DE2649690A1

DE2649690A1 - Steuersystem fuer die zuendzeitpunktverstellung bei einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2649690A1
Application number: DE19762649690
Authority: DE
Inventors: Kiyokazu Konishi; Hiroshi Yoshida
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1975-10-30
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1977-05-12
Also published as: JPS5254842A; US4098243A; DE2649690B2; DE2649690C3; JPS5949430B2

Description

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Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-lng. Kinne 2 6 4 9 S % 0 Dipl.-lng. Grupe

Bavarlarlng 4, Postfach 20 2403 O 8000 München 2

³* Tel.:(0 89)5396 53-56

Telex: 5 24 845 tipat cable. Germaniapatent München

29. Oktober 1976

B 7722

case A1925-02 Denso

Nippondenso Co., Ltd. Kariya-shi, Japan

Steuersystem für die Zündzeitpunktverstellung bei einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für die Zündzeitpunkteinstellung oder Zündzeitpunktverstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei dem die erwünschte Steuerung der Zündzeitpunktverstellung einer Brennkraftmaschine durch Verwendung einer Recheneinheit ermöglicht' wird, die Rechenoperationen programmgesteuert bzw. entsprechend einer Programmausrüstung durchführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zündzeitpunkt-Steuersystem zu schaffen, das es ermöglicht, die Zündzeitpunkteinstellung bzw· Zündzeitpunktverstellung einer Brennkraftmaschine durch Erfassen eines Bezugspunktes der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine synchron zu der Drehung sowie der Umlaufgeschwindigkeit der Kurbelwelle zu steuern.

DrMdner Bank (Manchen)* Klo. "1593δ βΑ " VosiscflTecT (München) Kto. 670-43-804

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 somit ein Bezugspunkt an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine synchron zu der Drehung bzw. Umlaufgeschwindigkeit der Kurbelwelle erfaßt, einer Recheneinheit eine ünterbrechungsanforderung entsprechend einem den Bezugspunkt bezeichnenden Bezugssignal zur vorübergehenden Unterbrechung der zu diesem Zeitpunkt durchgeführten Rechenoperation zugeführt, eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt der Unterbrechungsanforderung bis zu dem Zündzeitpunkt entsprechend einem gewünschten Zündungsvorversteilwert bzw. Frühzündungswert und der Umlaufgeschwindigkeit der Kurbelwelle berechnet und ein Befehl an das Zündsystem der Brennkraftmaschine abgegeben, die Zündung zum Zeitpunkt des Ablaufes einer Zeitdauer vorzunehmen, die dem von der Recheneinheit errechneten Wert entspricht, wodurch der Rechenwirkungsgrad und die Rechenleistungsfähigkeit der Recheneinheit verbessert werden.

Eine vorzugsweise verwendete Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündzeitpunkt-Steuersystems,

Fig. 2 einen Spannungssignalplan zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Steuersystems, und

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Recheneinheit gemäß Fig. 1.

