DE2653626A1 - Verfahren und schaltung zur zeitsteuerung eines verbrennungsmotorzuendanalysators - Google Patents

Description

Patentanwälte
Dip!.-ing. C. Wa!lach

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Kaufingcrstr. S, TcI. (U33) 240275

Beckman Instruments, Inc«, Fullerton, CaI., USA

Verfahren und Schaltung zur Zeitsteuerung eines Verbrennungsmotorzündanalysators

Die Erfindung betrifft allgemein Verbrennungsmotorzündanalysatoren und näherhin ein Verfahren zur Zeitsteuerung und eine Zeitsteuerschaltung zur Erzeugung von Hinlaufkippsignalen für das Oszilloskop und von Zündsignalen für die Stroboskopblitzlampe eines Inalysators*

Zündanalysatoren werden heute von den Kraftfahrzeugmechanikern zur Gewinnung von Information über die Funktion eines Verbrennungsmotors, typischerweise eines Lkw- oder Pkw-Motors, verwendet· Zur Anzeige bestimmter derartiger

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• /rf.

Informationen ist ein Kathodenstrahloszilloskop vorgesehen, wobei gewöhnlich die Horizontal-Hinlaufablenkungen durch ein Zündereignis, wie beispielsweise die Schließung der Unterbrecherkontakte oder die Zündung des Zylinders . STr. 1 oder dergleichen, in Gang gesetzt wird. Die üblicherweise vorgesehene konstante Horizontal-Hinlaufablenkgeschwindigkeit ist nicht zufriedenstellend für Motoranalysatoren in Fällen, wo die Motordrehzahl über einen weiten Bereich zwischen Leerlauf und Vollgas veränderlich ist. Es wäre erwünscht, für den Horizontal-Hinlauf die gesamte Breite der Röhrenfrontplatte, unabhängig von der drehzahlproportionalen Folgefrequenz der Hinlaufablenkungen, ausnutzen zu können.

Als Standardzubehör weisen die herkömmlichen Motoranalysatoren üblicherweise eine Stroboskopblitzlampe auf, die einen Lichtimpuls oder -blitz sehr kurzer Dauer erzeugt» Die Verbrennungsmotoren weisen typischerweise eine feste Bezugsmarke am Motorgehäuse benachbart dem Schwungrad auf, das seinerseits ebenfalls eine Bezugsmarkierung trägt. Bei gegenseitiger Übereinstimmung bzw. Ausrichtung der beiden Bezugsmarkierungen befindet sich der Motor in seiner oberen Totpunktstellung, die normalerweise mit dem Zündzeitpunkt für den Zylinder Nr. 1 übereinstimmt.

Die herkömmliche alleinstehende Stroboskoplampe wird bei laufendem Motor durch das Zündsignal des Zylinders Nr. 1 getriggert und erzeugt auf diese Weise die sich wiederholenden kurzen Lichtimpulse, mittels welcher der Mechaniker visuell für die jeweilige Motordrehzahl die jeweilige tatsächliche oder Ist-Stellung des Motorschwungrades bezüglich der festen Bezugsmarkierung feststellen kanru Ursprünglich stellte der Mechaniker den Unterschied zwischen

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den "beiden Bezugsmarken, typiseherweise in auf dem Schwungrad verzeichneten Gradangaben, fest, um den Betrag der Voreilung des Zündsignals für den Zylinder Nr. 1 gegenüber dem oberen Totpunkt zu ermitteln.

Bei verbesserten Zeitüberwachungslampen war eine veränderliche Verzögerung in die Stroboskoplampe eingebaut, derart, daß der Triggerimpuls zur Zündung des Lampenblitzes gegenüber dem Zündsignal des Zylinders Nr. 1 verzögert wurde. Bei Verwendung einer verbesserten Lampe dieser Art stellte der Mechaniker die Verzögerung so ein, daß die beiden Bezugsmarken im Auslösezeitpunkt der Blitzlampe miteinander ausgerichtet waren, und konnte an der entsprechend geeichten Verzögerungseinstellung unmittelbar die Voreilung in Grad ablesen.

Bei diesen Vorrichtungen diente eine der Motordrehzahl proportionale Sägezahnspannung als Bezugsgröße für die Verzögerungsschaltung· Diese einfache Zeitverzögerungsschaltung war zufriedenstellend für Motoren, die in bisher üblicher Weise auf eine bestimmte Voreilung eingestellt waren.

Sie heutigen Motoren, insbesondere die mit Pollutionsüberwachungseinrichtungen ausgerüsteten, sind sowohl für Voreilung wie für Nacheilung eingerichtet, und manche Motoren sind für Zündnacheilung bei Leerlauf eingestellt. Die mit den bekannten Stroboskoplampen verwendeten einfachen Zeitverzögerungsschaltungen lassen sich zur Messung von Zündverzögerungseinstellungen nicht verwenden. Bas heißt, die Lampen gestatten keine Verwendungsweise, bei welcher die Zündung des Lampenblitzes mit Voreilung vor dem Zylinderzündsignal erfolgt.

