt, so daß Taktimpulse nicht länger hindurchgehen. Infolgedessen zählt der Digital— zähler 68 die Taktimpulse, die zwischen einer Vorderflanke und der nächsten Vorderflanke der Schwingung auftreten, wobei der Zählerstand in dem Digitalzähler 68 zu der Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Vorderflanken der Schwingung proportional ist, d.h. zu der Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Offnungsvorgängen der Unterbrecherkontakte. Es ist zwar nicht dargestellt, jedoch können die Flipflops 60 und 62 derart miteinander verbunden sein, daß die Flipflops nach jedem Zyklus rückgesetzt werden und wieder in derselben Weise ansprechen, um die Torschaltung 64 bei den nächsten aufeinanderfolgenden Vorderflanken der Drehzahlschwingung zu öffnen und zu schließen, um dadurch fortwährend den Zählerstand in dem Digitalzähler 68 auf den neuesten Stand zu bringen. Wie in Verbindung mit Fig. 10 beschrieben, können andere Schaltungsanordnungen benutzt werden, in welchen die gewünschte Messung für jeden Zylinder der Reihe nach ausgeführt wird.

Das Zählerstandausgangssignal des Digitalzählers 68 wird durch einen Digital/Analog(D/A)-Wandler 72 hindurchgeleitet, welcher eine analoge Spannung erzeugt, die dem Zählerstand in dem Digitalzähler 68 äquivalent ist. Die analoge Ausgangsspannung des D/A-Wandlers 72 wird über einen

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Dreiwegschalter 74 zu einer von drei Eingangsklemmen der Drehzahl-, Schließwinkel- und Zündeinstellberechnungseinheiten 76 geleitet. Die Einzelheiten der Berechnungseinheiten 76 werden in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben. Diese Einheiten enthalten Berechnungsschaltungen zum Umsetzen der Ausgangsspannung des Wandlers 72 in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters 74 in ein Drehzahl-, Schließwinkeloder Ziindeinstellungsmeßsignal. Die Stellung des Schalters 74 wird durch den Ausgangsselektor 50 in Verbindung mit den Schaltern 46 und 48 in den Multiplexschaltern 42 bzw. 38 gesteuert, d.h., wenn der Ausgangsselektor 50 so eingestellt wird, daß die Drehzahlberechnung gewählt wird, werden die Schalter 46, 48 und 74 gleichzeitig zu den Drehzahlklemmen bewegt und zu dieser Zeit wird nur die Drehzahlberechnung durch die Berechnungseinheiten 76 ausgeführt. Das Ausgangssignal der Berechnungseinheiten 76 wird ein zu der Drehzahl, zu dem Schließwinkel oder zu der Zündeinstellung proportionales Signal sein, welches einer Anzeigeeinrichtung oder einer anderen Ausgangsanzeigeeinheit 77 zugeführt werden kann.

Außerdem ist dargestellt, daß den Drehzahl-, Schließwinkel- und Zündeinstellungsberechnungseinheiten 76 über eine Leitung 79 ein Signal aus einem Zylinderselektor 78 zugeführt wird. Der Zylinderselektor 78 kann manuell durch die Bedienungsperson des Systems gesteuert werden, damit er ein Signal erzeugt, welches die Anzahl der Zylinder in dem Motor des getesteten Fahrzeuges angibt, typischerweise 4, 6 oder 8 Zylinder. Wie in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben, ist die Berechnung der Drehzahl,des Schließwinkels und der Zündeinstellung eine Funktion der Zylinderzahl; die Information über die Anzahl der Zylinder in dem getesteten Motor wird von den Berechnungseinheiten 76 benötigt.

Die Schließwinkelberechnung wird ebenfalls mit dem Ausgangssignal des Primärwicklungsmeßfühlers 10 von Fig. 1 ausgeführt. Wenn der Schließwinkel gemessen werden soll, wird der Ausgangsselektor 50 betätigt, damit die Schalter 46, 48 und 74 einen Kontakt mit den betreffenden Schließwinkelklemmen herstellen. Die Schwingung D von Fig. 5 wird dem Schließwinkeleingang des Multiplexschalters 42 zugeführt, und die Vorder-

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flanke der Schwingung bewirkt,daß das Flipflop 60 seinen Zustand ändert und die Torschaltung 64 öffnet, wodurch den Taktimpulsen aus dem Taktgeber 66 gestattet wird, zu dem Digitalzähler 68 zu gelangen. Die Schwingung E von Fig. 5 wird dem Schließwinkeleingang des Multiplexschalters 38 über eine Leitung 36 zugeführt, wobei die Schwingung E in bezug auf die Schwingung D von Fig. 5 umgekehrt wird. Infolgedessen wird das Flipflop 62 betätigt und es bewirkt, daß die Torschaltung 64 bei dem Schließen der Unterbrecherkontakte geschlossen wird, d.h. an der Vorderflanke der Schwingung E von Fig. 5. Der Digitalzähler 68 wird deshalb einen Zählerstand enthalten, der proportional zu der Zeit zwischen dem Öffnen und dem Schließen der Unterbrecherkontakte ist. Wie im folgenden beschrieben, tritt zwischen dem Schließen der Unterbrecherkontakte und der Vorderflanke der Schwingung E, Fig. 5, eine Verzögerung τ auf, die durch die Operation der Signalbehandlungsschaltung 32 verursacht wird. Die Verzögerung wird in der Berechnungseinheit 76 kompensiert, wie im folgenden erläutert.

Der Zählerstand in dem Digitalzähler 68, welcher der Anzahl von Taktimpulsen zwischen dem Öffnen und dem Schließen der Unterbrecherkontakte äquivalent ist, ist der Kehrwert des Schließwinkels, da der Schließwinkel auf die Zeit bezogen ist, in der die Unterbrecherkontakte geschlossen sind. Bei der Drehzahlberechnung ist jedoch die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Offnungsvorgängen der Unterbrecherkontakte bekannt und der Schließwinkel wird in dem Block 76 durch ein einfaches arithmetisches Verfahren berechnet, bei welchem die vorherige Drehzahlmessung ausgenutzt wird.

Fig. 4 zeigt die Einzelheiten der Hochenergiezündadapterschaltung 28 und der Signalbehandlungs- oder Signalformerschaltung 32. Das unbehandelte Primärwicklungssignal, das durch den Meßfühler 10 erzeugt wird, besteht aus der als Schwingung A in Fig. 5 dargestellten, oszillierend einschwingenden, negativ- und positivgehenden Hochspannung. Die Schwingung, die normalerweise von dem Primärwicklungsmeßfühler 10 erzeugt wird, ist durch die ausgezogenen Linien in der Kurve A dargestellt und der Schalter

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wird in seiner normalen Stellung sein, so daß die Spannungsschwingung die Hochenergiezündadapterschaltung 28 umgeht. Die Spannungsschwingung wird durch Reihenwiderstände 82 und 84 und durch einen parallelen Filterkondensator 86 zu dem Basisanschluß eines Transistors 88 geleitet. Der Transistor 88 hat einen an Masse liegenden Emitter und an seiner Basis liegt über einen Widerstand 90 eine negative Versorgungsspannung an. Eine Diode 92 ist zwischen den Emitter und die Basis des Transistors 88 geschaltet, um den Basisanschluß des Transistors 88 auf einer Spannung zu halten, die etwas negativer ist als Massepotential, und um das Leiten des Transistors 88 solange zu verhindern, bis die Vorderflanke der Primärwicklungsspannungsschwingung erscheint.