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In Pig. 1, die ein Schaltbild des gesamten Aufbaues des erfindungsgemäßen Zündzeitpunkt-Steuersystems ist, bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Prozessor oder eine Recheneinheit zur Durchführung programmgesteuerter Rechenoperationen, d.h., eine Recheneinheit, bei der die Durchführung verschiedener Rechenoperationen entsprechend einem vorgegebenen Steuerprogramm erfolgt und die zur Steuerung der Zündzeitpunktverstellung erforderliche Unterbrechungsrechenoperation bei Erhalt einer Unterbrechungsanforderung durchgeführt wird. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung besteht der Prozessor bzw. die Recheneinheit aus" dem Bauelement TLCS-12 der Firma Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. (Toshiba). Die Bezugszahlen 2 und 3 bezeichnen jeweils ein erstes und ein zweites Ein-/Ausgabe-Register (E/A-Register) zur Zwischenspeicherung der von der Recheneinheit 1 berechneten Werte. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung besteht jedes dieser Register aus dem Bauelement T3220 der Firma Toshiba. Die Bezugszahl Ij. bezeichnet einen Zähler zur Zählung von Taktimpulsen, die Bezugszahl 5> einen Taktgenerator zur Erzeugung eines Taktimpulses mit einer Impulsfolgefrequenz von 6ij. kHz, die Bezugszahlen 6 und einen ersten und einen zweiten digitalen Vergleicher zum jeweiligen Vergleich der von den E/A-Registern 2 und 3 zwischengespeicherten Werte mit dem Zählwert oder Zählerstand des Zählers Ij. und Abgabe eines Vergleichssignals, wenn Gleichheit zwischen den beiden Werten vorliegt, und die Bezugszahl 8 ein RS-Flip-Flop, das von dem Vergleichssignal des ersten digitalen Vergleichers 6 zurückgestellt und von dem Vergleichssignal des zweiten digitalen Vergleichers 7 gesetzt wird, wodurch ein Zündbefehlssignal als Antwort auf die Rückstellung des Flip-Flops abgegebsn wirdo Die Bezugszahl 9 bezeichnet eine an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angebrachte Scheibe mit VorSprüngen aus einem magnetischen Material, welche an Bezugspunkten der

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Kurbelwelle vorgesehen sind. Die Bezugszahl 10 bezeichnet einen elektromagnetischen Abtaster oder Geber, der aus einer auf einen Magneten gewickelten Spule besteht, so daß ein Bezugssignal immer dann abgegeben wird, wenn einer der Vorsprünge an der Scheibe 9 den elektromagnetischen Geber passiert. Die Bezugszahl 11 bezeichnet einen Gleichrichtverstärker oder Richtverstärker zur Verstärkung und Gleichrichtung des Bezugssignals und Bildung eines Bezugsimpulses. Die Bezugszahl 12 bezeichnet ein Verzögerungsglied zur Verzögerung des Bezugsimpulses und Abgabe eines verzögerten Impulses, der zur Rückstellung des Zählers \\. dient. Der von dem Gleichrichtverstärker 11 abgegebene Bezugsimpuls wird außerdem dazu verwendet, die Recheneinheit 1 zur Bildung einer Unterbrechung aufzufordern. Die Bezugszahl 13 bezeichnet ein nichtinvertierendes Puffer-Verknüpfungsglied, das bei dem Erhalt eines die Unterbrechung des Betriebes der Recheneinheit 1 bezeichnenden Haltesignals des Wertes L betätigbar ist, die Bezugszahl lij. einen Basiswiderstand und die Bezugszahl 15 einen NPN-Transistor, der bei Anliegen des Haltesignals sperrt und während derjenigen Zeit, in der die Recheneinheit 1 sich in Betrieb befindet, durchgeschaltet ist. Die Bezugszahl 16 bezeichnet eine Schutzdiode, die Bezugszahl 17 eine Steuerstromquelle und die Bezugszahl 18 ein Relais zur Änderung der Verbindungen entsprechend dem Leiten und Sperren des>NPN-Transistors Ip. Die Bezugszahl 19 bezeichnet ein fotoelektrisches Koppelbauelement, die Bezugszahl 20 einen Strombegrenzungswiderstand und die Bezugszahl 21 einen NPN-Transistor, der in den Sperrzustand überführt wird_a wenn der Basisstrouj durch einen Basiswiderstand 22 von dem Zündbefehlssignal des RS-Plip-Plops 8 unterbrochen wird, Dis Bezugszahl 23 bezeichnet den Nockenkontakt in dem (nicht gezeigten) an der Brennkraftmaschine angebrachten Zündverteiler, die Bezugszahl 2I4. einen Vorspannwiderstand, die Bezugszahl 25 einen Emitterwiderstand, die Bezugszahl 26 einen PNP-Transistor und die Bezugszahl 27