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Es wurde bereits bei bekannten Zeitsteuerschaltungen für Zündanalysatoren versucht, ein der Motordrehzahl proportionales Horizontal-Ablenksignal (Sägezahnspannung) zu erzeugen, wobei typischerweise Amplitudenvergleichsschaltungen verwendet wurden. Hierfür wurden in der Vergangenheit verschiedene Wege beschritten, die sämtlich mit gewissen Beschränkungen und Nachteilen behaftet waren. Übli-v cherweise äußern sich diese den bekannten Horizontal-Ablenk-Einlauf-Signalgeneratoren innewohnenden Nachteile bzw. Beschränkungen darin, daß die ZeileruiinlauTTsS&h mit veränderlichen Motordrehzahlen ändert. Da das Horizontalablenk- bzw. Zeilenhinlaufsignalerzeugungssystem stabil sein soll, werden verhältnismäßig große Zeitkonstanten verwendet; durch diese großen Zeitkonstanten wird Jedoch die Fähigkeit des Systems zur Selbstsynchronisation mit raschen Änderungen der Motordrehzahl beschränkt. Manhhat versucht, diese Selbstsynchronisation mit Drehzahländerungen zu beschleunigen, indem man die Schaltung mit Unterdämpfung ausbildet. Dies hat zur Folge, daß die Horizontalablenkspur zunächst zu lang und dann zu kurz ist, bevor sie sich auf die richtige Spurlänge einspielt«

Der vorliegenden Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens und einer Schaltung zur Zeitsteuerung für das Horizontalablenk- bzw. Hinlauf-Kippsignal des Oszilloskops eines Motorzündanalysators zugrunde, die eine Horizontalablenkung von im wesentlichen konstanter Tange über einen weiten Bereich von Motordrehzahlen gewährleistet. Gleichzeitig soll durch die Erfindung eine Zeit steuerschaltung für die Zündung einer Stroboskopblitzlampe eines Motorzündanalysatorε geschaffen werden, wodurch eine Messung sowohl für Voreilung wie für Nacheilung der Motorzündeinstellung ermöglicht wird. Das Verfahren

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und die Schaltung gemäß der Erfindung sollen sich zur Verwendung mit Motoren unterschiedlicher Zylinderzahl eignen und die Stroboskoplampenzündung sowohl in der Einstellung 0° wie in Voreil- bzw. Nacheileinstellung ermöglichen.

Bach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Erzeugung der Sägezahnspannung mit einer Selbstkompensation bezüglich Motordrehzahländerungen in der Weise vorgegangen, daß man das Auftreten eines mit der Motorzündung in Beziehung stehenden Ereignisses überwacht und feststellt und in Abhängigkeit hiervon ein Bezugssignal erzeugt, daß man eine Sägezahn spannung für das Zeilenhinlauf (Horizontalablenk-)-signal des Oszilloskops und für die Zündschaltung der Stroboskopblitzlampe des Motorzündanalysators erzeugt, daß man ein Kickführsignal erzeugt, sobald die Sägezahnspannung einen vorgegebenen Wert erreicht, daß man den Phasenunterschied zwischen dem Bezugssignal und dem Rückführ signal bestimmt und daß man den Anstieg der Sägezahnspannung im Sinne einer Verringerung dieser Phasendifferenz zwischen den Signalen verändert.

Bezüglich einer Verzögerung bzw· Vorverlegung der Blitzauslösung der Stroboskoplampe gegenüber dem oberen Totpunkt des Motors zur Ermöglichung einer voreilenden oder nacheilenden Zündeinstellung des Motors ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß man zusätzlich zur Feststellung des Auftretens eines mit der Motorzündung in Beziehung stehenden Ereignisses und der Erzeugung einer damit synchronisierten Sägezahnspannung diese mit der Motorzündung synchronisierte Sägezahnspannung invertiert, daß man eine Bezugsspannung erzeugt, die als Funktion der gewünschten Abweichung der Lampenblitzauslösung vom oberen Totpunkt veränderlich ist, daß

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ν fO ··

man ^e nachdem, o"b die Lampenblitzauslösung verzögert (für voreilende Zündeinstellung des Motors) oder vorverlegt (für nacheilende Zündeinstellung des Motors) werden soll, entweder die ansteigende Sägezahnspannung oder die invertierte abnehmende Sägezahnspannung auswählt und den Stroboskoplampenblitz auslöst, sobald diese ausgewählte Spannung mit der Bezugsspannung übereinstimmt.

Die Erfindung betrifft auch eine zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens geeignete Zeitsteuerschaltung, welche einen Sägezahngenerator zur Erzeugung der Sägezahnspannung für das Oszilloskop und für die Stroboskoplampenzündschaltung eines Motorzündanalysators aufweist; die Schaltung gemäß der Erfindung weist einen auf den Zündzeitpunkt des Motors ansprechenden Geber zur Erzeugung eines ersten elektrischen Signals auf, des weiteren eine Phasenverriegelungsschleife mit einem Phasendetektor, einem Integrator und einem spannungsgesteuerten Oszillator, eine Eomparatorschaltung, welcher als Eingangsgrößen eine Bezugsspannung und die Ausgangsgröße des Oszillators zugeführt sind und die ein Bückführsignal erzeugt, sobald die Oszillatorausgangsgröße einen vorgegebenen Wert erreicht, wobei das erste Signal und das Rückführsignal dem Phasendetektor als Eingangsgrößen zugeführt sind. Die Ausgangsgröße des Phasendetektors ist dem Eingang des Integrators zugeführt, der seinerseits eine Eingangsgröße für den Oszillator liefert, dessen Ausgangsgröße die gewünschte Sägezahnspannung ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Zeitsteuerschaltung für eine derartige Stroboskoplampenschaltung, welche auf die mit dem Motor zündzeitpunkt synchronisierte Sägezahnspannung anspricht und diese als Eingangs-

größe zugeführt; erhält, Schaltmittel zur Erzeugung der Bezugsspannung einschließlich Mitteün zur Änderung der Bezugsspannung in Abhängigkeit von den jeweils gewünschten Beträgen der Abweichung der Stroboskopblitzlampenzündung vom oberen !Totpunkt auf, des weiteren einen Komparator, welchem die Sägezahnspannung uad die Bezugsspannung als Eingangsgröße zugeführt sind und dessen Ausgangsgröße als Triggerspannung dient, sobald die Sägezahn spannung den Wert der Bezugsspannung erreicht. Die Schaltung weist des weiteren einen Inverter zur Erzeugung einer invertierten oder umgekehrten Sägezahnspannung auf, sowie einen Voreil-Nacheil-Wählschalter, mittels welchem entweder die ansteigende Sägezahnspannung oder die invertierte umgekehrte oder abfallende Sägezahnspannung als Eingangsgröße für den Komparator wählbar ist·

