DE2907156C2 - Steuereinrichtung zum Einstellen des Voreilwinkels für die Zündung bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Einstellen des Voreilwinkels für die Zündung bei Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Zündtakt-Voreilwinkel werden bisher mittels mechanischen Verstellern und/oder Unterdruckeinrichtungen gesteuert. Jedoch stellen die Vorschriften für das Abgas hohe Anforderungen an die Genauigkeit bei der Steuerung der Zündtakt-Voreilwinkel und an eine lange Haltbarkeit der Voreilwinkel-Steuersysteme; die bestehenden mechanischen Versteller erfüllen nur schwierig diese Anforderungen.
• Es gibt bereits Systeme zum elektronischen Steuern der Zündtakt-Voreilwinkel (vgl. JP-OS 1 20 334/1976 und 43 036/1977). Diese Systeme verwenden jedoch ein sogenanntes Dual-Slope-(Doppel-Neigung-)Steuerungsverfahren mittels eines einzigen Integrierers und sind daher beim Steuern der Voreilwinkel während einer hohen Drehzahl der Brennkraftmaschinen wenig genau.
• Es sind Verfahren zur Auslösung eines Zündsignals bekannt (DE-OS 21 28 019), bei der die drehzahlabhängige Voreilung des Zündsignals, ausgehend von einem von der Kurbelwelle abgegriffenen Referenzsignal, dadurch geschaffen wird, daß mit Hilfe einer Verzögerungsschaltung eine der Voreilung entsprechende Verzögerung der Weitergabe des Signals erzielt wird.
• Es sind auch Einrichtungen bekannt (DE-OS 21 60 289) bei denen mit Hilfe von zwei Sägezahnspannungen unter Mitwirkung eines elektromechanischen Funktionsgebers eine zeitliche Verschiebung des Zündzeitpunkts, abhängig von der Drehzahl des Motors, erreicht wird. Elektromechanische Funktionsgeber sind jedoch sehr empfindlich und für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug nur bedingt geeignet.
• Ferner ist eine Einrichtung bekannt (DE-OS 27 02 054) bei der rein elektronisch durch den Vergleich eines Rampensignals mit vorgegebenen Bezugspegeln ein zeitlich sich ändernder Spannungsverlauf geschaffen wird durch dessen Abtastung der Zündzeitpunkt bestimmt wird.
• Schließlich ist auch die Anwendung eines Sägezahngenerators mit veränderlicher Integrationskonstante (DE-OS 26 45 642) zur Zündzeitpunktbestimmung bekannt.
• Wegen ihrer Zuverlässigkeit werden Sägezahngeneratoren, insbesondere solche, bei denen das Rampensignal durch die Integration einer konstanten Spannung gebildet wird, sehr häufig zur Nachbildung eines zeitlichen Verlaufs eingesetzt. Vergleicht man jedoch die Spannungen von zwei Integratoren, die abhängig von unterschiedlichen Drehstellungen der Kurbelwelle ein- und ausgeschaltet werden, so ändert sich deren Spannungsverhältnis nicht mit einer Änderung der Drehzahl des Motors.
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Steuereinrichtung zum Einstellen des Voreilwinkels für die Zündung bei Brennkraftmaschinen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, bei der im wesentlichen der Zündzeitpunkt durch den Vergleich zweier Sägezahnspannungen bestimmt wird.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
• Fig. 1 den Steuerungsverlauf der Zündtakt-Voreilwinkel abhängig von den Drehzahlen einer Brennkraftmaschine,
• Fig. 2 und 3 jeweils in Teilen A, B, C, D bzw. A und B Signale zur Erläuterung des Prinzips der Voreilwinkel-Steuerung bei der erfindungsgemäßen Anlage,
• Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Voreilwinkel-Steuereinheit in der erfindungsgemäßen Anlage,
• Fig. 5 in Teilen A, B, C, D, E, F und G den Verlauf von Ausgangssignalen der Bauteile des Schaltbildes der Fig. 4 zur Erläuterung von dessen Betrieb,
• Fig. 6 ein Schaltbild für einen Integrator 9 in Fig. 4,
• Fig. 7 in Teilen A, B, C und D Signale zur Erläuterung des Betriebs des in Fig. 6 dargestellten Integrators,
• Fig. 8 ein Schaltbild einer Halbleiter-Schalteinrichtung für die Schaltung der Fig. 4, um mittels eines Thyristors einen Funken zu erzeugen,
• Fig. 9 ein Schaltbild einer ebenfalls für die Schaltung der Fig. 4 anwendbaren Halbleiter-Schalteinrichtung, die Transistoren zum Erzeugen eines Funkens verwendet,
• Fig. 10 ein Teil-Blockschaltbild einer teilweisen Abwandlung der in Fig. 4 dargestellten Schaltung,
• Fig. 11 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Voreilwinkel-Steuereinheit in der erfindungsgemäßen Anlage,
• Fig. 12 in Teilen A bis I Ausgangssignale von Bauteilen der Schaltung der Fig. 11 zur Erläuterung von deren Betrieb,
• Fig. 13 in Teilen A und B den Verlauf von Ausgangssignalen einer abgewandelten Signalerzeuger-Anordnung, und
• Fig. 14 die Lagebeziehung zwischen Vorsprüngen eines magnetischen Gebers und Signalerzeugern in der Abwandlung der Fig. 13.