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einen mit dem PNP-Transistor 26 in Phase geschalteten NPN-Leistungstransistor. Die Bezugszahl 28 bezeichnet eine Zener-Schutzdiode und die Bezugszahl 29 eine Zündspule« in welcher der durch die Primärwicklung fließende Strom entsprechend dem Sperren des NPN-Leistungstransistors 27 unterbrochen und eine Zünd-Hochspannung in der Sekundärwicklung induziert wird. Die Bezugszahl 30 bezeichnet eine Zündkerze zur Zündung eines Gemisches aus Brennstoff und Luft in der Brennkraftmaschine mittels der Zünd-Hochspannung, während die Bezugszahl 31 die Stromquelle eines Kraftfahrzeuges bezeichnet.

■ ι ...

Die Scheibe 9 und der elektromagnetische Geber 10 bilden einen Heßwertgeber oder Meßfühler zur Erfassung der Bezugspunkte der Kurbelwelle synchron zu der Drehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, der Zähler 1μ bildet eine Geschwindigkeitsdetektoreinrichtung zur Erfassung der Umlaufgeschwindigkeit der Kurbelwelle, und das erste E/A-Register 2 und das zweite E/A-Register 3# der erste digitale Vergleicher 6 und der zweite digitale Vergleicher 7 sowie das RS-Flip-Flop 8 bilden eine Zündbefehlasteuereinrichtung zur Erzeugung eines ZUndbefehlssignals zum Zeitpunkt des Ablaufes einer Zeitdauer, die dem von der Recheneinheit 1 errechneten Wert entspricht.

Im folgenden soll die Wirkungsweise des Zündzeitpunkt-Steuersystems gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau unter Bezugnahme auf den Signalplan gemäß Fig. 2 und das Diagramm gemäß Fig. 3 beschrieben werden· Die an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angebrachte Scheibe ist mit zwei Vorsprüngen oder Ansätzen versehen, die zueinander um 18O° der Kurbelwellendrehung versetzt sind, und der elektromagnetische Geber 10 ist an einem Bezugspunkt der Kurbelwelle angebracht, der 90° vor dem oberen Totpunkt des Kolbens liegt, so daß das Ausgangsbezugssignal a die unter a in Fig. 2 dargestellte Signalform

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aufweist. Dieses Ausgangsbezugssignal a wird von dem Gleichrichtverstärker 11 gleichgerichtet, und der sich ergebende Bezugsirapuls b weist die unter b in Fig. 2 dargestellte Signalform auf. Der Bezugsimpuls b wird dem Verzögerungsglied 12 zugeführt, das den verzögerten Impuls c abgibt, der unter c in Fig. 2 dargestellt ist. Dieser verzögerte Impuls c wird dem Rückstelleingang des Zählers ij. zugeführt, welcher wiederum wiederholt an seinem Ausgang Q die Zählung der von dem Taktgenerator 5 für jede 18O° der Kurbelwellen-Drehbewegung abgegebenen Taktimpulse bildet. Andererseits wird der Ausgangsbezugsimpuls b des Gleichrichtverstärkers 11 dem Unterbrechungsanforderungsanschluß (ILR) der Recheneinheit 1 zugeführt, so daß an jedem Punkt von 90° vor dem oberen Totpunkt der Recheneinheit 1 eine Anforderung zur Bildung einer Unterbrechung und I rechnung des gewünschten Zündpunktes übermittelt wird. Der Ablaufplan dieser Operationsfolgen ist in Fig. 3 dargestellt. In der folgenden Beschreibung bezeichnet der gewünschte Zündungsvorverstellwert oder Frühzündungswert einen Frühzündungswinkel vor dem oberen Totpunkt, der bei der erläuterten Ausführungsform der Erfindung ein Winkel von 30° ist. Ein berechneter Wert T₂ bezeichnet die Anzahl von Taktimpulsen, die während einer Zeitdauer T^ von 90° vor dem oberen Totpunkt bis zu dem Zündzeitpunkt erzeugt bzw. abgegeben werden. Der Winkel von 80° stellt einen Winkel dar, währenddessen der Strom durch die Zündspule 29 unterbrochen ist. In ähnlicher Weise bezeichnet somit ein berechneter Wert T^ die Anzahl der Taktimpulse, die während einer Zeitdauer von 90° vor dem oberen Totpunkt bis zu demjenigen Zeitpunkt erzeugt bzw. abgegeben werden, bei dem der Strom erneut durch die Zündspule 29 fließt.