Nach dem Grundgedanken der Erfindung ist somit für die Erzeugung der Sägezahnspannung für das Zeilenhinlauf- oder Horizontalablenksignal eine Phasenverriegelungsschleife vorgesehen, mittels welcher ein Phasenvergleich zwischen dem Motorzündzeitgebersignal und dem Ende des Zeilenhinlauf signals vorgenommen wird, und der Anstieg (Anstiegswinkel) der Sägezahnspannung wird im Sinne einer Verringerung einer Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen verändert, derart, daß die Spannung am Ende des Sägezahns (d. h. das Ende des Zeilenhinlaufs) unabhängig von der Frequenz des Eingangssignals (d. h. der Folgefrequenz des Zeilenhinlaufs) im wesentlichen konstant bleibt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Motor-Zündanalysators

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mit Sägezahngenerator gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild des Hinlauf-Sägezahngenerators aus Fig. 1,

Fig. 3 ein Fig. 2 entsprechendes Schaltbild einer alternativen Ausführungsform des Hinlauf-Sägezahngenerators ,

Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild des die Stroboskoplampensteuerung betreffenden Teils der Erfindung mit Sägezahngenerator gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Der in Fig. 1 veranschaulichte Zündanalysator weist einen Geber 10, einen Hinlauf-Kippgenerator 11 und ein Oszilloskop 12 auf. Der Geber 10 liefert ein elektrisches Ausgangssignal in Form einer Impulsfolge 15» die zeitlich in Beziehung mit einem Vorgang im Motorsystem steht, beispielsweise zur öffnung oder Schließung der Unterbrecherkontakte oder zur Zündung der Kerze Nr. 1 oder dergleichen.

Der Geber ist je nach Wunsch entweder direkt oder induktiv oder kapazitiv mit einem Punkt im Zündsystem gekoppelt und kann von herkömmlicher Bauart sein.

Der Kippgenerator 11 liefert das Horizontalablenk- oder Hinlaufsignal für die Leuchtspur des Oszilloskops 12 in Form einer zyklisch oder periodisch sich wiederholenden Sägezahnspannung 16. Dieses Horizontalkippsignal ist mit der Horizontalablenkplatte des Oszilloskops in herkömm-

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licher Weise verbunden, entsprechend das darzustellende Signal mit den Vertikalablenkplatten. Der Hinlauf- oder Zeilen-Kippgenerator 11 liefert auch die Eingangsgröße für den den Stroboskoplampenantrieb betreffenden Teil der nachfolgend beschriebenen Schaltung.

Das Zeitintervall zwischen den Impulsen 15 ist mit der Motordrehzahl veränderlich. Die Funktion des erfindungsgemäßen Hinlauf- oder Horizontalablenkkippgenerators besteht darin, eine Sägezahnspannung 16 mit einer im wesentlichen konstanten Scheitelwertspannung zu liefern, derart, daß der Hinlaufhub unabhängig von der Hinlauf frequenz oder dem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Hinlaufauslösungssignalen (d. h_a unabhängig von der Motordrehzahl) im wesentlichen gleich bleibt. Dies wird durch Verwendung einer Phasenverriegelungsschleife in dem Hinlaufgenerator erreicht, mit einem Phasendetektor 20, einem Integrator 21 und einen Spannungssteueroszillator 22. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hinlaufkippgenerators ist in Fig. 2 dargestellt.

Der Phasendetektor 20 weist Flip-Flops A und B auf. Die (mit F_ref bezeichneten) Impulse 15 werden dem Eingang des Flip-Flops A zugeführt. Die Eingangsgröße für das Flip-Flop B bildet ein anderer (mit F^ bezeichneter) Impulszug 25. Die Impulse 25 werden von einem Komparator 26 erzeugt, sobald die Sägezahnspannung E_r einen vorgegebenen Wert erreicht, der durch eine Eingangsbezugsspannung V_ref des Komparators 26 bestimmt wird.

In dem gezeigten System ist das Flip-Flop A durch die positive Flanke eines Impulses I5 ausgelöst und das Flip-Flop B durch die positive Flanke eines Impulses 25. Die

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Flip-Flops werden durch eine Rückstellschaltung mit Gattern 28, 29, welche die Rückstellspannung erzeugen, sobald beide Flip-Flops in Gang gesetzt sind, riickgestellt. Das Signal auf der Leitung 30 besitzt normalerweise einen hohen Wert und wird negativ beim Auftreten des mit der Zeitgebung der Motorzündung in Zusammenhang stehenden Ereignisses, mit welchem der Beginn der Sägezahnspannung 16 synchronisiert ist. Das Gatter 29 wirkt als ODER-Gatter und bewirkt eine Rückstellung der Flip-Flops A und B, wenn entweder sowohl A und B im eingestellten Zustand sind, oder beim Auftreten des in negativer Richtung laufenden Veils des Signals auf der Leitung 30. Dieses letztere Signal gewährleistet, daß beide Flip-Flops A und B sich zu Beginn der Sägezahnspannung im normalen oder rückgestellten Zustand befinden, und verhindert, daß das System außer Synchronisation kommt.