Da die Drehzahl- und Schließwinkelmessungen ausgeführt werden, wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, indem eine Taktgebertorschaltung an einem Digitalzähler bei einer Vorderflanke des behandelten Primärwicklungssignals freigegeben wird und indem die Taktgebertorschaltung bei der nächsten Vorderflanke des behandelten Primärwicklungssignals gestoppt wird, ist es wichtig, daß das oszillierende Einschwingen der Primärwicklungsspannung, welche als Schwingung A in Fig. 5 dargestellt ist, keine falschen Flanken verursacht, d.h. die Vorder- und Hinterflanken der behandelten Primärwicklungsschwingung sollen so steil wie möglich sein. Diese Forderung wird mit Hilfe einer Verzögerungsschaltung erfüllt, welche Widerstände 94 und 96 enthält, die mit dem Kollektor des Transistors 88 verbunden sind und über welche eine positive Spannung von einer Klemme 98 zugeführt wird, und indem ein Kondensator 100 zwischen den Kollektor des Transistors 88 und Masse geschaltet wird. Bei jeder negativen Auswanderung der Primärwicklungsspannungsschwingung wird der Kondensator 100 aufgeladen, da der Transistor 88 in dieser Zeit nichtleitend ist und da der Kondensator 100 direkt in Reihe zwischen die Spannungsquelle 98, die Widerstände 94 und 96 und Masse geschaltet ist. Bei positiven Auswanderungen des Primärwicklungsschwingungssignals wird die Ladung auf dem Kondensator 100 abgeführt, da der Transistor 88 nun in Sättigung geht und die Kollektorspannung im wesentlichen auf Massepotential treibt. Das abwechselnde Aufladen und Entladen des Kondensators 100

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ist durch die Kurve B von Fig. 5 dargestellt. Die Zeitkonstante des RC-Gliedes, welches die Widerstände 94 und 96 und den Kondensator umfaßt, wird so gewählt, daß für die maxiamle Länge eines falschen negativgehenden Signals auf der Primärwicklungsschwingung der Auslösepegels eine Komparators 102, der mit dem Kondensator 100 verbunden ist, nicht erreicht wird. Anhand der Kurve B von Fig. 5 ist zu erkennen, daß während des Einschwingungsteils des Primärwicklungssignals die negativen und Nullauswanderungen nicht lang genug sind, um den Kondensator 100 so aufzuladen, daß es zum Auslösen des Komparators 102 ausreicht. Nachdem jedoch das Einschwingen der Primärwicklungsschwingung beendet ist, stellt die nächste negativgehende Flanke der Schwingung A, die bei dem Schließen der Unterbrecherkontakte auftritt, dem Kondensator 100 genug Zeit zur Verfügung, um sich aufzuladen und den Komparator 102 auszulösen. Der Minuseingang des Komparators 102 wird über eine Leitung 103 aus der Spannungsquelle 98 und den Spannungsteilerwiderständen 104 und 106 gespeist.

Wenn sich der Kondensator 100 ausreichend positiv auflädt, damit der Komparator 102 ausgelöst wird, d.h., wenn die Unterbrecherkontakte schließen, ändert der Komparator 102 seinen Zustand. Das Ausgangssignal des Komparators 102 ist als Spannungsschwingung C in Fig. 5 dargestellt. Wenn die Widerstände 104 und 106 gleich sind, wird die Verzögerung τ zwischen der negativgehenden Flanke der Spannungsschwingung A und der Auslösung des Komparators, wie durch die Schwingung C gezeigt, allein durch die Genauigkeit der Widerstände und 96 und des Kondensators 100 bestimmt. Diese Tatsache beruht darauf, daß die Spannungsquelle 98 sowohl als Bezugsspannungsquelle für den Komparator 102 als auch zum Aufladen des Kondensators 100 benutzt wird und deshalb nicht die Verzögerungsgenauigkeit beeinflußt. Da die Verzögerung τ bekannt ist und unabhängig von der Drehzahl festgelegt ist, kann sie korrigiert werden, indem eine Konstante subtrahiert wird, die gleich der Verzögerung τ bei der Schließwinkelberechnung ist, wie in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben werden wird.

Die durch die Signalbehandlungsschaltung 32 erzeugte Verzögerung

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beeinflußt nicht die Drehzahlberechnung, da der Digitalzähler 68 von Fig. 1 bei dem Öffnen der Unterbrecherkontakte sowohl gestartet als auch gestoppt wird, wobei die Verzögerung τ nur die Schwingung beeinflußt, die bei dem Schließen der Unterbrecherkontakte erzeugt und bei den Schließwinkelberechnungen benutzt wird.

Gemäß Fig. 4 wird das Ausgangssignal des !Comparators 102 über einen Widerstand 108 der Basis eines Transistors 110 zugeführt. Der Emitter des Transistors 110 liegt an Masse und ist mit dem Basisanschluß über eine Diode 112 verbunden. Eine positive Spannung liegt an dem Kollektor des Transistors 110 über einen Widerstand 114 an. Das Ausgangssignal des Transistors 110 ist die Schwingung D von Fig. 5, die über die Inverter 34 und 40 zu den Start- und Stopmultiplexschaltern 42 und von Fig. 1 geleitet wird.

Die Schwingung, die durch die Primärwicklung der Zündspule bei den meisten heutigen Kfz-Zündanlagen erzeugt wird, ist durch die ausgezogene Linie in der Kurve A von Fig. 5 dargestellt. In einigen Kfz-Zündanlagen, insbesondere bei den von der Fa.· General Motors Corporation hergestellten, wird jedoch eine Hochenergiezündanlage benutzt, die eine Schwingung erzeugt, welche durch die gestrichelte Linie 116 in der Kurve A in Fig. 5 dargestellt ist. Es hat sich herausgestellt, daß diese Schwingungsform oft ein fehlerhaftes Ausgangssignal erzeugt, d.h. der Teil der Schwingung, der durch die gestrichelte Linie 116 dargestellt ist, verursacht ein frühes Schalten des Komparators 102 und erzeugt ein falsches Vorderflankensignal. Das führt zu fehlerhaften Drehzahl- und Schließwinkelergebnissen. Zur Überwindung dieses Problems ist eine Umgehungsschaltung, welche eine Reihendiode 118 und eine in Sperrichtung vorgespannte Z-Diode 120 enthält, zu dem Schalter 80 in der Hochenergiezündadapterschaltung 28 in Reihe geschaltet. Wenn Tests an Fahrzeugen ausgeführt werden, welche Hochenergiezündanlagen enthalten, wird der Schalter 30 (Fig. 1) geschlossen, wodurch der Schalter 80 auf die Klemme eingestellt wird, die mit der Zündadapterschaltung 28 verbunden ist, und ein Weg für das Primärwicklungssignal von dem Meßfühler 10 zu der Signalbehandlungsschaltung 32 über die Diode 118 und die Z-Diode 120 geschaffen wird. Die Primärwicklungsschwingung geht

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¹⁸ " 26 1?063

erst dann durch die Hochenergiezündadapterschaltung 28 hindurch, wenn die Spannung eine Amplitude erreicht hat, die ausreichend groß ist, um die Durchbruchspannung der Z-Diode 120 zu überwinden, wodurch die Möglichkeit einer zu frühen Betätigung des !Comparators 102 der Signalbehandlungsschaltung 32 beseitigt wird, die eine falsche Vorderflanke in der Primärwicklungsschwingung erzeugen würde.

Gemäß Fig. 1 wird die Zündeinstellung gemessen, indem der Digitalzähler 68 an der Vorderflanke des Signals gestartet wird, welches durch den Meßfühler 12 des Zylinders Nr. 1 erzeugt wird, und indem der Zähler an der Vorderflanke eines Ausgangssignals aus einer Stroboskopverzögerungsschaltung 128 gestoppt wird. Kurz gesagt, das Signal aus dem Meßfühler 12 des Zylinders Nr. 1 wird durch eine Signalbehandlungsschaltung 122 hindurchgeleitet, welche eine Schaltungsanordnung enthält. die das Rohsignal aus dem Meßfühler 12 des Zylinders Nr. 1, welches als Kurve F in Fig. 8 gezeigt ist, umwandelt und daraus ein behandeltes Nr.l-Signal in Form eines Impulses erzeugt, welcher scharfe Vorder- und Hinterflanken hat, wie durch die Kurve H von Fig. 8 dargestellt. Außerdem zeigt Fig. 8 als Kurve G die behandelten Primärwicklungsimpulse aus einem 4-Zylinder-Motor, um die Zeitsteuerung des Zylinder-Nr. !-Signals mit Bezug auf die Primärwicklungssignale zu zeigen- Das behandelte Nr. !-Signal wird über eine Leitung 124 zu der Zündeinstellungseingangsklemme des Startmultiplexschalters 42 geleitet. Das behandelte Nr. 1-Schwingungssignal wird außerdem über eine Leitung zu der Stroboskopverzögerungsschaltung 128 geleitet.

Die Stroboskopverzögerungsschaltung 128 erzeugt einen Rechteckausgangsimpuls, welcher eine Vorderflanke hat, die zeitlich gegenüber der Vorderflanke des behandelten Nr. 1-Impulses um eine Größe verzögert ist, die durch die Stellung eines Verzögerungspotentiometers 16 festgelegt ist, welches mit dem Stroboskop 14 verbunden ist.