• Anhand der Fig. 1 bis 3 wird zunächst das Prinzip näher erläutert, auf dem die erfindungsgemäße elektronische Voreilwinkel-Steuerung beruht.
• Wie graphisch in Fig. 1 gezeigt ist, besteht eine Kennlinie eines Zündtakt-Voreilwinkels α bezüglich der Drehzahl N der Brennkraftmaschine aus einem Bereich A, in dem der Zündtakt einem Mindestvoreilwinkel α _min entspricht, einem Bereich B, in dem sich der Zündtakt proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert, und einem Bereich C, in dem der Zündtakt einem Höchstvoreilwinkel α _max entspricht.
• Um diese Kennlinie elektrisch zu erhalten, werden zunächst der Höchstvoreilwinkel α _max und der Mindestvoreilwinkel α _min erfaßt, und dann werden die Voreilwinkel zwischen α _max und α _min proportional zu einer Drehzahl N der Brennkraftmaschine bestimmt.
• Das Prinzip der elektronischen Voreilwinkel-Steuerung innerhalb des Bereiches B wird anhand der Fig. 2 und 3 erläutert. Impulssignale D und E, die jeweils einen Höchstvoreilwinkel bzw. einen Mindestvoreilwinkel darstellen, werden durch einen ersten bzw. einen zweiten Impulsgeber erzeugt. Gleichzeitig mit der Erzeugung des Impulssignales E beginnt z. B. ein Kondensator mit einem konstanten Strom aufgeladen zu werden, so daß ein Sägezahnsignal K mit einem konstanten Anstiegswinkel oder einem konstanten Gradienten R&sub1; erzeugt wird. Die Integration aufgrund der Aufladung des Kondensators wird abgeschlossen, wenn das Impulssignal D erfaßt wird. Zu dieser Zeit hat das Sägezahnsignal K eine Spannung V&sub1; erreicht, die umgekehrt proportional zur Drehzahl N der Brennkraftmaschine ist. Nun wird berücksichtigt, daß ein zweiter Sägezahnsignalgenerator vorhanden ist, um ein Sägezahnsignal G zu erzeugen, das abhängig von der Erzeugung eines Impulssignales D, das den Höchstvoreilwinkel darstellt, ansteigt, und abhängig vom Impulssignal E, das den Mindestvoreilwinkel darstellt, endet, wobei die Spannung des Sägezahnsignales G mit der Spannung V&sub1; verglichen wird, um einen Voreilwinkel-Impuls H dadurch zu erzeugen. Damit ist es jedoch unmöglich, die Lage des Voreilwinkel-Impulses H zu verändern. Denn entsprechend der Änderung der Drehzahl N der Brennkraftmaschine ändern sich die Perioden T der Impulssignale D und E und die Basen der Sägezahnsignale K und G mit einer proportionalen Änderungsrate, während sich die im Teil C der Fig. 2 gezeigten Signale lediglich mit einer analogen Verringerung oder Vergrößerung verändern. Entsprechend werden die Winkelstellungen, bei denen das Voreilwinkel-Impulssignal H erzeugt wird, und die bezüglich der Mindestvoreil-Winkelstellung gemessen sind, nicht mit der Drehzahl N verändert. Dies wird mittels mathematischer Gleichungen näher erläutert. Mit einer Drehzahl N (U/min), einer Periode von T(s), bei einem Teilungsverhältnis des Abstandes einer vorderen Mindestvoreil-Winkelstellung von einer Höchstvoreil-Winkelstellung und des Abstandes von dieser zu einer hinteren Mindestvoreil-Winkelstellung im Verhältnis k&sub1; : k&sub2;, wobei k&sub1; und k&sub2; unabhängig von der Drehzahl N der Brennkraftmaschine sind, und wenn die Höchstvoreil-Winkelstellung bezüglich der Mindestvoreil-Winkelstellung um z. B. 30° voreilt, so ergibt sich: und
• Wenn der zeitliche Ablauf zwischen einer Winkelstellung, an der ein Voreilwinkel-Impuls erzeugt wird, und der hinteren Mindestvoreil-Winkelstellung t(s) (was einem Voreilwinkel α entspricht) beträgt, und wenn die Anstiegswinkel der Sägezahnsignale K und G jeweils R&sub1; bzw. R&sub2; sind (R&sub1; und R&sub2; sind unabhängig von der Drehzahl N und es gilt R&sub1;&ltR&sub2;), so folgt: &udf53;vu10&udf54;°KT°k¤=¤@W:60:&udf53;sk2&udf54;N&udf53;sk&udf54;&udf54;@,(1)&udf53;zl10&udf54;°Kt°k=°Kk°kÊ°KT°k¤^¤@W:tan¤&udf57;°KV&udf56;°kÉ:tan¤°K&udf57;V&udf56;°kÊ&udf54;¤°Kk°kÉ°KT°k@,(2)&udf53;zl10&udf54;
• Daher beträgt der Voreilwinkel α des Voreilwinkel-Impulses H: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;°=c:50&udf54;&udf53;vz4&udf54; &udf53;vu10&udf54;°=c:30&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;
• Aus der Gleichung (4) folgt, daß der Wert des Voreilwinkels unabhängig von der Drehzahl N ist.