Spannungsteilerwiderstände R1 und R2 sind mit ihrem Knotenpunkt D über einen Widerstand R3 mit dem Eingang des Integrators 21 verbunden. Wenn sich das Flip-Flop A im normalen oder rückgestellten Zustand befindet, liegt der Widerstand R1 an einer bekannten Spannung (in diesem Fall der Spannung 0). Entsprechend liegt, im normalen oder rückgestellten Zustand des Flip-Flops B, der Widerstand R2 an einer bekannten Spannung (als Y bezeichnet). Ein Verstärker AR1 des Integrators 21 liegt mit seinem Bezugseingang an einer Spannung V₀, ^{die s0} ©ingestellt ist, daß sie gleich dem Potential des Knotenpunkts D ist, wenn sich beide Flip-Flops in ihrem rückgestellten Zustand befinden (im beschriebenen Beispiel beträgt dieses Potential V/2). In diesem Zustand fließt kein Strom durch den Widerstand R3 und die Ausgangsgröße E₀ des Integrators verändert sich nicht. Ist nur eines der Flip-Flops eingeschaltet, so ist

das Potential im Punkt D um eine Stufenfunktion vom Betrag V/2 größer oder kleiner als das Potential V₀, was einen Stromfluß in dem Widerstand R3 und eine Änderung der Integratorausgangsgröße Eq zur Folge hat, wie weiter unten noch im einzelnen beschrieben wird.

Ein Verstärker AR2 des spannungsgesteuerten Oszillators liefert eine Ausgangsgröße E₂, in Form einer Sägezahnspannung, deren Anstieg proportional dem Betrag von Eq ist» Sobald die Spannung E_r einen Betrag gleich V_ref erreicht, erzeugt der Komparator 26 den Impuls 25. Falls der F_ref-Impuls I5vor dem Auftreten des F^-Impulses 25 auftritt, wird das Flip-Flop A eingeschaltet und der Widerstand R1 mit der Spannung V verbunden, wodurch sich das Potential des Schaltungspunktes D von V/2 gegen V verändert und die Ausgangsgröße Eq sich in negativer Richtung ändert. Dies hat zur Folge, daß die Sägezahnspannung E_p ihren Anstieg ändert und den Wert V_pei eher erreicht als in dem vorhergehenden Zyklus· Nachdem der Impuls 25 erzeugt ist, wird auch das Flip-Flop B eingeschaltet und sodann werden beide Flip-Flops rückgestellt, wodurch der Punkt D wieder das Potential V/2 annimmt und die Ausgangsgröße E_Q sich in ihrem jeweils angenommenen Wert stabilisiert. Tritt der Impuls F_re£ nach dem Impuls F^ auf, so kommt es zum entgegengesetzten Ablauf, mit einer Änderung des Potentials im Punkt D von V/2 auf 0 und einer Verschiebung der Ausgangsgröße E₀ in positiver Richtung. Dies bewirkt, daß die Sägezahnspannung E_r den Wert V_pef später erreicht als in dem vorhergehenden Zyklus. Aufgrund dieser Impuls-Kompensation wird die länge des Horizontaleblenk-Hinlaufs durch V_ref gesteuert und unterliegt nicht einer Spannungs- oder Strom-Rückkopplung von einem Tachometerkreis oder einer anderweitigen mit der Motordrehzahl in Beziehung stehenden

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Variablen.

Der spannungsgesteuerte Oszillator wird durch einen zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers AR2 liegenden Schalttransistor 33 rückgestellt» Der Transistor 33 wird durch den negativen Zweig des Signals 30 über einen monostabilen Multivibrator 3^ in den leitenden Zustand durchgeschaltetο Gemäß einer in Fig. 3 veranschaulichten alternativen Ausführungsform erfolgt die Rückstellung durch Verwendung des Signals Έ^ zur Steuerung des Schalttransistors 33« Das Signal bei 30 kann vollständig entfallen, wobei die Flip-Flops durch das Gatter 28 rückgestellt werden, wenn sich beide Flip-Flops im Ein-Zustand befinden.

RjO Die Zeitdauer t des Zeilenhinlaufs beträgt t = , worin dv den (durch V_ref bestimmten) Maximalwert der Säge zahnspannung bedeutet. Die Ubergangsfunktion des Integrators ist

mit TT₁ = t(R1 oder R2) + R3]01

Gl

Die Phasenverriegelungsschleife wirkt im Sinne einer Verringerung der Phasendifferenz zwischen den Eingangsgrößen der beiden Flip-Flops auf ein Minimum, derart, daß der Maximumwert der Sägezahnspannung und damit die Länge des Zeilenhinlaufs im wesentlichen konstant bleibt, unabhängig

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von den Eingangsimpulsfolgefrequenzen an den Flip-Flops (d. h. von der Motordrehzahl·).

Im folgenden wird nun an Hand von Fig· 4- der die Stroboskoplampenzündung betreffende Teil der Schaltung beschriebene Dieser weist einen Inverter 120, einen Wählschalter 121 und einen Komparator 122 auf· Die Sägezahnspannung wird einem Festkontakt (A) eines Kontaktsatzes eines Voreil-HTacheil (Frühzündung-Spätzündung)-Wählschalter 121 zugeführt, sowie über einen Widerstand 123 dem einen Eingang eines Inverters 120, wobei dieser Invertereingang über einen als Nullabgleich dienenden veränderlichen Widerstand 124 mit einer negativen Spannungsquelle verbunden ist» Die Inverterausgangsgröße ist eine invertierte Sägezahnspannung 127, die mit einem Festkontakt (R) eines anderen Kontaktsatzes des Wählschalters 121 verbunden ist.

Hit einem Festkontakt (H) des ersten Kontaktsatzes des Schalters 121 sowie mit einem Festkontakt (A) des zweiten Kontaktsatzes ist eine Bezugs spannung verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Bezugs spannung von einem Verstärker 130, einem Steuerpotentiometer I3I und einem weiteren Verstärker 132, die eine positive Spannungsquelle bilden, geliefert. Das Potentiometer I3I ermöglicht eine Änderung der Bezugsspannung durch den die Stroboskoplampe benutzenden Mechaniker. Der Verstärker dient zur (Trennung des Einstellpotentiometers von der Spannungsquelle, der Verstärker 132 dient zur Inversion der Bezugsspannung und als Trennverstärker. Zwischen einer positiven und einer negativen Spannungsquelle liegt ein Potentiometer 133» dessen verstellbarer Abgriff mit dem Eingang des Verstärkers 132 verbunden ist und eine Vorspannung für die Voreil-Nulleinstellung liefert.