Das Stroboskop 14, das schematisch in Fig. 6 dargestellt ist, ist ein im Handel erhältliches Standardstroboskop, welches durch Einbau eines Verzögerungspotentiometers 16 etwas abgeändert worden ist und

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in herkömmlicher Weise benutzt wird, um festzustellen, wann sich der Kolben des Zylinders Nr. 1 in seiner oberen Totpunktslage befindet, die durch die Einstellmarkierungen an dem Schwungrad und dem Motorblock von Kraftfahrzeugen angegeben wird. Im allgemeinen, wenn die Einstellmarkierung an dem Schwungrad in einer Linie mit der Einstellmarkierung an dem Motorblock liegt, befindet sich der Kolben des Zylinders Nr. 1 in seiner oberen Totpunktslage. Bei heutigen Motoren ist es jedoch üblich, den Spannungsimpuls an den Zündkerzen vorzuverlegen, so daß die Zündung um einige Grade vor dem Zeitpunkt erfolgt, in welchem der Kolben seine obere Totpunktslage erreicht, um den Motorwirkungsgrad zu steigern und um den Schmutzstoffausstoß zu verringern. Diese Vorzündung wird durch den Hersteller des Fahrzeuges angegeben und ist im allgemeinen eine Funktion der Motordrehzahl. Zur Messung der Vorzündung ist das Verzögerungspotentiometer 16 in den in Fig. 6 dargestellten Stroboskop vorgesehen. Es ist durch ein Daumenrad 130 einstellbar. Das Verzögerungspotentiometer 16 wird dann mit der Stroboskopverzögerungsschaltung 128 über Leitungen 134 verbunden und es verzögert das Triggersignal des Stroboskops 14 um eine Zeit, die durch den Widerstand des Verzögerungspotentiometers 16 festgelegt ist. Die Bedienungsperson stellt das Potentiometer 16 mit Hilfe des Daumenrades 130 so ein, daß das Stroboskop zündet oder blitzt, wenn die Zündeinstellmarkierungen genau in einer Linie liegen. Die Stroboskopverzögerungsschaltung erzeugt ihren Ausgangsimpuls in Abhängigkeit von der Verzögerungszeit, die durch den Widerstand des Potentiometers 16 festgelegt ist. Durch Starten des Digitalzählers 68 bei dem Zünden des Zylinders Nr. 1, wie durch den Impuls aus dem Meßfühler bestimmt, und durch Stoppen des Digitalzählers an der Vorderflanke des verzögerten Impulses aus der Stroboskopverzögerungsschaltung 128, der dem Multiplexschalter 38 über eine Leitung 210 (Fig. 1) zugeleitet wird, wird der Zählerstand in dem Digitalzähler der Verzögerungszeit äquivalent sein, die in der Stroboskopverzögerungsschaltung 128 erzeugt wird, welche wiederum der Vorzündung äquivalent ist.

Gemäß Fig. 1 wird das Triggersignal über eine Leitung 132 von der

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Stroboskopverzögerungsschaltung 128 zu dem Stroboskop 14 geleitet, um das Stroboskop 10 in Übereinstimmung mit der Verzögerung zu betätigen, die durch die Verzögerungsschaltung 128 geschaffen wird. Wie ausführlich in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben, erzeugt die Stroboskopverzögerungsschaltung 128 eine Verzögerung in ihrem Ausgangssignal, welche durch das Potentiometer 16 einstellbar ist, und zwar innerhalb eines von zwei wählbaren Verzögerungsbereichen, nämlich einem Bereich τ. und einem Bereich T„, wobei der Bereich beispielsweise durch einen Verzögerungsbereichselektor 142 (Fig. 1) über eine Leitung 140 wählbar ist.

Das Stroboskop in Fig. 6 ist ein herkömmliches Stroboskop, welches durch Einbau des Stroboskopverzögerungspotentiometers 16, das durch das einstellbare Daumenrad 130 einstellbar ist, leicht abgeändert worden ist. Das Stroboskop 14 enthält eine Triggerschaltung 146, welche eine Blitzröhre 148 in dem richtigen Zeitpunkt betätigt, der durch das Triggersignal auf der Leitung 132 bestimmt wird, das der Triggerschaltung 146 aus der Stroboskopverzögerungsschaltung 128 (Fig. 1) zugeführt wird. Das Verzögerungspotentiometer 16 ist mit der Stroboskopverzögerungsschaltung 128 von Fig. 1 über die Leitung 134 verbunden. Strom wird dem Stroboskop 14 in herkömmlicher Weise über eine Leitung 150 zugeführt.

Die Einzelheiten der Stroboskopverzögerungsschaltung 128 mit den wählbaren Verzögerungsbereichen T. und t„ sind in Fig. 7 gezeigt. Das behandelte Zylinder-Nr. 1-Signal auf der Leitung 126, Fig. 1, welches als Kurve H in Fig. 8 dargestellt ist, wird über einen Widerstand dem Basisanschluß eines Transistors 154 zugeführt. Der Transistor ist aufgrund der seinem Basisanschluß über einen Widerstand 156 zugeführten negativen Spannung normalerweise nichtleitend. Eine positive Spannung wird dem Kollektor des Transistors 154 über einen Widerstand 158 zugeführt und eine Diode 160 ist zwischen den Emitter und die Basis des Transistors 154 geschaltet.

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?6 17UR3

Das behandelte Zylinder-Nr. 1-Signal auf der Leitung 126 wird mit Hilfe des Widerstandes 158, eines Reihenwiderstands 162 und eines Kondensators 164, eines Widerstands 166, der mit einer positiven Spannungsquelle verbunden ist, und des Transistors 154 differenziert, um an dem Basisanschluß eines Transistors 168 die als Kurve I in Fig. 8 dargestellte Schwingung zu erzeugen. Auf dem negativgehenden Teil des differenzierten Signals wird der Transistor 168 eingeschaltet, welcher einem Transistor 170 einen Basisstrom zuführt und diesen Transistor in Sättigung treibt. Ein Kondensator 172 ist an den Transistor 170 angeschlossen und jegliche Ladung auf dem Kondensator ist durch den leitenden Transistor nach dem Durchgang des negativgehenden differenzierten Impulses entladen. Nach dem Durchgang des Nr. 1-Impulses schalten die Transistoren 168 und 170 ab und bewirken, daß sich der Kondensator 172 linear auflädt. Der zu dem Kondensator 172 fließende Ladestrom wird von einer veränderlichen Stromquelle geliefert, welche aus einem Transistor 174, einem Widerstand 176, Dioden 178 und 180, einem Widerstand 182, einer Spannungsquelle 184, einem Widerstand 186 und dem Verzogerungspotentiometer 16 besteht, welches innerhalb des Stroboskops 14 angeordnet und mit der Stroboskopverzögerungsschaltung über Leitungen 134 verbunden ist. Eine feste negative Spannung wird an die Basis des Transistors 174 angelegt, und zwar infolge des Spannungsabfalls an den festen Widerständen 176 und 182 zwischen Masse und der negativen Spannungsquelle 184. Der Transistor 174 ist somit fortwährend leitend. Der Strom durch den Transistor 174 wird jedoch durch den veränderlichen Widerstand in seinem Emitterkreis festgelegt, welcher das Verzogerungspotentiometer 16 und den festen Widerstand 186 enthält. Infolgedessen wird der Strom durch den Transistor 174 und somit die Aufladungsgeschwindigkeit des Kondensators 172 durch den Widerstand des Verzögerungspotentiometers 16 festgelegt, welcher seinerseits einstellbar ist. Wenn die Transistoren 168 und 170 gesperrt sind, lädt sich der Kondensator 172 linear auf, bis die Bezugsspannung an einem Komparator 188, die durch Widerstände 189, 191 und 193 und die positive Spannungsquelle 195 erzeugt wird, überschritten wird. Wenn die Bezugsspannung an dem Komparator 188 überschritten ist, schaltet der Komparator 188 von einer

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7 6 1 ? Π 6

negativen Klemme auf eine positive Klemme um. Eine negative Spannungsquelle 19 7 liefert einer Diode 175 über einen Widerstandsteiler 171, 173 eine negative Vorspannung, um das Ausgangssignal an dem Kondensator 172 auf einen negativen Wert zu klemmen, wodurch die Entladezeit des Kondensators 172 verringert wird. Obwohl nicht dargestellt, kann eine Kompensation ohne Rückkopplung zusammen mit dem Operationsverstärkerkreis des Komparators 188 verwendet werden, um eine minimale Verzögerung bei dem Umschalten des Komparators zu erzielen.