Die Ausführung einer Rechenoperation wird zunächst mit einem ersten Schritt I4.I als Antwort auf die Unterbrechungsanforderung durch den Bezugsimpuls b begonnen, und ein

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Zählwert N des Zählers 1^, der einen der Umlaufgeschwindigkeit der Kurbelwelle umgekehrt proportionalen Wert bezeichnet, wird in einem zweiten Schritt lj.2 ausgelesen. Die Steuerung wird dann in einem dritten Schritt ij.3 fortgeführt, bei welchem eine Änderung T₁ des Taktzählwertes für jeden einzelnen Gradwert der Kurbelwellendrehung (für jeden Wert von 1°) mittels Durchführung einer Division T₁ = N/18O° erhalten wird, woraufhin die Steuerung in Form eines vierten Schrittes Ιφ. fortgeführt wird, in welchem die Anzahl der Taktimpulse T₂, die während einer Zeitdauer zwischen dem Bezugspunkt und dem

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Zündzeitpunkt erzeugt bzw. abgegeben werden, erhalten wird, indem eine Multiplikation T₂ = T₁(90° minus gewünschtem Frühzündungswert) durchgeführt wird. Das Ergebnis dieser Multiplikation bzw. der Taktzählwert T₂ wird in einem weiteren Schritt \\S dem E/A-Register 2 zugeführt und dort zwischengespeichert. Sodann wird in einem sechsten Schritt lj.6 die Anzahl der Taktimpulse T-, die während einer Drehung der Kurbelwelle von 80° von dem Zündzeitpunkt erzeugt bzw. abgegeben worden sind, erhalten, indem eine Multiplikation T^ = T₁ χ 80° ausgeführt wird, woraufhin in einem nächsten Schritt \tf die Anzahl der Taktimpulse T. , die während einer Zeitdauer von dem Bezugspunkt bis zu der nächsten Wartedauer nach dsr Zündung erzeugt bzw, abgegeben werden, erhalten wird, indem eine Addition T* = T₂ + T, ausgeführt wird, des»an Ergebnis, d.h., die Anzahl d@r Taktimpulsa T. , wiederum in einem achten Schritt Ιφ dem zweiten E/A-Registsr 3 zugeführt und darin zwischengespeichert wird. Danach wird in einem neunten Schritt I4.9 die Ausführung der als Antwort auf die Unterbrechungsanforderung durch den Bezugsimpuls b begonnenenRechenoperation abgeschlossen und die Steuerung wieder in den Normal-Betriebszustand überführt.

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•/to-

Die Ausgangssignale des ersten E/A-Registers 2 und des zweiten E/A-Registers 3 bzw. die während der voraufgehend beschriebenen Unterbrechungsrechenoperation gespeicherten Rechenwerte werden jeweils einem Eingangsanschluß des ersten digitalen Vergleichers 6 und des zweiten digitalen Vergleichers 7 zugeführt, während das Ausgangssignal Q des Zählers 1|_ den anderen Eingangsanschlüssen dieser Vergleicher zugeführt wird. Wenn daher das Ausgangs signal Q, des Zählers l\. mit dem Ausgangssignal des ersten E/A-Registers 2 koinzidiert, was einem Wert von 30° vor dem oberen Totpunkt entspricht, wird das unter d in Fig. 2 dargestellte Vergleichssignal d an dem Anschluß A=B des ersten digitalen Vergleichers 6 abgegebene In gleicher Weise wird der unter e in Pig. dargestellte Vergleichsimpuls e an dem Anschluß A=B des zweiten digitalen Vergleichers 7 bei einem Wert von 50° nach dem oberen Totpunkt abgegeben. Diese Vergleichsimpulse d und e werden jeweils dem Rückstellanschluß R und dem Setzanschluß S des RS-Plip-Plops 8 zugeführt, das wiederum an seinem Ausgang das unter f in Fig. 2 dargestellte Zündbefehlssignal f abgibt. Dieses Zündbefehlssignal f wird dann von dem Transistor 21 verstärkt und über das fotoelektrische Koppelbauelement 19 dem elektrisch isolierten Zündsystem zugeführt.