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Die beweglichen Kontakte des ersten und zweiten Kontaktsatzes des Schalters 121 sind mit den Eingängen des Komparators 122 verbunden, und zwar über Widerstände 136 und Dioden 137, welche den Eingang gegen große Spannungsdifferentiale schützen. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Ausgangsgröße des !Comparators eine negativ verlaufende Stufe 140, die erzeugt wird, sobald die negative Eingangsgröße gleich groß wie die positive Eingangsgröße wird. In der gezeigten Stellung des Schalters 121, in welcher die Anschlußkontakte A mit den Eingängen verbunden sind, befindet sich die Schaltung in der Betriebsart "Voreilung" (Frühzündung) und die Komparatorausgangsgröße wird erzeugt, sobald die ansteigende Spannung der Sägezahnspannung 16 den Pegel der Bezugsspannung erreicht» In der entgegengesetzten oder Nacheil-Stellung (Spätzündung) des Schalters, in welcher die B-Anschlußkontakte mit den Kornparat ore ingängen verbunden sind, wird am Komparatorausgang die Stufe 140 erzeugt, sobald die abfallende Spannung der (invertierten) Sägezahn spannung 127 den Pegel der Bezugsspannung erreicht.

Die Komparatorausgangsgröße 140 liefert das Triggersignal für die Lampe 145, vorzugsweise über einen monostabilen Multivibrator 146 und eine ODER-Schaltung 147. Das negativ verlaufende Stufensignal 140 ist mit dem monostabilen Multivibrator 146 über einen Kondensator 148 verbunden; der monostabile Multivibrator erzeugt als Ausgangsgröße einen Spannungsimpuls 149. Die ODER-Schaltung 147 führt, je nach Stellung eines Schalters I5I» entweder den Spannungsimpuls 149 oder einen Spannungsimpuls I50 als Triggerimpuls der Lampe 14-5 zu. In der in Fig. 4 gezeigten öffnungsstellung des Schalters I5I dient der Impuls 150 zur Auslösung. In der Schließstellung des Schalters 15I

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bewirkt der Impuls 149 die Auslösung. tDypischerweise wird der Impuls I50 im Motoranalysator erzeugt und entspricht zeitlich dem Zündsignal für den Zylinder Nr. 1, d_e h. dem oberen Totpunkt des Motors, entsprechend Voreilung bzw. Nacheilung Null. Der Schalter I5I ist vorzugsweise zusammen mit dem Potentiometer I3I angeordnet, derart, daß der Schalter I5I geschlossen wird, wenn der Benutzer die gewünschte Abweichung (Voreilung oder Nacheilung) auf oder nahezu auf Null einstellt. Dies ergibt eine direkte Steuerung der Zeitgeberlampe durch die Zeitgebersignale des Motors, ohne Voreilung oder Nacheilung aus der Zeitsteuerschaltung.

Die Bezugsspannung wird auch als Eingangsgröße einem Meßgerät 160 zugeführt, über einen Verstärkungsgradregelwiderst and 161 und einen Verstärker 162. Das Meßgerät kann zur direkten Ablesung in Grad Voreilung oder Nacheilung geeicht sein. Über dem Verstärker 162 liegen mehrere Verstärkungsgradsteuerglieder 163, die jeweils einen Widerstand und einen Schalter in Reihe umfassen. Es ist jeweils der geeignete Schalter geschlossen, je nachdem, ob der zu prüfende Motor ein Vier-, Sechs- oder Acht-Zylinder-Hubkolbenmotor oder ein Drehkolbenmotor ist; die Schließung des betreffenden Schalters liefert die geeignete Verstärkung für das Meßgerät 160.

Üblicherweise würde die Zeitgeberlampe 145 für jede Sägezahnspannung im Ausgang des Zeilenhinlaufgenerators gezündet. Falls für jede Zylinderzündung eine Sägezahnspannung vorgesehen ist, würde dies eine unnötig häufige Lampenzündung zur Folge haben, da in gewöhnlichen Motoren die bewegliche Bezugsmarke an der festen Bezugsmarke nur im Zündzeitpunkt des Zylinders Nr. 1 vorbeiläuft. Es ist

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daher eine Unterdrückungsschaltung 166 vorgesehen, welche die Zündung der Lampe außer im Zeitpunkt der Zündung des Zylinders Nr, 1 unterdrückt. Diese Unterdrückungsschaltung weist eine ODER-Schaltung 167 auf» welcher als Eingang ein Impuls 169, der vom Zündzeitpunkt des Zylinders Nr. 1 bis zum Zündzeitpunkt des Zylinders Nr. 2 anliegt, sowie ein weiterer Impuls 168, der vom Zündzeitpunkt des dem Zylinder Fr· 1 vorhergehenden Zylinders N bis zum Zündzeitpunkt des Zylinders Wr. 1 anliegt, zugeführt wird. In der vorliegenden Beschreibung ist auf Zylinder Bezug genommen; das erfindungsgemäße System ist jedoch gleichwohl auf Drehkolbenmotoren anwendbar, bei welchen die Anzahl von Rotoren üblicherweise der Anzahl von Zylindern in einem Hubkolbenmotor entspricht. Ein weiterer Kontaktsatz des Voreil-Nacheil-Wähl schalters 121 liefert Eingangs größen an die ODER-Schaltung 167, so daß der monostabile Multivibrator 146 .außer während dem Signal 169 des Zylinders Nr., 1 bei Einstellung des Motors auf Voreilung« bzw. während dem Signal 168 des Zylinders N bei Einstellung auf Nacheilung, gesperrt wird.