• Um dieses Problem zu lösen, wird bei der Erfindung eine feste Spannung V _s zum Sägezahnsignal G addiert, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, und die Summe wird mit der Spannung V&sub1; verglichen. Durch Einführen der von der Drehzahl N unabhängigen festen Spannung V _s ermöglicht die Voreilwinkel-Steuerung der Fig. 3 einen steuerbaren Voreilwinkel α. Dies wird im folgenden mittels mathematischer Gleichungen näher erläutert. Wenn das Sägezahnsignal G zur festen Spannung V _s addiert wird, so ergibt sich: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;°=c:30&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;°=c:30&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;°=c:30&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;
• Wie aus der Gleichung (7) folgt, eilt der Voreilwinkel-Impuls H proportional der Drehzahl N der Brennkraftmaschine vor.
• Die Erfindung sieht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Voreilwinkel-Steuereinheit (vgl. das Blockschaltbild der Fig. 4) vor, das aufweist einen magnetischen Geber 1, der synchron zu einer Brennkraftmaschine drehbar ist und einen Vorsprung 1 A hat, einen ersten induktiven Signalerzeuger 2, der entsprechend der Höchstvoreil-Winkelstellung angeordnet ist, um das erste Impulssignal D zu erzeugen, das den Höchstvoreilwinkel darstellt, wie dies im Teil A der Fig. 5 gezeigt ist, und einen zweiten induktiven Signalerzeuger 3, der entsprechend der Mindestvoreil-Winkelstellung angeordnet ist, um das zweite Impulssignal E zu erzeugen, das den Mindestvoreilwinkel darstellt, wie dies im Teil B der Fig. 5 gezeigt ist. Ein RS-Flipflop 4 empfängt an seinem Setz-Eingang S das Impulssignal D vom ersten induktiven Signalerzeuger 2 und an seinem Rücksetz-Eingang R das Impulssignal E vom zweiten induktiven Signalerzeuger 3. Entsprechend gibt das RS-Flipflop 4 an seinem Q-Ausgangsanschluß ein Signal Q&sub0; und an seinem ≙-Ausgangsanschluß ein Signal ≙&sub0; ab, wie diese jeweils in den Teilen C und D der Fig. 5 dargestellt sind. Ein Integrator 5 beginnt das Ausgangssignal Q&sub0; bei dessen Anstieg zu integrieren und beendet dies bei dessen Abfall. Ein Addierer 6, z. B. ein Operationsverstärker, addiert das über einen Widerstand 7 empfangene Ausgangssignal des Integrators 5 zu der über einen Widerstand 8 empfangenen festen Spannung V _s , die vom Q-Ausgangsanschluß des RS-Flipflops 4 ausgeht. Der Addierer 6 erzeugt ein Ausgangssignal J mit dem im Teil E der Fig. 5 dargestellten Verlauf. Ein zweiter Integrator 9 empfängt das Q- und das ≙-Ausgangssignal des RS-Flipflops 4 und beginnt das ≙-Ausgangssignal bei dessen Anstieg bei T&sub1; zu integrieren und unterbricht die Integration des ≙-Ausgangssignales bei dessen Abfall im Zeitpunkt T&sub2;. Die letzte Integrationsspannung V&sub1; wird gehalten, bis das ≙-Ausgangssignal wieder bei T&sub3; ansteigt. Auf diese Weise erzeugt der zweite Integrator 9 ein Ausgangssignal K mit dem im Teil F der Fig. 5 dargestellten Verlauf. Ein Vergleicher 10 vergleicht das Ausgangssignal J des Addierers 6 mit dem Ausgangssignal K des zweiten Integrators 9, um ein Voreilwinkel-Impulssignal H zu erzeugen, wenn die Ausgangssignale J und K miteinander übereinstimmen. Dieses Signal H stellt den Zündtakt um den Winkel α vor. Ein Ausgangssignal des Vergleichers 10, das das Voreilwinkel-Impulssignal H darstellt, wird von einem Ausgangsanschluß 12 der Voreilwinkel-Steuereinheit über eine Diode 11 abgegeben. Das Ausgangssignal E des zweiten induktiven Signalerzeugers 3 wird andererseits vom Ausgangsanschluß 12 über einen Widerstand 13 und eine Diode 14 abgegeben. Wenn bei dieser Schaltung die Drehzahl N der Brennkraftmaschine relativ klein ist, überschreitet das Ausgangssignal K des zweiten Integrators 9 das Ausgangssignal J des Addierers 6, und daher erzeugt der Vergleicher 10 nicht das Ausgangssignal H, d. h., die Integrationsspannung V&sub1; des zweiten Integrators 9 überschreitet die Ausgangsspannung V&sub2; des Vergleichers 6, wodurch verhindert wird, daß der Vergleicher 10 das Ausgangssignal abgibt. Auf diese Weise wird das Voreilwinkelsignal H nicht erzeugt. In einem derartigen Fall wird das Ausgangssignal E des zweiten induktiven Signalerzeugers 3 über den Widerstand 13 und die Diode 14 abgegeben, um als das Zündsignal zu wirken, das den Mindestvoreil-Winkel α _min darstellt. Auf diese Weise wird im Bereich A (vgl. Fig. 1), in dem die Drehzahl der Brennkraftmaschine klein ist, der Mindestvoreilwinkel α _min beibehalten.