Wenn die Recheneinheit 1 ihre Operationen unterbricht bzw. anhält, wird ein Signal des Wertes L an ihrem Anschluß RS abgegeben, so daß der Transistor 1£ sperrt und der Kontakt des Relais 18 automatisch mit dem NockenkonfcsJsct 23 in dem Zündverteiler verbunden ist, wodurch die Zündung bzw. die Bildung des Zündfunkens fortgesetzt wird.

Obwohl bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung eine Kombination aus zwei E/A-Registereinheiten und zwei digitalen Vergleichereinheiten, d.h.,

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die E/A-Register 2 und 3 und die digitalen Vergleicher 6 und 7 verwendet werden, kann jeweils eine dieser beiden Einheiten auch entfallen, so daß die Kombination aus der verbleibenden E/A-Registereinheit und der verbleibenden digitalen Vergleichereinheit den doppelten Zweck erfüllt, in welchem Falle es lediglich erforderlich ist, die Programmierung bzw. Programmausrüstung der Recheneinheit 1 dahingehend zu ändern, daß die Ergebnisse der während einer Zeitdauer von dem Beäugszeitpunkt bis zu dem Zündzeitpunkt durchgeführten Rechenoperation in dem E/A-Register zur Steuerung der Abgabe eines Zündbefehlssigrials gespeichert werden und die Ergebnisse der Rechenoperation von der Zündung bis zu der Wiederherstellung des Wartezustandes in dem gleichen E/A-Register abgespeichert werden, indem eine Voreinstellung zur Steuerung der Wiederherstellung des Wartezustandes vorgenommen wird.

Auch kann anstelle der voraufgehend beschriebenen Geschwindigkeit s- oder Drehzahlerfassungseinrichtung, die einen der Umlaufgeschwindigkeit der Kurbelwelle umgekehrt proportionalen Zählwert bildet und abgibt, eine beliebige andere Einrichtung Verwendung finden, wie etwa eine solche, die einen der Umlaufgeschwindigkeit oder Drehzahl der Kurbelwelle proportionalen Zähl- oder Erfassungswert abgibt.

Darüberhinaus kann anstelle des vorstehend beschriebenen Bezugspunkt-Meßwertgebers, der ein Bezugssignal bei jeder Drehung der Kurbelwelle um 18O° abgibt, auch ein beliebiger anderer Meßwertgeber verwendet werden, der ein Bezugssignal bei einer jeden Kurbelwellenumdrehung von 360° abgibt, und auch der Bezugspunkt kann wunschgemäß vorgesehen werden.

