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Zündanlage für Brennkraftmaschinen
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach
der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Zündanlage aus der DE-OS
2 701 968, Fig. 3 und 4, bekannt, die ebenfalls nach dem Prinzip der Schließwinkelverkleinerung
arbeitet. Dies bedeutet, daß ein Ausgangssignal einer Geberanordnung bzw. einer
Zündwinkel-Berechnungsstufe, einen maximalen Grunds chließwinkel für den elektronischen
Schalter im Primärstromkreis der Zündspule vorgibt. In Abhängigkeit der Drehzahl
wird nun der Schließzeitpunkt für diesen elektronischen
Schalter
innerhalb eines Gebersignals vorverlegt, wobei jeweils bei einem vorangehenden Zyklus
der Schließzeitpunkt für den nächsten Zyklus bestimmt wird. Bei der bekannten Anordnung
liegt jeweils im Zündzeitpunkt die Information für den Beginn der nächsten Schließzeit
als Zählerstand fest. lgach dem Zündzeitpunkt erfolgende Beschleunigungen haben
keine Auswirkungen mehr auf den Beginn der folgenden Schließzeit. Daraus ergibt
sich eine relativ schlechte Dynamik, was bei starken Beschleunigungen zu kurze Schließzeiten
zur Folge hat.
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In der DE-OS 2 746 885, Fig. 5 und 6, ist eine Zündanlage gezeigt,
die auch noch Drehzahlinformationen nach dem Zündzeitpunkt zur Festlegung des nächsten
Schließzeitbeginns verwertet. Diese Zündanlage hat jedoch den Nachteil der geringen
Flexibilität bezüglich der benötigten Gebersignale. Diese müssen ein Tastverhältnis
zwischen 77 % und 58 % aufweisen, da bei einem zu großen Tastverhältnis der Aufwärtszählvorgang
nach dem Zündzeitpunkt so kurz wird, daß der darauffolgende Schließzeitbeginn auf
jeden Fall zu früh erfolgt. Ist dagegen das Tastverhältnis zu klein, so wird durch
den Aufwärtszählvorgang ein so hoher Zahlenwert erreicht, daß durch den darauffolgenden
Rückwärtszählvorgang der Schwellwert, dessen Erreichen die Schließzeit auslöst,
zu spät erreicht wird, so daß, insbesondere bei starken Beschleunigungen, u.U. gar
keine Schließzeit mehr zustande kommt.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß eine
hervorragende Dynamik erreicht wird und gleichzeitig das Steuertastverhältnis praktisch
beliebig wählbar ist. Dadurch können die verschiedensten Geberanordnungen eingesetzt
werden bzw. die verschiedensten Ausgangssignalfolgen von Zündwinkel-Berechnungsstufen
in Kauf genommen werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlagen
möglich. Besonders vorteilhaft ist die doppelte Ausnutzung der ersten Speichereinrichtung
zur Festlegung eines ersten drehzahlabhängigen Zahlenwerts während der Schließzeit
durch eine erste Absenk- und Anhebephase des Speicherwerts, und zur beschleunigungsabhängigen
Veränderung dieses Speicherwerts während der darauffolgenden Offenzeit bis zum Beginn
eines neuen Gebersignals durch eine erneute Absenk- und Anhebephase.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig.
1 die schaltungsmäßige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels und Fig. 2 ein Signaldiagramm
zur Erläuterung der Wirkungsweise.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels Der Ausgang einer Geberanordnung
10 ist über ein UND-Gatter 11 mit dem Steuereingang eines elektronischen Schalters
12 verbunden, dessen erster Schaltanschluß
über die Primärwicklung
einer Zündspule 13 an eine mit dem positiven Pol einer Versorgungsspannungsquelle
verbundenen Quelle 14 angeschlossen ist, und dessen zweiter Schaltanschluß über
eine z.B. als Strommeßwiderstand ausgebildete Strommeßvorrichtung 15 mit Masse verbunden
ist. Zwischen die Sekundärwicklung der Zündspule 13 und Masse ist eine Zündkerze
16 geschaltet. Bei mehreren Zündkerzen kann in bekannter Weise eine mechanische
-oder nicht-mechanische Hochspannungsverteilung vorgesehen sein. Gemäß dem eingangs
angegebenen Stand der Technik ist die Geberanordnugg 10 eine durch die Brennkraftmaschine
angetriebene, rotierende Geberanordnung, der eine mechanische oder elektronische
Vorrichtung zur parameterabhängigen Verstellung des Zündzeitpunkts zugeordnet ist.