Wenn das Ausgangssignal des Komparators 188 positiv geworden ist, werden die Transistoren 190 und 192 eingeschaltet, wobei das Leiten des Transistors 192 einen optischen Koppler 194 einschaltet. Der Ausgang des optischen Kopplers 194 ist mit der Triggerschaltung 146 in dem Stroboskop 14 über Leitungen 132 verbunden, bei welchem es sich zur Minimierung der Rauschaufnahme vorzugsweise um eine abgeschirmte verdrillte Doppelleitung handelt. Das Ausgangssignal des optischen Kopplers kann differenziert und zum Triggern einer Thyristorschaltung (nicht dargestellt) benutzt werden, die in dem Stroboskop 14 angeordnet ist, damit das Licht nach einer Verzögerungszeit aufblitzt, die mit Bezug auf das Zünden des Zylinders Nr. 1 durch die Einstellung des Verzögerungspotentiometers 16 festgelegt ist.

Fig. 8 zeigt die Kurven in Verbindung mit dem Betrieb der Schaltung von Fig. 7. Die Kurve J zeigt die Änderung in der Spannung an dem Kondensator 172 in Abhängigkeit von dem differenzierten Signal des Zylinders Nr. 1, das als Kurve I dargestellt ist. Die Kurve K zeigt das Ausgangssignal des Komparators 188, die Kurve L zeigt das Ausgangssignal des optischen Kopplers 194, welcher das Stroboskop über die Leitungen 132 triggert, und die Kurve M zeigt das Ausgangssignal des Transistors 190, welches dem Multiplexschalter 38 über die Leitung zugeführt wird.

Bei dem Betrieb der Schaltung von Fig. 7, wie er beschrieben worden ist, ist angenommen worden, daß der Verzögerungsselektor 142 von Fig. 1 so

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- 23 - ₉ R ] y f j Γ "3

eingestellt worden ist, daß der Verzögerungsbereich T gewählt ist. In Fig. 7 ist das durch die Verbindung des Schalters 138 mit einer positiven Spannungsquelle 196 über einen Widerstand 198 dargestellt. Die positive Spannungsquelle 196 liefert dem Basisanschluß eines Transistors 200 eine positive Spannung. Die Transistoren 200 und 202 sind nichtleitend und ein Kondensator 204, welcher mit dem Transistor 202 in Reihe geschaltet ist, ist im wesentlichen aus dem Stromkreis entfernt. Zur Vergrößerung der Verzögerungszeit, beispielsweise während des Anlassens oder während des Betriebes mit niedriger Drehzahl, wird der Verzögerungsselektor 142 betätigt, um den Schalter 138 so einzustellen, daß der Verzögerungsbereich τ~ gewählt wird. Durch An-Masse-Legen des Schalters 138 wird eine negative Spannung an die Basis des Transistors 200 infolge des Spannungsabfalls von einer negativen Spannungsquelle 206 über Widerstände 208 und 210 angelegt. Der Transistor 200 wird nun leitend, schaltet den Transistor 202 ein und treibt ihn in Sättigung. Der in Sättigung kommende Transistor 202 legt eine Seite des Kondensators 204 wirksam an Masse und schaltet ihn zu dem Kondensator 172 parallel, wodurch die Zeit vergrößert wird, die für einen , gegebenen Ausgangsstrom der Stromquelle (Transistor 174) erforderlich ist, um die Kondensatoren 172 und 204 so aufzuladen, daß die Bezugsspannung an dem Komparator 188 überschritten wird.

Die Verzögerungsschaltung 128 von Fig. 7 ist über ziemlich lange Kabel 134 mit dem Verzögerungspotentiometer 16 in dem äußeren Stroboskop verbunden und hat sich als unempfindlich gegen Rauscheinstreuungen auf den Kabelzuführungen erwiesen. Außerdem kann sie mit Hilfe des einzelnen Potentiometers 16 linear in einem Verzögerungsverhältnis von ungefähr 1000 zu 1 eingestellt werden. Die Möglichkeit, zwei Verzögerungsbereiche zu schaffen, indem der Kondensator 204 zu dem Kondensator 172 parallel geschaltet wird, gestattet, die Schaltung bei niedrigen Drehzahlen zu verwenden, bei welchen die tatsächliche Zeit zwischen dem Zünden der Zündkerzen relativ lang ist. Die durch die Schaltung geschaffene Verzögerung nimmt mit zunehmendem Strom durch den Transistor 174 ab, wobei dieser Strom eine direkte Funktion des Widerstands des Verzögerungspotentiometers 16 ist. Bis zu 60° Vor-

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²⁴ 2 6 1 ? [i G 3

zündung können mit der Schaltung von Fig. 7 mit Hilfe eines im Handel erhältlichen Stroboskops gemessen werden, das in der oben beschriebenen Weise abgeändert ist. Es sei darauf hingewiesen, daß der Zählerstand in dem Digitalzähler 68 von Fig. 1 ein Maß für die Zeitverzögerung ist, die durch die Stroboskopverzögerungsschaltung 128 bereitgestellt wird, nicht aber ein Maß für die Gradzahl an Vorzündung.

Die Einzelheiten der Drehzahl-, Schließwinkel und Zündungseinstellung-Berechnungseinheiten, die als der Block 76 in Fig. 1 gezeigt sind, sind in Fig. 3 dargestellt. Der Zählerstand in dem Digitalzähler 68, der durch den D/A-Wandler 72 in ein Analogsignal umgewandelt worden ist, wird über den Schalter 74 entweder der Drehzahl-, oder der Schließwinkel- oder der Zündeinstellung-Berechnungsklemme in Abhängigkeit von der Stellung des Ausgangsselektors 50 zugeführt.

Die Drehzahlberechnung wird nach folgender Gleichung ausgeführt: _, , ,. 2,4 χ 10 ...

_{Drehzahl =} (l)

wobei der Zähler eine Funktion des Aufbaus des Digitalzählers 68, N die Zylinderzahl und C der Inhalt des Zählers 68 ist, wenn die Drehzahl berechnet wird.

Nimmt man an, daß der Ausgangsselektor 50 eine Drehzahl .(U/min) gewählt hat und daß die Schalter 46, 48 und 74 mit den Drehzahlklemmen in Berührung sind, wird ein Analogsignal, welches den Zählerstand C. in dem Digitalzähler 68 angibt, über eine Signalleitung 212 einer Tastspeicherschaltung 214 zugeführt, in welcher die Größe C. gespeichert wird. Die Tastspeicherschaltung 214 wird benötigt, da die Größe C. auch bei den Schließwinkel- und Zündeinstellungsberechnungen verwendet wird.

Der Zylinderselektor 78, der ebenfalls in Fig. 1 gezeigt ist, ist mit einem Schalter 222 verbunden, welcher eine Spannung V., V_ oder V, auswählt, die in Blöcken 219 bzw. 220 bzw. 221 dargestellt sind und die proportional zu 4N bzw. 6N bzw. 8N sind, wobei N die Zylinderzahl

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²⁵ y B ι ? Π R

des getesteten Motors ist. Das ausgewählte Signal N wird von dem Schalter 222 aus über eine Leitung 218 einer Multiplizierschaltung 216 zugeführt, welche die Größe N mal C. berechnet. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 216 wird über eine Leitung 224 einer Dividierschaltung 226 zugeführt, welcher außerdem eine konstante Spannung K , die in einem Block 228 dargestellt ist, zugeführt worden ist. Die Konstante K ist dem Zähler der Gleichung (1) äquivalent. Das Ausgangssignal der Dividierschaltung 226 auf einer Leitung 230 ist eine zu der Drehzahl proportionale Spannung. Das Ausgangssignal kann dann einem Sichtgerät oder einer anderen Anzeigeeinrichtung zugeführt werden, die als Ausgangsanzeigeeinheit 77 in Fig. 1 dargestellt ist·

Der Schließwinkel wird gemäß folgender Gleichung (2) berechnet:

360° Schließwinkel =

1 -

Zur Berechnung des Schließwinkelsignals sei angenommen, daß die Schalter 46, 48 und 74 mit den Schließwinkelklemmen verbunden sind. Der Digitalzähler 68 von Fig. 1 enthält einen Zählerstand C„, welcher über den D/A-Wandler 72 und durch den Schalter 74 über eine Leitung einem Summierverstärker 232 zugeführt wird. Außerdem wird dem Summierverstärker 232 eine in einem Block 234 dargestellte Konstante K„ zugeführt, welche gleich τ ist, d.h. gleich der Verzögerung in dem Primärwicklungssignal, die durch den Kondensator 100 der in Fig. 4 gezeigten Signalbehandlungsschaltung 32 erzeugt wird und außerdem in den Kurven D und E von Fig. 5 dargestellt ist. Die Verzögerung τ muß subtrahiert werden, so daß das Ausgangssignal des Summierverstärkers 232 proportional zu der Zeit zwischen dem tatsächlichen Öffnen und Schließen der Unterbrecherkontakte ist. Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 232 wird über eine Leitung 236 einer Dividierschaltung 238 zugeführt, in welcher es durch den Inhalt C der Tastspeicherschaltung dividiert wird, welcher auf Leitungen 240 und 239 erscheint. Da der Schließwinkel ein Zündverteilerwinkel ist und

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²⁶ 26 I/DK λ

da das in Fig. I dargestellte System die Zeit mißt, muß die Drehzahl des Motors bei der Berechnung des Schließwinkels berücksichtigt werden.