• Wenn sodann die Drehzahl der Brennkraftmaschine zunimmt und in den Bereich B kommt, liegt die Integrationsspannung V&sub1; zwischen der festen Spannung V _s und der höchsten Integrationsspannung V&sub2;, so daß, wie oben erläutert wurde, der Vergleicher 10 das Voreilwinkel-Impulsausgangssignal H abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine erzeugt. Nachdem in diesem Fall der Vergleicher 10 das Voreilwinkel-Impulsausgangssignal H abgegeben hat, wird das Ausgangssignal E des Impulsgebers 3 über den Widerstand 13 bei der Mindestvoreilwinkel-Stellung erzeugt. Ehe das Voreilwinkel-Impulsausgangssignal H des Vergleichers 10 bereits als Zündimpuls abgegeben wurde, wird aber der Ausgangsimpuls E des zweiten induktiven Signalerzeugers 3 nicht erzeugt, so daß der Ausgangsimpuls E nicht zum Zündsignal beitragen kann. Wenn sodann die Drehzahl der Brennkraftmaschine bis zu einer vorbestimmten hohen Drehzahl zunimmt, die in einem Bereich C liegt, ist die Integrationsspannung V&sub1; des zweiten Integrators 9 unter der festen Spannung V _s , und der Vergleicher 10 erzeugt das Ausgangssignal zusammen mit dem Beginn der Integration des Integrators. Die feste Spannung V _s kann vom Q-Ausgangsanschluß des RS-Flipflops 4 erhalten werden. Auf diese Weise erzeugt der Vergleicher 10 bei der Höchstvoreil-Winkelstellung den Ausgangsimpuls, der als das Zündsignal wirkt. Auch in diesem Fall wird das Ausgangssignal E des zweiten induktiven Signalerzeugers 3 vom Ausgangsanschluß 12 über den Widerstand 13 bei der Mindestvoreil-Winkelstellung ohne Beitrag zum Zündsignal abgegeben.
• Wie oben erläutert wurde, wird der Mindestvoreilwinkel α _min des Zündtaktes innerhalb des Bereiches A gehalten, wo die Maschine mit vorbestimmten niederen Drehzahlen umläuft, der Zündtakt eilt abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine im Bereich B vor, wo die Maschine mit mittleren Drehzahlen umläuft, und der Höchstvoreilwinkel α _max des Zündtaktes wird innerhalb des Bereiches C gehalten, wo die Brennkraftmaschine mit hohen Drehzahlen umläuft. Eine kritische Drehzahl der Brennkraftmaschine, bei der sich der Zündtakt vom Mindestvoreilwinkel α _min zu dem Zündtakt ändert, der der Voreilwinkel-Steuerung unterworfen ist, die von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt, tritt ein, wenn die Integrationsspannung V&sub1; des zweiten Integrators 9 mit der Höchstausgangsspannung V&sub2; des Addierers 6 zusammenfällt, und diese ist frei einstellbar, indem die Pegel dieser Spannungen geändert werden. Es ist auch möglich, die Mindest- und die Höchstvoreil-Winkelstellung durch Ändern des Winkels des zweiten induktiven Signalerzeugers 3 zu wählen. Weiterhin tritt eine kritische Drehzahl der Brennkraftmaschine, bei der sich der Zündtakt, der der Voreilwinkel-Steuerung abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine unterworfen ist, zum Höchstvoreilwinkel α _max ändert, ein, wenn die Integrationsspannung V&sub1; des zweiten Integrators 9 mit der festen Spannung V _s zusammenfällt, und diese ist durch Ändern der Pegel dieser Spannungen frei einstellbar. Da die dargestellte Schaltung der Fig. 4 gewährleistet, daß sich der Zündtakt-Voreilwinkel innerhalb des Bereiches B ändert, in dem die Brennkraftmaschine mit bestimmten Drehzahlen umläuft, jedoch beim Mindestvoreilwinkel α _min oder beim Höchstvoreilwinkel α _max gehalten wird, wenn die Brennkraftmaschine mit anderen Drehzahlen umläuft, ist es nicht erforderlich, diese Schaltung an die gesamten Drehzahlbereiche der Brennkraftmaschine mit hohen Genauigkeiten anzupassen. Dagegen muß lediglich in einem bestimmten Bereich, beim dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich B, diese Schaltung eine vorbestimmte Genauigkeit aufweisen, wodurch die Gestaltung bzw. der Aufbau dieser Schaltung erleichtert wird. Da zusätzlich dieses Ausführungsbeispiel gewährleistet, daß der Zündtakt-Voreilwinkel während der Zeitdauer oder Periode von der Erfassung der vorhergehenden Mindestvoreil-Winkelstellung bis zur Erfassung der folgenden Mindestvoreil-Winkelstellung bestimmt wird, wird keine Erfassungsverzögerung angesammelt, was zu einer hohen Genauigkeit beiträgt.