Der elektronische Schalter 12 ist gewöhnlich als Transistor ausgebildet.
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Ein dem gemessenen Strom entsprechender Spannungswert wird von der
-Strommeßvorrichtung 15 einer Schwellwertstufe 17 zugeführt, deren Ausgang über
ein ODER-Gatter 18 mit dem Zählrichtungseingang U/D (Up/Down) eines ersten Zählers
19 verbunden ist. Die Binärzahlenausgänge dieses ersten Zählers 19 sind mit Zahleneingängen
eines zweiten Zählers 20 verbunden, dessen Zahlenausgänge wiederum den Zahleneingängen
eines dritten Zählers 21 zugeführt sind. Der Ausgang der Geberanordnung 10 ist mit
dem Setzeingang S sowie über ein ODER-Gatter 22 mit dem Sperreingang E (Enable)
des dritten Zählers 21 verbunden, und weiterhin über die Reihenschaltung zweier
Inverter 23, 24 an den Setzeinang S des zweiten Zählers 20 sowie an einen Eingang
eines UND-Gatters 25 angeschlossen. Der Überlaufausgang CO (Carry Out) des dritten
Zählers 21 ist dabei sowohl mit einem zweiten Eingang des
ODER-Gatters
22, wie auch mit einem zweiten Eingang des ODER-Gatters 18 verbunden. Der Verknüpfungspunkt
zwischen den beiden Invertern 23, 24 ist einmal an den Zählrichtungseingang U/D
des zweiten Zählers 20 und weiterhin an einen Eingang eines NOR-Gatters 26 angeschlossen.
Der Ausgang des UND-Gatters 5 ist an dem Sperreingang E des zweiten Zählers 20 und
über das t4OR-Gatter 26 an den Sperreingang E des ersten Zählers 19 angeschlossen.
Der Überlaufausgang CO des zweiten Zählers 20 ist mit einem weiteren Eingang des
UND-Gatters 25 sowie mit einem weiteren Eingang des UND-Gatters 11 verbunden.
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Ein Taktgenerator 27 erzeugt zwei Zähl-Taktfrequenzen f1 und f2. Die
erste, niedrigere Taktfrequenz fl ist über ein UND-Gatter 28 mit dem Eingang eines
ODER-Gatters 29 verbunden, dessen Ausgang an den Takteingang C des ersten Zählers
19 angeschlossen ist. Weiterhin ist diese erste Taktfreuenz fl dem Takteingang C
des zweiten Zählers 20 zugeführt. Die zweite, höhere Taktfrequenz f2, die im dargestellten
Fall die-doppelte Frequenz gegenüber f1 ist, ist mit dem Takteingang C des dritten
Zählers 21, wie auch über ein UND-Gatter 30 mit einem weiteren Eingang des ODER-Gatters
29 verbunden. Der Ausgang der Geberanordnung 10 ist einmal direkt an einen weiteren
Eingang des UND-Gatters 28 und weiterhin über einen Inverter 31 an einen weiteren
Eingang des UND-Gatters 30 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand
des in Fig. 2 dargestellten Signaldiagramms erläutert werden. Durch die kürzer werdende
Gebersignalfolie U10 ist ein Beschleunigungsfall dargestellt. Während
eines
Gebersinals U1D ist der zweite Zähler 20 über den Inverter 23 auf 1?Abwärtsz'ähle1
gestellt. Er reicht er seinen niedrigsten Zähreristand, so wird am Oberlaufausgang
dz CO ein AusEgangssignal erzeugt, durch das einmal über das UND-Gatter 11 der elektronische
Schalter 12 gesehlossen wird (Schließzeitbeginn), weiterhin über das UND-Gatter
25 der Zähler 20 für weitere Zählvorgänge gesperrt und schließlich über dieses UND-Gatter
25 und das NOR-Gatter 26 die Sperrung des Zählers 19 aufgehoben wird. Im Primärstronkreis
der Zündspule 13 beginnt ein Strom I zu fließen, und im Zähler 19 beginnt ein Abwärtszählvorgang
mit der Frequenz f1, da das UND-Gatter 30 gesperrt ist und das UND-Gatter 28 geöffnet
ist.