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Erfindungsgemäß wird somit ein Zündzeitpunkt-Steuersystem vorgeschlagen, das einen Meßwertgeber oder Meßfühler zur Erfassung eines Bezugspunktes der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine synchron mit der Drehung der Kurbelwelle aufweist, einen Geschwindigkeitsdetektor zur Erfassung der Umlaufgeschwindigkeit der Kurbelwelle aufweist, eine Recheneinheit aufweist, die auf eine Unterbrechungsanforderung durch, das Bezugssignal des Meßwertgebers oder Meßfühlers anspricht und die zu diesem Zeitpunkt durchgeführte Rechenoperation zeitweilig unterbricht und eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt der Unterbrechungsanforderung bis zu dem Zündzeitpunkt entsprechend einem gewünschten Zündungsvorverstellungswert bzw. Frühzündungswert und dem Geschwindigkeitssignal des Geschwindigkeitsdetektors zur Bildung des entsprechenden Rechenwertes berechnet, und eine ZUndbefehlssteuerschaltung aufweist, die ein Zündbefehlssignal dem Zündsystem der Brennkraftmaschine zum Zeitpunkt des Ablaufes einer Zeit zuführt, die dem von der Recheneinheit errechneten Wert entspricht.

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Claims

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P at ent ansprüche

Steuersystem für die Zündzeitpunktverstellung bei einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen Meßwertgeber (9» 10), der derart angeordnet ist, daß ein Bezugspunkt einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine synchron zu der Drehung der Kurbelwelle erfaßt und hierbei ein Bezugsimpuls abgegeben wird, durch eine ßeschwindigkeitsdetektoreinrichtung (J^., f>) zur Erfassung der Umlaufgeschwindigkeit der Kurbelwelle, durch eine mit dem Meßwertgeber und der Geschwindigkeitsdetektoreinrichtung verbundene Recheneinheit (1), die auf eine Unterbrechungsanforderung durch das Bezugssignal des Meßwertgebers anspricht, eine zu diesem Zeitpunkt durchgeführte Rechenoperation zeitweilig unterbricht, eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt der Abgabe des Bezugsimpulses bis zu einem einem Frühzündungswert entsprechenden Zündzeitpunkt in Übereinstimmung mit dem Geschwindigkeitssignal der Geschwindigkeitsdetektoreinrichtung berechnet und einen dieser"Zeitdauer entsprechenden Rechenwert bildet, und durch eine Zündbefehlssteuereinrichtung (2, 6, 8), die mit der Recheneinheit (1) verbunden ist und einem Zündsystem (2Ij. - 30) der Brennkraftmaschine ein Zündbefehlssignal zuführt, durch das die Zündfunkenbildung zum Zeitpunkt des Ablaufes der Zeitdauer des berechneten Wertes nach der Urzeugung des Bezugsimpulses ausgelöst wird.

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2. Steuersystem nach Anspruch. 1, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (13 -18), die mit der Recheneinheit (1 } verbunden ist und entsprechend der Unterbrechung des Betriebes der Recheneinheit zur Verhinderung der Zuführung des Zündbefehlssignals der Zündbefehlssteuereinrichtung zu dem Zündsystem und Zuführung eines anderen Zündbefehlssignals einer anderen Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung (23) zu dem Zündsystem betätigbar ist.
3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (13 - 18) eine Detektorschaltung (13 - 15) zur Erfassung der Unterbrechung des Betriebes der Recheneinheit aufweist und eine Schalteinrichtung (18) aufweist, die mit der Detektorschaltung verbunden ist und auf deren Ausgangssignal zur Änderung von Verbindungen anspricht.
l(.. Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Rückstelleinrichtung (3, 7) zur Änderung des Betriebszustandes der Zündbefehlssteuereinrichtung zum Zeitpunkt des Ablaufes eines Rückstell-Zeitintervalles von dem Zeitpunkt der Abgabe des Bezugsimpulses bis zu einem BefehlsfreigabeZeitpunkt nach dem Zündzeitpunkt, wodurch die Zündbefehlssteuereinrichtung in einen Wartezustand für den nächsten Zündbefehl zurückversetzt wird.
5. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsdetektoreinrichtung (Ij., S) einen Zähler ([f.) aufweist, der entsprechend dem von dem Meßwertgeber (9, 10) abgegebenen Bezugsimpuls zur Zählung von Taktimpulsen mit einer vorgegebenen Impulsfolgefrequenz rückstellbar ist.

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