• Das RS-Flipflop 4, der erste Integrator 5, der Addierer 6 und der Vergleicher 10 sind in herkömmlicher Weise aufgebaut und werden nicht näher erläutert. Der beispielsweise in Fig. 6 dargestellte zweite Integrator 9 hat eine Strom- bzw. Spannungsquelle 15, deren Ausgang mit dem Emitter eines Transistors 17 über einen Widerstand 16 und mit der Basis des Transistors 17 über einen Widerstand 18 und eine Diode 19 verbunden ist. Die Basis des Transistors 17 empfängt das Q-Ausgangssignal Q&sub0; des RS-Flipflops 4 über einen Widerstand 20. Der Kollektor des Transistors 17 ist mit dem einen Anschluß eines Kondensators 21 verbunden, dessen anderer Anschluß geerdet ist. Der Kollektor des Transistors 17 ist weiterhin mit dem Kollektor eines Transistors 23 über einen Widerstand 22 verbunden. Die Basis des Transistors 23 empfängt das ≙-Ausgangssignal ≙&sub0; des RS-Flipflops 4 über einen Widerstand 24 und einen Kondensator 25, die einen Differenzierer bilden. Weiterhin ist ein Basiswiderstand 26 des Transistors 23 vorgesehen.
• Wenn bei dieser Schaltung das Q-Ausgangssignal des RS-Flipflops 4 den Wert Null hat, wird der Transistor 17 eingeschaltet, um den Kondensator 21 mit einem konstanten Strom aufzuladen, so daß die Spannung des Kondensators 21 mit einem festen Gradienten R&sub1; anwächst. Danach nimmt das Q-Ausgangssignal einen hohen Pegel an, um den Transistor 17 auszuschalten, und der Ladestrom durch den Kondensator 21 wird unterbrochen. Gleichzeitig wird der Transistor 23 ebenfalls ausgeschaltet, so daß sich die Ladung des Kondensators 21 nicht entlädt, und der Kondensator 21 wird auf einer festen Spannung gehalten. Wenn danach das Q-Ausgangssignal wieder auf den Wert Null abfällt und das ≙-Ausgangssignal den hohen Pegel annimmt, wird das ≙-Ausgangssignal durch den Differenzierer aus dem Widerstand 24 und dem Kondensator 25 differenziert, um in eine Spannung L&sub0; umgesetzt zu werden, die die Basis des Transistors 23 für eine kurze Zeit positiv macht. Auf diese Weise wird der Transistor 23 für die kurze Zeit eingeschaltet, und die Ladung des Kondensators 21 wird momentan entladen, wobei die Spannung am Kondensator 21 wieder den Wert Null annimmt. Wenn der positive Differenzierimpuls L&sub0; verschwindet, wird der Transistor 23 wieder ausgeschaltet, und der Kondensator 21 wird wieder mit dem konstanten Strom über den Transistor 23 aufgeladen. Dieser Betrieb wird wiederholt, um das Spannungssignal K am Kondensator 21 zu erzeugen, wie dies im Teil D der Fig. 7 dargestellt ist, d. h., wenn das Q-Ausgangssignal den Wert Null hat, wird der Kondensator 21 mit dem konstanten Strom aufgeladen, und die Ladungsspannung V&sub1; wird beibehalten, während das Q-Ausgangssignal auf einem hohen Pegel ist; wenn das Q-Ausgangssignal wieder den Wert Null annimmt, fällt die Spannung am Kondensator 21 momentan auf Null ab, damit das Laden mit dem konstanten Strom beginnen kann. Der zweite Integrator 9 ist nicht auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 6 beschränkt.
• Die Schaltung der Fig. 4 kann mit verschiedenen Zündeinrichtungen gekoppelt sein, wie z. B. einer Kondensator-Entladungs-Zündeinrichtung oder einer Transistor-Zündeinrichtung. Eine Kondensator-Entladungs-Zündeinrichtung hat die in Fig. 8 dargestellte schematische Schaltungsanordnung, die aus einer Ladespule 28, einer Gleichrichterdiode 29, einem Kondensator 30, einer mit dem Kondensator 30 verbundenen Zündspule 31 und einem mit dem Kondensator 30 verbundenen Thyristor 32 besteht. Der Steueranschluß des Thyristors 32 ist mit dem Ausgangsanschluß 12 der in Fig. 4 dargestellten Schaltung verbunden. Wenn entsprechend das Zündsignal am Steueranschluß des Thyristors 32 liegt, entlädt sich der Kondensator 30, um einen Funken an einer mit der Zündspule 31 verbundenen Zündkerze 33 hervorzurufen.