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Erreicht der ansteigende Strom im Primärstromkreis der Zündspule 13
die Hälfte seines Sollwerts Io, so spricht die Schwellwertstufe 17 an und erzeugt
ein Ausgangssignal, durch das über das ODER-Gatter 18 der Zähler 19 seine Zählrichtung
ändert. Der nun folgende Aufwärtszählvorgang dauert bis zum Ende eines Gebersignals
U10. Das Ende des Gebersignals U10 hat folgende Wirkungen: Das UND-Gatter 11 wird
gesperrt, wodurch der primärseitige Stromfluß unterbrochen und ein Zündfunke an
der Zündkerze 16 erzeugt wird. Die Sperrung des zweiten Zählers 20 wird über den
Inverter 23 und das UND-Gatter 25 aufgehoben, und es beginnt ein Aufwärtszählvorgang,
da über den Inverter 23 der Zählrichtungseingang ebenfalls umgeschaltet wurde.
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Da der Schwellwert Io/2 wieder unterschritten ist, wechselt der Zähler
19 ebenfalls seine Zählrichtung. Da nun das UND-Gatter 28 gesperrt und das UND-Gatter
30 geöffnet ist, wechselt zusätzlich die Zählfrequenz von fl auf f2.
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Schließlich -wird über das ODER-Gatter 22 die Sperrung des Abwärts-Zählers
21 aufgehoben, der mit der Frequenz f2 abwärts zu zählen beginnt.
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Erreicht der Zähler 21 seinen niedrigsten Zählerstand, so wird durch
das am Überlaufausgang CO entstehende Signal einmal dieser Zähler über das ODER-Gatter
22 gesperrt und weiterhin wird über das ODER-Gatter 18 die Zählrichtung des Zählers
19 erneut umgeschaltet, der daraufhin wieder aufwärts zu zählen beginnt.
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Der Beginn eines neuen Gebersignals U10 bewirkt folgendes: Der Zähler
21 übernimmt den Zählerstand des Zählers 20.
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Er bleibt jedoch über das ODER-Gatter 22 gesperrt. Mit einer sehr
kurzenVerzögerung durch die beiden in Reihe geschalteten Inverter 23, 24 übernimmt
der Zähler 20 den Zählerstand des Zählers 19 und beginnt abwärts zu zählen, da über
den Inverter 23 eine Umschaltung der Zählrichtung bewirkt wurde. Der Zähler 19 bleibt
über das NOR-Gatter 26 gesperrt. Erreicht der Zähler 20 seinen niedrigsten Zählerstand,
so beginnt der Zyklus erneut.
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Bis zum Zeitpunkt tl ist die Drehzahl der Brennkraftmaschine konstant,
was sich dadurch auswirkt, daß der Zähler 19 jeweils nach einem Abwärtszählvorgang
durch den darauffolgenden Aufwärtszählvorgang seinen ursprünglichen Zahlenwert wieder
erreicht. Dadurch beginnt der Zähler 20 immer vom gleichen Zahlenwert an abwärts
zu zählen, wodurch wiederum der Schließzeitbeginn relativ zu den Geberflanken konstant
bleibt. Die auf den Zeitpunkt tl folgende Offenzeit ist verkürzt, so daß der Zähler
19 zwar noch in der gleichen, durch den Zählvorgang des Zählers 21 vorgegebenen
Zeit abwärts zählt, jedoch ist der darauffolgende Aufwärtszählvorgang verkürzt,
so daß nunmehr ein niedrigerer Zählerstand in den Zähler 20 übernommen wird. Gleichzeitig
wird auch ein entsprechend niedrigerer Zählerstand vom Zähler 20 in den Zähler 21
übernommen.