Das Ausgangssignal der Dividierschaltung 238 wird einem Summierverstärker 241 zugeführt, in welchem es von einer in einem Block 242 dargestellten Konstanten K_ subtrahiert wird. Die Konstante K ist gleich 1. Das Glied 360 /N in der Schließwinkelgleichung wird in einer Dividierschaltung 244 berechnet, welche als Eingangssignale eine Konstante K, aus einem Block 246 und die Zylinderzahl N über eine Leitung 245 empfängt. Das Ausgangssignal der Dividierschaltung 244 wird dann einer Multiplizierschaltung 250 über eine Leitung 248 zugeführt, in welcher es mit dem Ausgangssignal aus dem Summierverstärker 241 multipliziert wird, wobei das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 250 auf einer Leitung 252 das Schließwinkelsignal ist.

Die Zündungseinstellung wird gemäß der folgenden Gleichung (3) berechnet:

720° ^* 4

Zündeinstellung = —— χ —— (3)

N C₁

Geht man wieder davon aus, daß die Schalter 46, 48 und 74 durch den Ausgangsselektor 50 auf die Zündeinstellungsklemmen eingestellt worden sind, enthält der Digitalzähler 68 einen Zählerstand C,, welcher zu der Differenz zwischen der Zeit der Vorderflanke des Signals des Zylinders 1 und der Vorderflanke des Signals aus der Stroboskopverzögerungsschaltung 128 proportional ist. Der Zählerstand in dem Digitalzähler 68 wird durch den D/A-Wandler 72 von Fig. 1 hindurchgeleitet und die analoge Spannung wird durch den Schalter 74 über eine Leitung 253 einer Dividierschaltung 254 zugeführt, in welcher die Größe C durch die Größe C. aus der Tastspeicherschaltung 214 dividiert wird, die auf der Leitung 240 erscheint. Das Ausgangssignal der Dividierschaltung 254 wird über eine Leitung 256 einer Multiplizierschaltung 258 zugeführt. Außerdem wird der Multiplizierschaltung 258 das Ausgangs-

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signal einer Dividierschaltung 262 zugeführt, welches der Konstanten K_ in einem Block 260, dividiert durch die Zylinderzahl N von einer Leitung 261, äquivalent ist. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 258 auf einer Leitung 264 ist eine Spannung, die der Gradzahl an Vorzündung proportional ist.

Fig. 9 zeigt eine digitale Ausführung des Drehzahl-, Zündeinstellung- und Schließwinkelberechnungssystems. Die Berechnungen werden digital in einer Zentraleinheit 270 ausgeführt, bei welcher es sich um einen Mehrzweckdigitalrechner handeln kann, der entsprechend den üblichen Verfahren programmiert ist. Die Gleichungen (1), (2) und (3) können in der Zentraleinheit 270 gerätemäßig vorhanden sein.

Gemäß Fig. 9 werden die Drehzahl-, Schließwinkel- und Zündeinsteilungssignale, die in der in Fig. 1 dargestellten Weise gewonnen werden, einer Startmultiplexschaltung 272 und einer Stopmultiplexschaltung zugeführt. Diese Multiplexschaltungen sind die digitalen Äquivalente der Start- und Stopmultiplexschalter 42 bzw. 38 von Fig. 1. Ein Adreßsteuersignal auf einer Signalleitung 275 wird von der Zentraleinheit 270 zum Adressieren der Start- und Stopmultiplexschaltungen und 274 und zur Steuerung des Hindurchgangs entweder des Drehzahl-, des Schließwinkel- oder des Zündeinstellungssignals in Abhängigkeit von dem in der Zentraleinheit 270 gespeicherten Programm zugeführt. Die ausgewählten Signale gehen durch die Multiplexschaltungen hindurch zu einer 2:1-Multiplexschaltung 276 und das gewünschte Signal, das durch eine Leitung 277 ausgewählt worden ist, die von einer Zählersteuerlogikschaltung 280 kommt, geht durch die Multiplexschaltung und durch ein Digitalfilter 278 hindurch zu der Zählersteuerlogikschal tung 280. Die Zählersteuerlogikschaltung 280 enthält eine bekannte Digitalschaltungsanordnung, welche das Starten und das Stoppen des Zählers und Serienumsetzers 282 über eine Startleitung 284 und eine Rücksetzleitung 286 steuert. Eine Reihe von Taktimpulsen aus einem Taktgeber 288 wird in den Zähler und Serienumsetzer 282 eingegeben. Außerdem ist eine Leitung 290 dargestellt, welche die Zählersteuerlogikschaltung 280 mit dem Zähler und Serienumsetzer 282 verbindet und

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dem Zähler 282 anzeigt, wann die Umsetzung der Daten vollständig ist.

Das Ausgangssignal des Zählers und seriellen Umsetzers 282 wird der Zentraleinheit 270 über eine Leitung 292 zugeführt. Ein Rücksetzsignal wird von der Zentraleinheit 270 über eine Leitung 294 an die Zählersteuerlogikschaltung 280 und an das Digitalfilter 278 abgegeben. Ein Zylinderselektor 276 liefert der Zentraleinheit 270 die Information über die Zylinderzahl des getesteten Motors. Das Ausgangssignal der Zentraleinheit 270 wird über eine Leitung 298 einer Eingabe/ Ausgabe- und Anzeigeeinheit 300 zugeführt, bei welcher es sich um einen Drucker, um eine in der Hand gehaltene Steuereinrichtung oder um ein anderes bekanntes Gerät handeln kann. Die Zylinderauswahl kann in die Einheit 300 eingebaut sein. Die Zentraleinheit 270 gibt außerdem ein Signal über eine Leitung 302 zum Auswählen des Zeitbereiches τ oder

τ„ in Abhängigkeit von der Drehzahl ab. Die Berechnungen der Drehzahl, des Schließwinkels und der Zündzeiteinstellung, die in den Gleichungen (1), (2) und (3) angegeben sind, werden durch die Zentraleinheit 270 auf der Grundlage eines gespeicherten Programms in an sich bekannter Weise ausgeführt.

Ob nun die Berechnungen in analoger oder in digitaler Weise ausgeführt werden, das vorliegende System hat die Eigenfähigkeit, Daten über den Fahrzeugmotor und/oder die Leistung der Zündanlage zu liefern, die über die Messung der Drehzahl, des Schließwinkels und der Zündeinstellung hinausgehen. Zum Beispiel, ein übliches Problem bei Zündanlagen ist der mechanische Verschleiß der Verteilerwellenlager und der Antriebszahnräder. Diese Probleme treten als Änderungen in den Schließwinkelwerten von Zylinder zu Zylinder zutage, die mit bekannten Analogsystemen, welche mittelwertbildende Systeme sind, nicht festgestellt werden können. Durch Messen des Schließwinkels von einem Zylinder zum anderen Zylinder können Verteilerprobleme leicht festgestellt werden.

Das vorliegende System gibt automatisch die Schließwinkelmessung und den besonderen Motorzylinder an, der die Messung erzeugt, und zwar aufgrund des Zylinder-Nr. 1-Signals, das von dem Meßfühler 12 erzeugt wird. Beispielsweise wird bei der digitalen Ausführungsform von Fig.