Im Betrieb kann das Potentiometer 151 zunächst auf die Stellung 0° mit geschlossenem Schalter I5I und mit Stellung des Wählschalters 121 in die Voreil-Stellung eingestellt werden« Die Zeitgeberlampe wird dann durch den Impuls des Zylinders Nr. 1 gezündet und der Zustand des Motors kann durch visuelle Beobachtung des Abstandes zwischen den Bezugsmarken bestimmt werden. Stimmen die Bezugsmarken überein, so beträgt die Zeitabweichung 0°_e

Wird das Potentiometer I3I in eine neue Einstellung verstellt, beispielsweise auf 3°, und sodann einer der Schalter 163 geschlossen, beispielsweise der Acht-Zylinder-

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Schalter, so zeigt das Meßgerät 160 3° an. Der Komparator liefert die negative Stufenausgangsgröße 140, sobald der Betrag der Sägezahnspannung 16 auf den Betrag der Bezugsspannung angestiegen ist, wodurch die Zündung der Lampe 145 um eine 3° der Schwungradrotation entsprechende Zeitdauer verzögert wird· Wird der Wählschalter 121 in die Nacheil-Stellung umgelegt, so tritt die Komparatorausgangsgröße auf, sobald die invertierte Sägezahnspannung für den Zylinder H" auf den Betrag der Bezugsspannung abgefallen ist, mit dem Ergebnis, daß die Zeitgeberlampe, wie gewünscht, 3° vor der Zündung des Zylinders Nr» 1 gezündet wird.

In der vorhergehenden Beschreibung wurden spezielle Polarität sangaben verwendet, denen jedoch selbstverständlich keinerlei einschränkende Bedeutung zukommt·

Zusammenfassung

Die Erfindung betrifft eine neuartige Zeitsteuerschaltung für einen Kraftfahrzeugmotor-Zündanalysator, welche ein neuartiges Z eilenhinl auf signal für das Oszilloskop des Analysators sowie sowohl Nacheil- wie Vbreil-Auslössignale zur Betätigung einer dem Analysator zugeordneten Stroboskoplampe liefert. Der Hinlauf-Eippspannungs- bzw, -Sägezahnspannungsgenerator gewährleistet eine Selbstkompensation bezüglich Änderungen der Motordrehzahl, und zwar vermittels einer Phasenverriegelungsschleife mit Phasendetektor, Integrator und spannungskontrolliertem Oszillator« Der Oszillator erzeugt eine Sägezahn spannung als Hinlauf-

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Claims (24)

1. Patentansprüche

   . jZeitstenerschalt^ng für einen Verbrennungsmotor-fündanalysator, welcher ein Oszilloskop und eine Stroboskoplampe Z'ir Verwend-ang einer Einstellung eines Verbrennungsmotors mit einer festen Bezugsmarke und einer beweglichen Bezugsmarke, die bei gegenseitiger Übereinstimmung bzw. Ausrichtung einen Bezugspunkt für die Motoreinstellung bilden, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (11) zur Erzeugung einer mit dem Motorzündzeitpunkt synchronisierten ansteigenden Sägezahnspannung (16); durch eine Vorrichtung (120, Fig» 4) zur Erzeugung einer mit dem Motorzündzeitpunkt synchronisierten abnehmenden Sägezahnspannung (127), durch eine Vorrichtung (130) zur Erzeugung einer Bezugsspannung mit Vorrichtungen (I3I) zur Veränderung der Bezugsspannung in Abhängigkeit von dem gewünschten Betrag einer Abweichung des Stroboskoplampenblitzes vom Auftreten des Bezugspunktes der Motoreinstellung; durch einen Komparator (122) mit einem ersten und einem zweiten Eingang, zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses (140, 149), sobald eine dem ersten Eingang zugeführte positiv verlaufende Spannung gleich dem Betrag einer dem zweiten Eingang zugeführten Bezugsspannung bzw. sobald eine dem zweiten Eingang zugeführte negativ verlaufende Spannung gleich einer dem ersten Eingang zugeführten Bezugsspannung wird; durch eine erste Umschaltvorrichtung (121), welche in einer ersten Stellung (A) die ansteigende Sägezahnspannung (16) bzw» die Bezugsspannung (I30, I3I) an den ersten bzw. zweiten Eingang des Komparators (122) legt und in einer zweiten Stellung die abnehmende Sägezahnspannung

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   ORIGINAL INSPECTED

   (127) bzw. die Bezugs spannung (130, I3I) an den zweiten bzw. ersten Eingang des !Comparators (122) legt, zur wahlweisen Einstellung einer Voreil- oder Hacheilabweichung des Lampenblitzes; durch Vorrichtungen (146 bis 148) zur Zufuhr der Komparatorausgangsgröße (140*' als Triggerspannung für die Zündung der Stroboskoplampe (145); sowie durch Sehaltmittel zur Zufuhr der ansteigenden Sägezahnspannung (16) als Hinlaufkippspannung für das Oszilloskop (12).
2. 2. Zeitsteuerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Anzeigemeßgerät (160) für die Abweichung sowie Schaltmittel (161 bis 163) zur Zufuhr der Besugsspannung (I30, 131) an das Anzeigemeßgerät (160'; zur Anzeige des Betrages der eingestellten Abweichung.,
3. 3. Zeit steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zur Zufuhr der Bezugsspannung an das Anzeigemeßgerät (160) einen Verstärker (162) mehrere der Zylinderzahl des Motors entsprechende Verstärkungsgradsteuerschaltungen (163) sowie eine zweite Schaltvorrichtung (163) zur wahlweisen Anschaltung einer der Verstärkungssteuerschaltungen an den Verstärker (162).
4. 4. Zeitsteuerschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Inverter (120), welchem die ansteigende Sägezahnspannung (16) als Eingangsgröße zugeführt ist und der als Ausgangsgröße die abnehmende Sägezahnspannung (127) erzeugt.
5. 5· Zeitsteuerschaltung nach einem oder mehreren der