• Eine Zündeinrichtung zum Erzeugen eines Funkens nach Abschaltung einer Spannungsquelle ist in Fig. 9 gezeigt, die Transistoren 34 und 35, eine Zündspule 36 und eine Zündkerze 37 aufweist. Wenn die Basis des Transistors 34 mit dem Zündsignal vom Ausgangsanschluß 12 der Schaltung der Fig. 4 beaufschlagt ist, wird der Transistor 34 eingeschaltet, und der Transistor 35 wird ausgeschaltet. Nach dem Ausschalten des Transistors 35 wird ein Funke an der Zündkerze 37 erzeugt. Da diese Zündanordnung so aufgebaut ist, daß der Funke erzeugt wird, wenn der Transistor 35 ausgeschaltet ist, muß der Transistor 35 vorher eingeschaltet werden. Zu diesem Zweck ist ein herkömmliches Einschalt-Zeit-Steuerglied 38 vorgesehen, das den Transistor 35 eine vorbestimmte Zeit vor dem Ausschalten des Transistors 35 einschaltet.
• Der erste Integrator 5 kann in ähnlicher Weise aufgebaut sein wie der Integrator 9 und braucht insbesondere nicht den Kondensator 25 des in Fig. 6 dargestellten Integrators aufweisen.
• In der Schaltung der Fig. 4 wird das Ausgangssignal J des Addierers 6 mit dem Ausgangssignal K des zweiten Integrators 9 im Vergleicher 10 verglichen; alternativ kann der Addierer 6 weggelassen werden, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist, wobei das Ausgangssignal des ersten Integrators 5 mit dem Ausgangssignal des RS-Flipflops 4 vereinigt wird, um mit dem Ausgangssignal K des zweiten Integrators 9 verglichen zu werden.
• Die Voreilwinkel-Steuereinrichtung der Fig. 4 entspricht einer Ein-Kanal-Voreilwinkel-Steuereinrichtung mit einem Satz bestehend aus einem ersten und einem zweiten induktiven Signalerzeuger, eine Reihen-Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine hingegen erfordert zwei Kanäle, während eine V-Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine vier Kanäle benötigt.
• Im Gegensatz zu dem obigen Ausführungsbeispiel mit zwei induktiven Signalerzeugern, nämlich dem ersten und dem zweiten Signalerzeuger zum Erfassen der Höchst- und der Mindestvoreilwinkel-Stellung kann ein einziger Signalerzeuger mit einem magnetischen Geber 1 zusammenwirken, der mit einem Vorsprung versehen ist, der eine Randbreite im wesentlichen entsprechend dem Höchstvoreilwinkel aufweist, um die beiden Signale zu erhalten, d. h. die Signale D und E, die den Höchstvoreilwinkel und den Mindestvoreilwinkel darstellen. Wenn mehrere, mit dem obigen magnetischen Geber zusammenwirkende Impulsgeber und eine einzige Voreilwinkel-Steuereinrichtung im wesentlichen gleich der Voreilwinkel-Steuereinrichtung des vorhergehenden Ausführungsbeispiels vorgesehen sind, ist es möglich, das Zündsignal auf mehrere Brennkraftmaschinen-Zylinder zu verteilen. Bei der Voreilwinkel-Steuereinrichtung des Ausführungsbeispiels der Fig. 4 besteht eine derartige Verteilungsmöglichkeit nicht.
• Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Voreilwinkel-Steuereinrichtung mit Verteilungsfunktion, die z. B. bei einer Zwei-Zylinder-Zweitakt-Brennkraftmaschine anwendbar ist.
• Wie in Fig. 11 gezeigt ist, hat ein synchron mit der Drehung der Brennkraftmaschine drehbarer magnetischer Geber 40 einen Randvorsprung 42 mit einer Randbreite entsprechend dem Höchstvoreilwinkel α _max . Ein dritter induktiver Signalerzeuger 43, der für einen ersten Zylinder vorgesehen ist, erzeugt ein Spannungssignal wie dies im Teil A der Fig. 12 gezeigt ist, und ein vierter induktiver Signalerzeuger 44, der für einen zweiten Zylinder vorgesehen ist, erzeugt ein Spannungssignal, wie dies im Teil B der Fig. 12 gezeigt ist. Ein erstes RS-Flipflop 45 wird durch den dritten Signalerzeuger 43 angesteuert, um ein Signal zu erzeugen, das im Teil C der Fig. 12 gezeigt ist. Ein zweites RS-Flip-flop 46 wird durch den vierten Signalerzeuger 44 angesteuert, um ein Signal zu erzeugen, das im Teil D der Fig. 12 gezeigt ist. Dioden 47 und 48 bilden ein ODER-Glied, das ein Signal M erzeugt, das im Teil E der Fig. 12 dargestellt ist. Ein Sägezahnsignalgenerator 49, d. h. ein dritter Integrator, erzeugt ein Sägezahnsignal mit einem konstanten Gradienten, zu dem eine feste Spannung V _s addiert wird, um ein Signal J zu bilden, das im Teil F der Fig. 12 dargestellt ist. Ein Sägezahnsignalgenerator 50, d. h. ein vierter Integrator, erzeugt ein Sägezahnsignal mit einem konstanten Gradienten entsprechend einem Signal K, das im Teil F der Fig. 12 gezeigt ist. Ein Vergleicher 51 vergleicht die Ausgangsspannungen der beiden Sägezahnsignalgeneratoren 49 und 50 und erzeugt ein Ausgangssignal H, das im Teil G der Fig. 12 dargestellt ist. Ein erstes UND-Glied 52 (für den ersten Zylinder) erzeugt ein UND-verknüpftes Ausgangssignal X aus den Ausgangssignalen des ersten RS-Flipflops 45 und des Vergleichers 51, wobei das im Teil H der Fig. 12 dargestellte UND-verknüpfte Ausgangssignal X (zur Zündung des ersten Zylinders) an einen Ausgangsanschluß 54 abgegeben wird. Auf ähnliche Weise erzeugt ein zweites UND-Glied 53 ein UND-verknüpftes Ausgangssignal Y (zum Zünden des zweiten Zylinders) aus den Ausgangssignalen des zweiten RS-Flipflops 46 und des Vergleichers 51, wobei das UND-verknüpfte Ausgangssignal Y an einen Ausgangsanschluß 55 abgegeben wird.