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das durch den Zylinder Nr. 1 erzeugte Signal dem Startmultiplexer 272 zugeführt und es identifiziert die der Zentraleinheit 270 in dieser Zeit zugeführte Information eindeutig als durch den Zylinder Nr. 1 erzeugt. Da der Zentraleinheit 270 außerdem Daten zugeführt werden, welche die Zylinderzahl in dem getesteten Fahrzeug aus dem Zylinderselektor 296 angeben, werden die durch jeden Zylinder erzeugten Daten eindeutig identifiziert. In dem System von Fig. 9 gibt das Umsetzungvollständig-Signal auf der Signalleitung 290 der Zentraleinheit 270 das Auftreten eines Zylinder-Nr. 1-Signals an. Die Programminstruktionen, welche bewirken, daß die Schließwinkeldaten, die in der Zentraleinheit 270 berechnet worden sind, auf einer Ausgangssignalanzeigeeinheit 300 angezeigt werden, welche ein Oszilloskop enthalten kann, und für jeden Zylinder gekennzeichnet werden, sind bekannt. Die Anzeige des Schließwinkels für jeden Zylinder liefert dem Bedienungspersonal des Systems eine eindeutige Angabe zur Identifizierung von mechanischen oder anderen Funktionsstörungen in dem Zündverteiler, und Änderungen in dem SchlieS-winkel von Zylinder zu Zylinder signalisieren Verteilerprobleme. Beispielsweise, die Unterbrecherkontakte für einen Viertaktmotor werden durch die Kurbelwelle mit der halben Kurbelwellendrehzahl angetrieben, und zwar normalerweise über einen Zwischenantrieb, etwa über die Nockenwelle. Bei Zweitakt-Otto-Motoren beträgt das Drehzahlverhältnis 1:1, obwohl Konstruktionsüberlegungen in den meisten Fällen dazu zwingen, den Verteiler an einer etwas anderen Zwischenposition anzuordnen. Wenn die Zahnradübersetzung oder die Lager in dem Verteiler verschleißen, ändert sich der Schließwinkel. Radialspiel, welches durch verschleißte Verteilerlager verursacht wird, ruft eine Radialbewegung des Verteilers und der Unterbrecherkontakte hervor. Diese Bewegung hat zur Folge, daß sich die Unterbrecherkontakte und infolgedessen die Schließperiode ändern. Ebenso führt eine verschleißte Steuerkette oder ein verschleißtes Verteilerantriebsrad zu Winkeländerungen in der Verteilerantriebswellengeschwindigkeit, wodurch sich unregelmäßige Schließwinkelmeßwerte ergeben. Da das System einzelne Schließwinkelwerte berechnet, können diese Eigenschaften beobachtet werden.

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Mittels einer geringfügigen Veränderung des Systems können der Leistungsbeitrag und die dynamische Relativkorapression jedes Zylinders ermittelt werden- Im Stand der Technik ist es zur Bestimmung des Leistungsbeitrages üblich, die Leistung zu messen, die jeder Zylinder zun Antrieb des Fahrzeuges beiträgt, indem der Zündfunke in den Zylindern der Reihe nach verhindert und der sich ergebende Drehzahlabfall gemessen wird. Ein beträchtlicher Drehzahlabfall zeigt einen richtig arbeitenden Zylinder an, während ein kleiner Abfall oder ein Abfall von Null in der Drehzahl, wenn ein Zylinder nicht gezündet wird, anzeigt, daß der ungezündete Zylinder wenig oder nichts zu der Fahrzeugleistung beiträgt. Mit dieser Information kann eine richtige Diagnose gestellt und können Reparaturen an dem Motor ausgeführt werden.

Das vorliegende System mißt den Leistungsbeitrag und die dynamische Relativkompression ohne Abschaltung der Zylinder und enthält Mittel zum Messen der zeitlichen Änderungen, die bei dem Beschleunigungsund Kompressionszyklus jedes Zylinders auftreten. Nimmt man an, daß jeder Zylinder einen gleichen Beitrag zu der Leistung des Motors liefert und daß die Motordrehzahl konstant ist, so ist die Zeit des Beschleunigungszyklus für jeden Zylinder identisch und ebenso ist die Zeit für den Kompressionszyklus für jeden Zylinder identisch. Der Beschleunigungszyklus ist derjenige Teil der Zünd- oder Primärwicklungsspannungsschwingung, während welchem die Ünterbrecherkontaktegeöffnet sind und während welchem die Zündspannung den Zündkerzen zugeführt wird und die Verbrennung in einem Zylinder stattfindet und den Motor beschleunigt. Der Kompressionszyklus für den nächsten Zylinder in der Zündreihenfolge ist derjenige Teil der Zünd- oder Primärwicklungsspannungsschwingung, während welchem die ünterbrecherkontakte geschlossen sind und während welchem keine Zündspannung zugeführt wird, wobei der Motor in dieser Zeit die Kompression des Kraftstoff-Luft-Gemisches vornimmt. In Fig. 11 zeigt die Kurve Q die Augenblicksänderung der Motordrehzahl in Graden der Kurbelwellendrehung für einen 4-Takt-Motor, d.h. für eine Kurbelwellendrehung von 720 . Wie Fig. 11 zeigt, ist T die Anzahl von Graden, während welchen die Beschleunigung des Kolbens in dem Zylinder Nr. 1 erfolgt, d.h. zwischen dem Öffnen

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und Schließen der Unterbrecherkontakte, während T„ die Anzahl von Graden ist, während welchen die Verzögerung oder Kompression des Kolbens in dem Zylinder Nr. 2 erfolgt, d.h. zwischen dem Schließen und dem nächsten Öffnen der Unterbrecherkontakte. Da die Anzahl von Graden der Umdrehung der Kurbelwelle in dem Motor für die Beschleunigungs- und Kompressionszyklen jedes Zylinders gleich ist, benötigt ein Motor, in welchem jeder Zylinder dieselbe Leistung beiträgt, dieselbe Zeit für die Beschleunigungs- und Kompressionszyklen für jeden Zylinder bei einer konstanten Durchschnittsdrehzahl.

Es sei jedoch ein Motor angenommen, in welchem ein Zylinder defekt ist und wenig oder keine Leistung zu der Gesamtmotorleistung beiträgt. Wena die Zündspannung diesem Zylinder zugeführt wird, erfolgt eine geringe oder keine Beschleunigung während des Beschleunigungszyklusses dieses Zylinders. Die Motordrehzahl wird entweder geringfügig abfallen oder weit weniger zunehmen als die durch einen normalen Zylinder hervorgerufene Zunahme. Infolgedessen wird die Zeit für das Auftreten des Beschleunigungszyklusses dieses Zylinders langer sein als bei einem normalen Zylinder. Durch Messen der Zeiten der Beschleunigungs- und Kompressionszyklen für jeden Zylinder können Unterschiede in dem Leistungsbeitrag und der dynamischen Relativkompression jedes Zylinders in bezug auf die anderen Zylinder ermittelt werden und ein defekter Zylinder oder eine andere Störung kann lokalisiert werden. Der Leistungsbeitrag und die dynamische Kompression werden durch Berechnung der mittleren Winkelgeschwindigkeit für jeden Zylinder während des Beschleunigungsund des Kompressionszyklusses gemessen.

Fig. 10 zeigt eine Abwandlung des Systems von Fig. 1, bei welcher die mittlere Winkelgeschwindigkeit sowohl für den Beschleunigungs- als auch für den Kompressionszyklus jedes Zylinders berechnet wird. Fig. 11 zeigt die in der Ausführungsform von Fig. 10 erzeugten Schwingungen.

Bei dem mit Bezug auf die Fig. 1 und 9 beschriebenen Drehzahl- und Schließwinkelberechnungssystem wird ein Digitalzähler benutzt, der Taktimpulse während ausgewählter Zeiten des Primärwicklungsspannungs-

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signals zählt. Insbesondere, wenn der Drehzahleingang gewählt wird, wird der Digitalzähler an der Vorderflanke des Primärwicklungsimpulses freigegeben und an der Vorderflanke des nächsten Primärwicklungsimpulses gestoppt. Wenn der Schließwinkeleingang gewählt wird, wird der Digitalzähler an der Vorderflanke des Primärwicklungsimpulses freigegeben und an der Vorderflanke des umgekehrten Primärwicklungsimpulses gestoppt. Eine Verzögerung τ , die durch die Signalbehandlungsschaltung 32 (Fig. 1) erzeugt wird, wird zu dem Zählerstand in dem Zähler addiert, wenn der Schließwinkel gewählt ist. Sie beeinflußt den Zählerstand in dem Zähler aber nicht, wenn die Drehzahl gewählt ist.

Die vorligende Erfindung macht Gebrauch von dem Zählerstand, der in dem Digitalzähler vorhanden ist, wenn die Drehzahl- und Schließwinkeiklemmen ausgewählt werden, um die mittlere Winkelgeschwindigkeit während des Beschleunigungs- und des Kompressionszyklusses jedes Zylinders zu bestimmen.