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   vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zur Zufuhr der Komparatorausgangsgröße zur Steuerung der Stroboskoplampe eine ODER-Schaltung (147) aufweisen, welcher die Komparatorausgangsgröße (140, 14-9) "und ein dem Bezugspunkt der Motoreinstellung entsprechendes Motorzündzeitgebersignal (150) als Eingangsgrößen zugeführt sind, und daß mittels einer dritten Schaltervorrichtung (I5I) einstellbar ist, ob die ODER-Schaltung (147) als Ausgangsgröße entweder die Komparatorausgangsgröße (149) oder das
   Motorzündzeitpunktsignal (I50) durchläßta
6. 6. Ze it st euer schaltung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur einstellbaren Änderung der Bezugsspannung ein von Hand betätigbares Potentiometer (131) aufweist, und daß die dritte Schaltervorrichtung (I5I) von dem Potentiometer (I3I) in
   dessen Einstellung auf Abweichung Null betätigt wird_e
7. 7» Zeitsteuerschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zur Zufuhr der Komparatorausgangsgröße
   zur Stroboskoplampe einen von der Ausgangsgröße (140) des Komparators (122) getriggerten monostabilen Multivibrator (146) aufweisen, der einen Triggerimpuls
   (149) für die Stroboskoplampe (145) liefert.
8. 8. Zeit steuerschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ansteigende und die abnehmende Sägezahnspannungen (16 bzw. 127) sich jeweils für die Zündzeit jedes Motorzylinders wiederholen und daß eine Sperrechaltung
   (166) vorgesehen ist, welche die Auslösung der

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   Stroboskoplampenzündung (14-5) außer für die Zündzeit eines ausgewählten Motorzylinders (beispielsweise des Zylinders Nr. 1) unterdrückt, wobei die Sperrschaltung (166) eine ODER-Schaltung (167) aufweist, welcher als Eingangsgrößen Motorzündzeitsignale entsprechend dem Zündzeitpunkt des Zylinders Nr. 1 und dem Zündzeitpunkt des Zylinders N zugeführt sind, worin N den in der Zündung dem Zylinder Nr. 1 unmittelbar vorhergehenden Zylinder bezeichnet, und daß eine vierte Schaltervorrichtung (121) vorgesehen ist, mittels welcher bei Einstellung für eine Voreilung der Motorzündung das Zündzeitsignal des Zylinders Nr. 1 und bei Einstellung auf Zündnacheilung des Motors das Zeitsignal für den Zylinder N auswählbar ist.
9. 9· Zeitsteuerschaltung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschaltung (166) mit dem monostäbilen Multivibrator (148) verbunden ist.
10. 10. Zeitsteuerschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (11) zur Erzeugung einer ansteigenden Sägezahnspannung (16) folgende Teile umfassen: einen spannungsgesteuerten Oszillator (22), der an seinem Ausgang eine Sägezahnspannung (16) erzeugt, deren Anstieg eine Funktion eines dem Eingang des Oszillators zugeführten Signals ist; eine Komparatorschaltung (26), der als Eingangsgrößen eine erste Bezugsspannung (Vjrgj) und die Ausgangs-Sägezahnspannung (16) des spannungsgesteuerten Oszillators zugeführt sind und die ein Rückführ ausgangs signal (25, V^) erzeugt, sobald die beiden Eingangsgrößen gleich groß sind; einen Integrator (21) mit zwei Eingängen und einem mit dem

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    Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators (22) verbundenen Ausgang, wobei einer der beiden Eingänge des Integrators (21, AR1) mit einer zweiten Bezugs spannung (Vq) verbunden ist und die Ausgangsgröße (E₀) des Integrators den Anstiegswinkel der Ausgangs-Sägezahnspannung (Eg, 16) des spannungsgesteuerten Oszillators bestimmt; Logikschaltmittel (A, B) mit zwei Eingängen und einem Ausgang (D), wobei einer der beiden Eingänge mit dem Ausgang (25, F_fb) der Komparatorschaltung (26) und der andere Eingang (15, F_ref) mit dem Zündsystem des zu analysierenden Motors verbunden ist, und wobei die Ausgangsgröße (D) der Logikschaltfiaittel bei Koinzidenz der beiden Eingangssignale (F_ref und P^) gleichgroß wie die zweite Bezugsspannung (V₀), bei Voreilung des einen der beiden Eingangssignale gegenüber dem anderen größer als die zweite Bezugsspannung (V₀) und bei Nacheilung des einen Eingangssignals gegenüber dem anderen Eingangssignal kleiner als die zweite Bezugsspannung (V₀) ist; Schaltmittel (S3), welche den Ausgang (D) der Logikschaltmittel (A, B) mit dem anderen der beiden Eingänge des Integrators (21, AR1) verbinden; sowie mit dem Eingang des.spannungsgesteuert en Oszillators (22, AR2) verbundene Ruckstellschaltmittel (34-, 33).
11. 11. Zeitsteuerschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltmittel ein erstes Flip-Flop (A), dem als Eingangsgröße das mit der Motorzündung in Beziehung stehende Bezugssignal (15, F_ref) zugeführt ist, ein zweites Flip-Flop (B), dem das ßiickführausgangssignal (25, F^j₃) des Komparators (26) zugeführt ist, sowie einen über die beiden Flip-Flop (A, B) mit Spannungsquellen (+V, Masse) verbundenen Span-