Durch den niedrigeren übernommenen Zählerstand im Zähler
20 wird der niedrigste Zählerstand früher erreicht, wodurch der Beginn der darauffolgenden
Schließzeit vorverlegt wird. Da infoige einer weiteren relativen Verkürzung des
dritten, dargestellten Gebersignals U10 der darauffolgende Abwärts-Aufwärts-Zählvorgang
mit der Frequenz f1 ebenfalls seinen ursprünglichen Zahlenwert nicht mehr erreicht,
beginnt der darauffolgende Abwärts-Aufwärts-Zählvorgang mit der Frequenz f2 zum
Zeitpunkt t2 bei einem wiederum tieferen Niveau. Auch dieser Zählvorgang endet erneut
bei einem niedereren Zählerstand, so daß nochmals ein niederer Zählerstand in den
Zähler 20 übernommenwird. Der Schließzeitbeginn wird nochmals relativ vorverlegt.
Nun bleibt die Drehzahl auf dem erreichten höheren Niveau konstant, was sich dadurch
zeigt, daß durch die darauffolgenden Zählvorgänge im Zähler 19 jeweils der Anfangszahlenwert
wieder erreicht wird. Durch diesen Beschleunigungsvorgang ist lediglich die dritte,
dargestellte Schließzeit etwas verkürzt worden. Die übrigen Schließzeiten blieben
trotz Verkürzung der Gebersignale U10 konstant.
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Durch den jeweils ersten Abwärts-Aufwärts-Zählvorgang mit der Frequenz
fl im Zähler 19 wird eine Veränderung der Drehzahl während der Schließzeit bestimmt
und durch einen entsprechend ersten, bzw. erniedrigten Endzählerstand ausgewiesen.
Der jeweils darauffolgende Abwärts-Aufwärts-Zählvorgang mit der Frequenz f2 korrigiert
diesen Zählerstand nochmals, sofern in der darauffolgenden Gebersignal-Pause eine
weitere Drehzahländerung stattfindet. Dieser Abwärts-Aufwärts-Zählvorgang mit der
Frequenz f2 wird dadurch festgelegt, daß im Zähler 21 von der vorherigen Periode
her ein Zahlenwert gespeichert ist, der der vorhergehenden Signalgeber-Pause
proportional
ist. Er wurde durch den Aufwärts-Zählvorgang im Zähler 20 mit der Frequenz fl ermittelt.
Dieser gespeicherte Zahlenwert wird im Zähler 21 mit der doppelten Frequenz f2 abwärts
gezählt, so daß dieser Abwärts-Zählvorgang die halbe Zeit gegenüber der vorhergehenden
Gebersignal-P-ausenzeit beansprucht. Da der Zähler 19 ebenfalls in dieser halben
Pausenzeit abwärts zählt, vergleicht er damit die vorangegangene Pausenzeit der
Gebersignalfolge U10 mit der nunmehr vorliegenden Pausenzeit. Sind diese Pausenzeiten
gleich, so entspricht der Abwärts-Zählvorgang dem Aufwärts-Zählvorgang.
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Mit Ausnahme der Forderung, daß die Abwärtszähifrequenz im Zähler
21 doppelt so groß sein muß, wie die Aufwärts-Zählfrequenz im Zähler 20, können
die übrigen Zählfrequenzen unter Berücksichtigung des Grenzzyklus für Schwingungen
und der beteiligten Bauelemente frei gewählt werden.
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Wählt man für den ersten Abwärts-AuSwärts-Zählvorgang mit der Frequenz
fl im Zähler 19 zwei verschiedene Frequenzen, so kann der Schwellwert der Schwellwertstufe
17 entsprechend höher bzw. tiefer gelegt werden.
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Eine vorteilhafte Realisierung der beschriebenen Funktionen kann auch
durch einen Mikrorechner erfolgen.