Gemäß den Fig. 10 und 11 werden die Drehzahl- und Schließwinkeleingangssignale einem Digitalmultiplexer 318 zugeführt, welcher durch das Steuersignal auf einer Leitung 322 adressiert wird, und die Eingangssignale werden dann in einer in Verbindung mit den Fig. 1 und 9 beschriebenen Weise zu einem Digitalzähler 320 geleitet. Der Zählerstand in dem Zähler 320 wird in einem D/A-Wandler 324 in ein Analogsignal umgewandelt und die analoge Ausgangsspannung wird dann einem Analogmultiplexer 326 zugeführt, der durch das Steuersignal auf einer Leitung 328 adressiert wird. Von dem Analogmultiplexer 326 werden die Drehzahl- und Schließwinkelzählerstände an eine Datenberechnungseinheit 330 abgegeben. Die Adreßsteuersignale auf den Leitungen 322 und 328 werden von einer bekannten Zeitsteuerschaltung geliefert, welche einen Teil der Datenberechnungseinheit 330 bildet. Sowohl der Drehzahlzählerstand als auch der Schließwinkelzählerstand werden im Analogformat Tastspeicherschaltungen 332 bzw. 334 innerhalb der Datenberechnungseinheit 330 zugeführt.

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Wie oben in Verbindung mit Fig. 1 erläutert, ist der Zählerstand in dem Zähler 320, wenn die Drehzahl adressiert ist, die Anzahl von Taktimpulsen zwischen aufeinanderfolgenden Vorderflanken der Primärwicklungsinipulse, wie durch T in der Kurve N von Fig. 11 dargestellt. Der Zählerstand in dem Zähler 320 ist, wenn der Schließwinkel adressiert ist, die Anzahl von Taktimpulsen zwischen der Vorderflanke des Primärwicklungsimpulses und der Vorderflanke des umgekehrten Prisiärwicklungsimpulses plus der Verzögerungszeit τ , die durch die Signalbehandlungsschaltung 32 von Fig. 1 hinzugefügt wird. Der Zählerstand ist tatsächlich der Kehrwert des Schließwinkels, wie oben erläutert, und ist als Kurve 0 in Fig. 11 dargestellt. Eine Konstante K (K = T ) wird von der Schließwinkelzählung in der Tastspeicherschaltung 334 in einem Summierverstärker 336 substrahiert. Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 336 ist der Zählerstand T °.

Der Drehzahlzählerstand (T ) wird von der Tastspeicherschaltung 332 an einen Summierverstärker 338 abgegeben und der Ausgangszählerstand des Summierverstärkers 336 (T. ) wird davon subtrahiert, wobei das Ausgangssignal des Summierverstärkers 338 der Zählerstand T ist, der in der Kurve P von Fig. 11 dargestellt ist.

Die Winkelgeschwindigkeit für jeden Zylinder wird in der Datenberechnungseinheit 330 entsprechend folgenden Gleichungen berechnet:

Winkelgeschwindigkeit bei Beschleunigung = (4)

T°

Winkelgeschwindigkeit bei Kompression = (5)

wobei T , T. und T„ in Fig. 11 angegeben sind.

Die Winkelgeschwindigkeit bei Beschleunigung wird in einer Dividierschaltung 340 berechnet und die Winkelgeschwindigkeit bei Kompression wird in einer Dividierschaltung 342 in der Datenberechnungseinheit 330

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von Fig. IO berechnet. Die Winkelgeschwindigkeitausgangssignale für jeden Zylinder können einer Anzeigeeinheit zugeführt werden, wo die Bedienungsperson Änderungen zwischen dem Leistungsbeitrag jedes Zylinders optisch feststellen kann, oder es können weitere Berechnungen in der Datenberechnungseinheit 330 ausgeführt werden. Die Berechnungen können in analoger oder in digitaler Weise ausgeführt werden. Da das System von Fig. 10 nur die Zählerstände in dem Zähler 320 benutzt und da sich die Zählerstände mit der für die Beschleunigungs- und Kompressionszyklen benötigten Zeit ändern, stehen Änderungen der Motordrehzahl, die sich durch Änderungen in dem Zählerstand ausdrücken, in direkter Beziehung zu der Leistung, die von jedem Zylinder während des Beschleunigungszyklusses beigetragen wird, und zu der dynamischen Relativkompression jedes Zylinders während des Kompressionszyklusses. Infolgedessen wird eine wesentliche Information über die Motorleistung erhalten.

Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann über die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele hinaus eine Vielzahl von Abwandlungsmöglichkeiten.

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Claims

Patentansprüche:

' 1..- System zum Messen des relativen Leistungsbeitrages und der relativen Kompression für jeden Zylinder eines Verbrennungsmotors, der eine mit jedem Zylinder verbundene Funkenzündvorrichtung hat, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erzeugen einer Reihe von Spannungsimpulsen, wobei jeder Impuls eine Dauer hat, die der Dauer der Zündspannung für eine der Funkenzündvorrichtungen äquivalent ist; durch einen Digitalzähler; durch eine Einrichtung, um in dem Digitalzähler auf die Reihe von Spannungsimpulsen hin ein erstes Signal zu erzeugen, welches die Zeit zwischen dem Beginn des Spannungsimpulses für jeden betreffenden Zylinder und dem Beginn des Spannungsimpulses für den nächsten Zylinder angibt, und eines zweiten Signals, welches die Zeitdauer des Spannungsimpulses für jeden Zylinder angibt; und durch eine Einrichtung, die auf das erste und das zweite Signal in dem Digitalzähler anspricht, um ein erstes und ein zweites Ausgangssignal für jeden Zylinder zu erzeugen, welches den relativen Leistungsbeitrag bzw. die relative Kompression des Zylinders angibt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des ersten Signals enthält: eine Einrichtung, die auf die Vorderflanke jedes Spannungsimpulses anspricht, um den Digitalzähler zu betätigen, so daß in diesem eine Zählung ausgeführt wird, und eine Einrichtung, die auf die Vorderflanke des als nächster auftretenden Spannungsimpulses anspricht, um die Zählung in dem Digitalzähler zu beendigen.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des zweiten Signals enthält: eine Einrichtung, die auf die Vorderflanke jedes Spannungsimpulses anspricht, um den Digitalzähler zu betätigen, so daß in diesem eine Zählung ausgeführt wird, eine Einrichtung zum Umkehren der Reihe von Spannungsimpulsen, und eine Einrichtung, die auf die nächste erscheinende Vorderflanke des umgekehrten Spannungsimpulses anspricht, um die Zählung in dem Digital-

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zähler zu beendigen.
4- System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die auf das erste und das zweite Signal anspricht, damit ein erstes und ein zweites Ausgangssignal erzeugt werden, enthält: eine Einrichtung, welche aus dem ersten und dem zweiten Signal ein drittes Signal erzeugt, das die Zeit zwischen der Beendigung der Zündspannung für jeden Zylinder und dem Beginn der Zündspannung für den nächsten Zylinder angibt; eine Einrichtung, welche für jeden Zylinder das Verhältnis zwischen dem zweiten Signal und dem ersten Signal berechnet, um das erste Ausgangssignal zu erzeugen; und eine Einrichtung, welche für jeden Zylinder das Verhältnis zwischen dem dritten Signal und dem ersten Signal berechnet, um das zweite Ausgangssignal zu erzeugen.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Messen der Drehzahl und des Schließwinkels eines Verbrennungsmotors, welcher einen Verteiler zum selektiven Zuführen einer Zündspannung zu mehreren Funkenzündvorrichtungen hat, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erzeugen einer Reihe von Zündimpulsen, welche eine Dauer haben, die gleich der Dauer der Zündspannung ist, die jeder Funkenzündvorrichtung zugeführt wird; durch eine Einrichtung zum Erzeugen einer Reihe von Taktimpulsen; durch einen Zähler, der so angeschlossen ist, daß er die Reihe von Taktimpulsen empfängt; durch eine erste Einrichtung zum Freigeben des Zählers an der Vorderflanke der Zündimpulse und zum Stoppen des Zählers an der nächsten auftretenden Vorderflanke der Zündimpulse, wobei der Zähler einen ersten Zählerstand enthält, der zu der Motordrehzahl proportional ist; durch eine Einrichtung zum Umkehren der Reihe von Zündimpulsen; durch eine zweite Einrichtung zum Freigeben des Zählers an der Vorderflanke der Zündimpulse und zum Stoppen des Zählers an der nächsten auftretenden Vorderflanke der umgekehrten Zündimpulse, wobei der Zähler einen zweiten Zählerstand enthält, der zu dem Schließwinkel proportional ist; durch eine Einrichtung zum wahlweisen Verbinden der ersten oder der zweiten Einrichtung mit dem Zähler; und durch eine Datenberechnungseinheit, die mit dem