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    nungsteiler (HI, R2) aufweisen, wobei ein Punkt (D) des Spannungsteilers den Ausgang der Logikschaltmittel bildet.
12. 12. Zeitsteuerschaltung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Rückstellschaltung (28 bis 30), welcher Ausgangssignale der Flip-Flops (A, B) als Eingangsgrößen zugeführt sind und welche die Rückstellung der beiden Flip-Flop (A, B) bewirkt, sobald beide Flip-Flops gesetzt sind.
13. 13· Zeitsteuerschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellschaltung eine Gatterschaltung (28, 29) aufweist, welcher ein Motorzündimpuls (30) als Eingangsgröße zur Steuerung der Rückstellung der Flip-Flops (A, B) zugeführt ist.
14. 14. Zeitsteuerschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellschaltmittel für den spannungsgesteuerten Oszillator (22, AR2) Schaltermittel (34-, 33) zur Verbindung des Eingangs mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (22, AR2) aufweisen.
15. 15· Zeit steuerschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß den Rückstellschaltermitteln (33) für den spannungsgesteuerten Oszillator (22) das von dem Komparator (26) erzeugte Rückführsignal (F^) als Steuersignal zugeführt ist (Fig. 3).
16. 16. Zeitsteuerschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß den Rückstellschaltermitteln (33) des spannungsgesteuerten Oszillators (22, AR2) ein

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    Motorzündimpuls (30) als Steuerimpuls zugeführt ist
17. 17· Zeit steuerschaltung nach, den Ansprüchen 14 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Eäckstellschaltermittel (33) für den spannungsgesteuerten Oszillator (22, AR2) und die Bäckstellschaltung (28, 29) für die Flip-Flop-Logikschaltmittel (A, B) zur im wesentlichen gleichzeitigen Bückstellung der Flip-Flops (A, B) und des spannungsgesteuerten Oszillators (22) durch das gleiche Zeitgebersignal gesteuert sind.
18. 18. Zeit steuerschaltung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitgebersignal für die gemeinsame Rückstellung das Bückführsignal (F^) des Eomparators (26) dient (Fig. 3).
19. 19. Zeitsteuerschaltung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitgebersignal für die gemeinsame Bückstellung ein Motorzündimpuls (30) dient.
20. 20« Verfahren zur nacheilenden oder voreilenden Auslösung einer Stroboskoplampe und zur Steuerung der Hinlaufoder Horizontalablenkung der Oszilloskopanzeige eines Verbrennungsmotor-Zündanalysators bezüglich einem Zündeinstell-Bezugspunkt des Motors, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Nachweis des Auftretens eines mit dem Motorzündzeitpunkt in Beziehung stehenden Ereignisses; Erzeugung einer mit dem Motorzündzeitpunkt synchronisierten ansteigenden Sägezahnspannung (16) und abnehmenden Sägezahnspannung (127); Triggerauslösung des Oszilloskophinlaufs mit der ansteigenden Sägezahnspannung (16); Erzeugung einer Bezugsspannung (130, 131)» deren Betrag in Abhängigkeit

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    von der gewünschten Abweichung der Stroboskoplampentriggerung von dem Bezugspunkt der Motorzündeinstellung veränderlich ist; Auswählen (bei 121) entweder der ansteigenden Sägezahnspannung (16) oder der abnehmenden Sägezahnspannung (127)j je nachdem, ob die Triggerung der Stroboskoplampe verzögert oder vorverlegt werden soll; Auslösen der Stroboskoplampe, sobald die ausgewählte Spannung (16 bzw«, 127) mit der Bezugsspannung (130, 131) übereinstimmt«
21. 21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerung der Stroboskoplampe (14-5) ₅ falls die Abweichung Bull gewünscht ist, synchron mit dem Zündsignal für den Motorzylinder Hr„ 1 erfolgt»
22. 22· Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei jeweils für jeden Motorzylinder die Sägezahn spannung (16 bzw, 127) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerung der Stroboskoplampe in Abhängigkeit von dem Zündsignal nur eines ausgewählten Motorzylinders erfolgt und für die übrigen Motorzylinder unterdrückt wird«
23. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß man, falls eine Verzögerung der Stroboskoplampenauslösung erwünscht ist, die Stroboskoplampenauslösung nur für das Zündsignal des Zylinders Fr, 1 nicht unterdrückt, während man, falls eine Voreilung der Auslösung erwünscht ist, die Stroboskoplampenauslösung nur für das Zündsignal des Zylinders Fr« N nicht unterdrückt, wobei F den in der Zündreihenfolge unmittelbar vor dem Zylinder Fr. 1 zündenden Zylinder bezeichnet .
24. 24. Verfahren nach einem oder mehreren, der Ansprüche 20
    bis 23» dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung
    einer mit dem Motorzündzeitpunkt synchronisierten ansteigenden Sägezahnspannung in der Weise erfolgt, daß man das Auftreten eines mit der Motorzündung in Beziehung stehenden Ereignisses feststellt und ein entsprechendes Bezugssignal (15, ^ref^ erzeugt, daß man eine Sägezahnspannung (16) erzeugt (bei 22, AR2), daß man ein Kickführsignal (25» Ff₁₃) erzeugt (bei 26), sobald die Sägezahnspannung (16) einen vorgegebenen Wert
    (y_vef) erreicht, und daß man die Phasendifferenz zwischen dem Bezugssignal (15, F_ref ) und dem Rückführsignal (25, F_ft)) feststellt und bei Vorliegen einer Phasenverschiebung zwischen diesen beiden Signalen den
    Anstieg der Sägezahnspannung (16) im Sinne einer Verringerung dieser Phasendifferenz verändert,

    25· Verfahren nach Anspruch 24·, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Rückstellung der Sägezahnspannung auf den Anfangswert erfolgt, nachdem die Sägezahn spannung den
    vorgegebenen Wert erreicht hat.

    26» Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Rückstellung der Sägezahnspannung auf den Anfangs- oder Ausgangswert in Abhängigkeit von einem Motorzündvorgang (30) erfolgt.

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