• Anhand der Fig. 11 und 12 wird der Betrieb der obigen Schaltung näher erläutert. Der dritte induktive Signalerzeuger 43 liefert für den ersten Zylinder eine Spannung (z. B. eine positive Impulsspannung), die den Höchstvoreilwinkel α _max bestimmt, und eine Spannung (z. B. eine negative Impulsspannung), die den Mindestvoreilwinkel α _min bestimmt, d. h. zum Bestimmen des Mindestvoreilwinkels α _min des Zündtaktes während des Brennkraftmaschinen-Leerlaufes, wie dies im Teil A der Fig. 12 gezeigt ist. Auf ähnliche Weise liefert der vierte Signalerzeuger 44 für den zweiten Zylinder positive und negative Impulsspannungen, wie dies im Teil B der Fig. 12 gezeigt ist. Auf diese Weise wird ein Bezugssignal aus Impulsen, die durch ein Intervall entsprechend der Breite des Voreilwinkels beabstandet sind, für jeden Zylinder erzeugt. Das Ausgangssignal des RS-Flipflops 45 ist ein durch den dritten Signalerzeuger 43 angesteuertes Flipflop-Signal, und das Ausgangssignal des RS-Flipflops 46 ist ein durch den vierten Signalerzeuger 44 angesteuertes Flipflop-Signal. Ein im Teil E der Fig. 12 gezeigtes Signal M entspricht dem Ausgangssignal des ODER-Gliedes, wenn die Dioden 47 und 48 die Ausgangssignale der RS-Flipflops 45 und 46 empfangen. Wie oben erläutert wurde, erzeugt die Schaltung zum elektronischen Einstellen des Voreilwinkels Signale mit dem im Teil F der Fig. 12 dargestellten Verlauf, von denen das Sägezahnsignal K mit einem konstanten Gradienten abgegeben wird, während die Ausgangssignale des ODER-Gliedes aus den Dioden 47 und 48 den Wert Null haben oder verschwinden, wobei jedoch das Sägezahnsignal K bei der Spannung V&sub1; gesperrt ist, und die Drehzahl der Brennkraftmaschine wird bestimmt, während die Ausgangssignale der Dioden 47 und 48 gültig sind. Wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigt, nimmt das Intervall, während dem die Ausgangsspannungen M des ODER-Gliedes aus den Dioden 47 und 48 verschwinden, ab, so daß die gesperrte Spannung V&sub1; umgekehrt proportional zur Drehzahl N der Brennkraftmaschine verringert wird. Eine derartige Voreilwinkel-Steuerung wurde bereits oben näher erläutert.
• Gleichzeitig mit dem Vorliegen der Ausgangssignale der Dioden 47 und 48 wird das Sägezahnsignal J mit einem zweiten konstanten Gradienten, der dem Sägezahnsignal G der Fig. 2 entspricht, erzeugt, und die Sägezahnsignale K und J werden verglichen, um das Zündsignal H zu erzeugen, wenn die Pegel der beiden Sägezahnsignale miteinander übereinstimmen. Das Zündsignal H hat eine Zeitdauer oder Periode (z. B. 180°C), wie dies im Teil G der Fig. 12 dargestellt ist.
• Das Zündsignal H und das Ausgangssignal des RS-Flipflops 45 werden UND-verknüpft, um das Zündsignal X für den ersten Zylinder zu erzeugen, und auf ähnliche Weise werden das Ausgangssignal des RS-Flipflops 46 und das Zündsignal H UND-verknüpft, um das Zündsignal Y für den zweiten Zylinder zu erzeugen. Diese Zündsignale X und Y eilen um α bezüglich der zugeordneten Mindestvoreil-Winkelstellungen vor. An den Ausgangsanschlüssen 54 und 55auftretende Zündsignale werden in eine derartige Zündeinrichtung eingespeist, wie diese in den Fig. 8 oder 9 gezeigt ist.
• Damit genügt für das anhand der Fig. 11 und 12 beschriebene Ausführungsbeispiel die einzige Voreilwinkel-Steuereinrichtung 56 aus dem dritten und vierten Integrator 49 bzw. 50 und dem Vergleicher 51, um eine auf mehrere Maschinenzylinder anwendbare Voreilwinkel-Steuerung zu erhalten, so daß für einzelne Brennkraftmaschinen eine einheitliche Voreilwinkel-Kennlinie entsteht. Die einzige Einrichtung 56 ist wenig aufwendig und in ihrer Einstellung einfach. Aus diesen Gründen kann eine stabile Voreilwinkel-Kennlinie gewährleistet werden.