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Zähler verbunden ist, zum Berechnen der Motordrehzahl und des Schließwinkels aus dem ersten und dem zweiten Zählerstand.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Messen der Drehzahl und des Schließwinkels eines Verbrennungsmotors, welcher eine Zündanlage zum Erzeugen einer Hochspannung und einen Verteiler zum wahlweisen Zuführen der Spannung zu jeweils einer von mehreren Funkenzündvorrichtungen hat, die mit den Zylindern verbunden sind,gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die mit der Zündanlage verbunden ist, um das Auftreten der Zündspannung abzufühlen und um eine Reihe von diese angebenden Zündimpulsen zu erzeugen; durch einen ersten und einen zweiten Multiplexschalter, die jeweils eine erste und eine zweite Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme haben; durch eine Einrichtung, welche die Reihe von Zündimpulsen der ersten und der zweiten Eingangsklemme des ersten Multiplexschalters und der ersten Eingangsklemme des zweiten Multiplexschalters zuführt; durch eine Einrichtung zum Umkehren der Reihe von Zündimpulsen; durch eine Einrichtung zum Zuführen der Reihe von umgekehrten Zündimpulsen zu der zweiten Klemme des zweiten Multiplexschalters; durch einen Selektor zum gleichzeitigen Betätigen des ersten und des zweiten Multiplexschalters, damit die entweder an die erste oder an die zweite Eingangsklemme desselben angelegte Reihe von Zündimpulsen zu seiner Ausgangsklemme weitergeleitet wird; durch eine Torschaltung, die mit den Ausgangsklemmen des ersten und des zweiten Schalters verbunden ist; durch eine Taktimpulsquelle; durch eine Einrichtung zum Verbinden der Taktimpulsquelle mit der Torschaltung; durch einen Digitalzähler, der mit der Torschaltung verbunden ist; durch eine Einrichtung, welche die Torschaltung freigibt, damit die Reihe von Taktimpulsen an der Vorderflanke des durch den ersten Multiplexschalter hindurchgehenden Zündimpulses zu dem Digitalzähler weitergeleitet wird, und welche die Torschaltung an der nächsten auftretenden Vorderflanke des durch den zweiten Multiplexschalter hindurchgehenden Zündimpulses sperrt, wodurch der Digitalzähler einen ersten Zählerstand enthält, wenn der Selektor die Multiplexschalter so einstellt, daß durch sie die an ihre ersten Eingangsklemmen angelegten Zündimpulse hindurchgeleitet werden, und

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wodurch der Digitalzähler einen zweiten Zählerstand enthält, wenn der Selektor die Schalter so einstellt, daß die an ihre zweiten Eingangsklemmen angelegten Zündimpulse hindurchgeleitet werden; und durch eine Datenberechnungseinrichtung, die mit dem Zähler verbunden ist und die Motordrehzahl aus dem ersten Zählerstand und den Schließwinkel aus dem ersten und dem zweiten Zählerstand berechnet.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenberechnungseinrichtung ein Digitalrechner ist.
8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Multiplexschalter Digitalmultiplexer sind und daß der Selektor eine Adreßsteuereinrichtung umfaßt, welche den Digitalrechner mit den Digitalmultiplexern verbindet.
9. System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch ein erstes und ein zweites Flipflop, die zwischen den ersten bzw. den zweiten Multiplexschalter und die Torschaltung geschaltet sind.
10. System nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die mit einer der Funkenzündvorrichtungen verbunden ist, um ein Zündeinstellsignal zu erzeugen, welches das Zünden derselben angibt, durch eine die Datenberechnungseinrichtung enthaltende Einrichtung zum Berechnen des Schließwinkels für jeden Zylinder; und durch eine Einrichtung, die auf das Zündeinstellsignal anspricht, um den berechneten Schließwinkel für den Zylinder zu identifizieren, für den der Schließwinkel berechnet worden ist.
11. System nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch eine Ausgangssignalanzeigeeinrichtung, die mit der Datenberechnungseinrichtung verbunden ist, zum Anzeigen der berechneten Drehzahl und des berechneten Schließwinkels.
12. Verfahren zum Messen des relativen Leistungsbeitrages und der

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relativen Kompression für jeden Zylinder in einem Verbrennungsmotor, welcher eine mit jedem Zylinder verbundene Funkenzündvorrichtung hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Erzeugen einer Reihe von Spannungsimpulsen, in welcher jeder Impuls eine Dauer hat, die der Dauer der Zündspannung für eine der Funkenzündvorrichtungen äquivalent ist;

Erzeugen eines ersten Signals, welches die Zeit zwischen dem Beginn des Spannungsimpulses für jeden Zylinder und dem Beginn des Spannungsimpulses für den nächsten Zylinder angibt, aus der Reihe von Impulsen;

Erzeugen eines zweiten und eines dritten Signals, welche die Zeitdauer des Spannungsimpulses für jeden Zylinder bzw. die Zeit zwischen der Beendigung des Spannungsimpulses für jeden Zylinder und dem Beginn des Spannungsimpulses für den nächsten Zylinder angeben, aus der Reihe von Impulsen; und

Berechnen des relativen Leistungsbeitrages und der relativen Kompression für jeden Zylinder aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Signal.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt des Berechnens des relativen Leistungsbeitrages für jeden Zylinder das Verhältnis des zweiten Signals zu dem ersten Signal berechnet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Berechnens der relativen Kompression für jeden Zylinder den Schritt des Berechnens des Verhältnisses des dritten Signals zu dem ersten Signal umfaßt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14 zum Messen der Drehzahl und des Schließwinkels eines Verbrennungsmotors, welcher einen Verteiler zum wahlweisen Zuführen einer Zündspannung zu mehreren Funken-

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zündvorrichtungen hat,gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Erzeugen einer Reihe von Zündimpulsen, die eine Dauer haben, welche gleich der Dauer der Zündspannung ist, die jeder Funkenzündvorrichtung zugeführt wird;

Erzeugen einer Reihe von Taktimpulsen;

Versorgen eines Zählers mit der Reihe von Taktimpulsen;

Freigeben des Zählers zum Zählen der Taktimpulse an der Vorderflanke der Zündimpulse und Stoppen des Zählers an der nächsten auftretenden Vorderflanke der Zündimpulse, wobei der Zähler einen ersten Zählerstand enthält;

Berechnen der Motordrehzahl aus dem ersten Zählerstand; Umkehren der Reihe von Zündimpulsen;

Freigeben des Zählers zum Zählen der Taktimpulse an der Vorderflanke der Zündimpulse und Stoppen des Zählers an der nächsten auftretenden Vorderflanke der umgekehrten Zündimpulse, wobei der Zähler einen zweiten Zählerstand enthält; und

Berechnen des Schließwinkels des Verteilers aus dem ersten und dem zweiten Zählerstand.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Motor N Zylinder hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Berechnens der Motordrehzahl gemäß folgender Gleichung ausgeführt wird:

tr

Drehzahl

N . C₁
wobei gilt K ■ Konstante

N * Zylinderzahl, und

C = der erste Zählerstand des Zählers.

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17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Motor N Zylinder hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Berechnens des Schließwinkels gemäß folgender Gleichung ausgeführt wird:

Schließwinkel = ~— 1 - -^—

ii I- \j .

wobei N = Zylinderzahl,

C. = erster Zählerstand in dem Zähler, und C„ = zweiter Zählerstand in dem Zähler.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17 zum Bestimmen des Betriebszustandes des Verteilers eines Kraftfahrzeugmotors, welcher mehrere Zylinder hat, denen der Verteiler selektiv eine Zündspannung über eine Funkenzündvorrichtung zuführt, die mit jedem Zylinder verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Erzeugen einer Reihe von Zündimpulsen, deren Dauer gleich der Dauer der Zündspannung ist, die jeder Funkenzündvorrichtung zugeführt wird,

Berechnen des Schließwinkels, der jeder Funkenzündvorrichtung zugeordnet ist, aus der Reihe von Zündimpulsen; und

Erzeugen eines Ausgangssignals, welches den berechneten Schließwinkel für jede Funkenzündvorrichtung enthält.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erzeugens eines Ausgangssignals den Schritt des optischen Anzeigens des berechneten Schließwinkels für jede Funkenzündvorrichtung enthält.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der berechnete Schließwinkel mit dem ihm zugeordneten Zylinder gekennzeichnet wird.

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