• Das in Fig. 11 dargestellte Ausführungsbeispiel ist auf Zwei-Zylinder-Zweitakt-Brennkraftmaschinen sowie auf Zwei-Zylinder-Viertakt-Brennkraftmaschinen und Reihen-Vier-Zylinder-Viertakt-Brennkraftmaschinen -anwendbar.
• Bei der Anordnung der Fig. 11 hat das Zündsignal H eine feste Periode oder Zeitdauer. Jedoch sind abhängig von der Art der Brennkraftmaschine die Zündintervalle des ersten und des zweiten Zylinders verschieden ausgelegt, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist. In einem derartigen Fall ist es unmöglich, die Drehzahl der Brennkraftmaschine mittels des Sägezahnsignales mit konstantem Gradienten zu erfassen. Um dieses Problem zu lösen, ist es vorteilhaft, einen magnetischen Geber 63 mit zwei entgegengesetzten Vorsprüngen 64 vorzusehen (vgl. Fig. 14), die mit zwei induktiven Signalerzeugern 61 und 62 zusammenwirken, die um die Welle des Gebers 63 vorgesehen und wechselseitig um 90° beabstandet sind, um Zündstellungs-Bezugssignale zu erzeugen, wie dies durch Strichlinien in Fig. 13 angedeutet ist. Das Bezugssignal wird am unteren Totpunkt bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen und am Ende des Abgastaktes bei Viertakt-Brennkraftmaschinen erzeugt, ohne nachteilhaft die normale Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine zu beeinflussen.

Claims (4)

1. Steuereinrichtung zum Einstellen des Voreilwinkels für die Zündung bei Brennkraftmaschinen unter Einhaltung vorbestimmter Festwerte für den Zündwinkel im oberen und im unteren Drehzahlbereich und drehzahlabhängiger Steuerung des Zündwinkels im mittleren Drehzahlbereich mit einem synchron zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine umlaufenden magnetischen Geber, dem induktive Signalerzeuger gegenüberstehen, deren Signale elektronische Schaltelemente für die drehzahlabhängige Zündwinkelsteuerung beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet,
daß dem magnetischen Geber (1) zwei induktive Signalerzeuger (Fühler 2 und 3) zugeordnet sind, deren Lage einem vorbestimmten Maximalwert bzw. einem vorbestimmten Minimalwert für den Voreilwinkel entspricht und die durch ihre Ausgangssignale (D bzw. E) über einen Flipflop (4) zwei Integratoren (5 und 9) ein- und ausschalten, die ihrerseits in dem Intervall zwischen dem Auftreten des Ausgangssignals (D) des ersten Signalerzeugers (Fühler 2) und dem Auftreten des Ausgangssignals (E) des zweiten Signalerzeugers (Fühler 3) ein erstes Sägezahnsignal (G) und in dem Intervall zwischen dem Auftreten des Ausgangssignals (E) des zweiten Signalerzeugers (Fühler 3) und dem Auftreten des Ausgangssignals (D) des ersten Signalerzeugers (Fühler 2) ein zweites Sägezahnsignal (K) abgeben und von denen der erste Integrator (5) eine größere Integrationskonstante aufweist als der zweite Integrator (9),
daß dem ersten Integrator (5) ein Addierer (6) nachgeschaltet ist, der zu der ersten Sägezahnspannung (G) eine konstante Spannung (Vs) hinzuaddiert und
daß das so erhaltene Summensignal an einem ersten Eingang eines Vergleichers (10, 51) anliegt, der an einem zweiten Eingang das zweite Sägezahnsignal (K) aus dem zweiten Integrator (9) führt und an seinem Ausgang ein Signal (H) für die Auslösung der Zündsignale für die Brennkraftmaschine abgibt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der magnetische Geber (1, 40) mit einem Vorsprung (42) versehen ist, dessen Randbreite dem Bereich zwischen dem maximalen und minimalen Wert des Voreilwinkels entspricht, und
daß dem magnetischen Geber (1, 40) wenigstens ein induktiver Signalerzeuger (43, 44) zugeordnet ist, der durch seine Ausgangssignale (A bzw. B in Fig. 12) über einen, ihm zugeordneten Flipflop (45, 46) eine aus zwei Sägezahngeneratoren (49, 50) und einem Vergleicher (51) bestehende Voreilwinkel-Steuereinrichtung (56) ansteuert.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei induktive Signalerzeuger (43, 44) um 180° gegeneinander versetzt angeordnet sind, und
daß deren Ausgangssignale über jeweils einen ihnen zugeordneten Flipflop (45, 46) über eine ODER-Schaltung (47, 48) eine gemeinsame Voreilwinkel-Steuereinrichtung (56) ansteuern.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der magnetische Geber (1, 63) mit zwei zueinander entgegengesetzt angeordneten Vorsprüngen (64) versehen ist, und
daß dem magnetischen Geber (63) zwei induktive Signalerzeuger (61, 62) zugeordnet sind, die gegeneinander um 90° versetzt angeordnet sind.