DE2925770A1

DE2925770A1 - Steuervorrichtung fuer den zuendzeitpunkt einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2925770A1
Application number: DE19792925770
Authority: DE
Inventors: Masaaki Katsumata; Michio Onoda; Yasuo Takagi; Kenji Yoneda
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-06-27
Filing date: 1979-06-26
Publication date: 1980-01-03
Also published as: GB2024317A; FR2429904A1; FR2429904B1; US4282841A; GB2024317B

Description

■ER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER Nissan

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für den Zündzeitpunkt einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Im einzelnen befaßt sich die Erfindung mit einer Steuervorrichtung dieser Art für Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern, welche Steuervorrichtung den Zündzeitpunkt entsprechend der Intensität der Verbrennungsexplosion einstellt.

Bei einigen herkömmlichen Zündzeitpunkts-Einstellsystemen für Brennkraftmaschinen wird der Zündzeitpunkt derart gesteuert, daß eine schwache Verbrennungsexplosion in den Brennkammern eintritt. Es ist bekannt, daß ein fortgesetzter Maschinenbetrieb bei sehr intensiven Verbrennungsexplosionen nicht wünschenswert ist, da er zur Beschädigung der Maschine und zu .Leistungsverlusten führt. Es ist jedoch insbesondere im Bereich niedriger Drehzahlen vorteilhaft, daß zumindest eine geringe Explosion erfolgt, da auf diese Weise die Leistung verbessert und der Brennstoffverbrauch verringert wird. Da der Zündzeitpunkt die Tendenz zur Bildung einer Verbrennungsexplosion verbessert, wird der Zündzeitpunkt derart gesteuert, d.h. vorverstellt oder zurückgenommen, daß eine derartige Mindestexplosion in der Brennkraftmaschine erhalten bleibt. Bei dem herkömmlichen Steuersystem wird der Zündzeitpunkt gleichermaßen für alle Zylinder der Brennkraftmaschine festgelegt, ohne daß unterschiedlich intensive Explosionen in den einzelnen Zylindern erfaßt werden. Der optimale Zündzeitpunkt für jeden Zylinder unterscheidet sich jedoch im allgemeinen von demjenigen anderen Zylinder, da die Entstehung der Verbrennungsexplosion in jedem Zylinder aus vielen Gründen unterschiedlich ist, zu dem etwa eine ungleichmäßige Verteilung des Luft-Brennstoff-Gemisches zählt. Wenn daher der Zündzeitpunkt aller Zylinder in

,909881/0881

TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER

gleicher Weise festgelegt wird, treten entweder nur in einigen Zylindern Verbrennungsexplosionen auf, sofern der Zündzeitpunkt übermäßig vorgerückt ist, oder es erfolgt keine Explosion in einigen anderen Zylindern, da der Zündwinkel zu weit zurückgenommen ist. Dies bedeutet, daß ein optimaler Zündtakt für die einzelnen Zylinder nicht erreicht wird, so daß die Leistung der Maschine gering und der Brennstoffverbrauch hoch ist, wenn das erwähnte herkömmliche System verwendet wird, 10

Die Erfindung ist auf die Überwindung dieses Nachteils gerichtet.

Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, eine Steuervorrichtung für den Zündzeitpunkt einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der der Zündzeitpunkt jedes einzelnen Zylinders entsprechend der abgetasteten Intensität der Verbrennungsexplosion in jedem einzelnen Zylinder eingestellt wird.
20

Auf diese Weise soll ein optimaler Zündzeitpunkt für jeden einzelnen Zylinder erreicht werden. Dadurch erhöht sich die Maschinenleistung, und zugleich wird der Brennstoffverbrauch verringert.
25

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematisehes Blockdiagramm zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

909881/0881

TER MEER . MÜLLER ■ STEINMEISTER Nissan

Fig. 2 zeigt ein Zeitdiagramm zur Veran-

schaulichung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 zeigt den mechanischen Verstellmechanismus des Zündverteilers;

Fig. 4A,4B und bilden ein Zeitdiagramm zur Veran-4C schaulichung verschiedener Wellenformen der Signale, die durch die

Vorrichtung gemäß Fig. 1 gebildet werden;

Fig. 5 zeigt ein genaueres Schaltdiagramm des Höhendetektors gemäß Fig. 1;

Fig. 6 ist eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl und der Spannung der Vergleichssignale gemäß Fig. 5;

Fig. 7 ist ein genaueres Schaltdiagramm

des Höhendetektors gemäß einer dritten Ausführungsform. 25

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine erste Schaltung zur Bildung einer Funktion der Intensität einer Verbrennungs-Explosion in jedem einzelnen Zylinder nacheinander, eine zweite Schaltung zur Speicherung der Funktion jedes Zylinders in einem gesonderten Speicher für jeden Zylinder und eine dritte Schaltung zur Bestimmung des Zünd-Zeitpunkts jedes Zylinders durch Modifizierung der Zündzeitpunkts-Grundeinstellung, die durch einen Verstellmechanismus vorgenommen wird, entsprechend den gespeicherten Funktionen.

909881/0881

TER MEER . MÜLLER · STEINMEISTER Nj SKar»

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäSen Zündzeitpunkts-Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung umfaßt einen Verteiler 32, der teilweise in Fig. 3 gezeigt ist. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, umfaßt der Zündverteiler 32 eine mechanische Verstelleinrichtung. Mit einer herkömmlichen, nicht gezeigten Zentrifugal-Verstelleinrichtung und einer ebenfalls herkömmlichen, unterdruckgesteuerten Verstelleinrichtung. Die Verstelleinrichtung 24 umfaßt eine drehbare Welle 30, die eine Verlängerung der Welle des Zündverteilers 32 darstellt und sich synchron mit der nicht gezeigten Kurbelwelle der Maschine dreht. Ein Rotor 31 ist fest mit der Welle 30 verbunden und dreht sich mit dieser. Der Rotor 31 weist vier Nocken 31a auf dem Umfang auf, die in gleichem Winkelabstand, beispielsweise unter 90° verteilt sind. Zwei elektromagnetische Aufnahmeköpfe 25A und 25B befinden sich auf einer Scheibe 33, die sich unabhängig von der Welle 30 und dem Rotor 31 dreht. Eine Stange 35r ist an einem Ende schwenkbar mit der Scheibe 33 verbunden und steht am anderen Ende fest mit einer Membran-Einrichtung 35 in Verbindung. Die Membran-Einrichtung 35 umfaßt eine erste Kammer 35-1 in Verbindung mit der Atmosphäre und eine zweite Kammer 35-2 in Verbindung mit dem nicht gezeigten Ansaugkrümmer der Maschine, so daß ein Unterdruck an die zweite Kammer gelangt. Wenn der Unterdruck zunimmt, wird die Membran 35d in dem dargestellten Beispiel entgegen der Kraft einer Feder 35s nach rechts verschoben. Folglich wird die Scheibe 33 geringfügig mit Hilfe der Stange 35r im Uhrzeigersinn gedreht, so daß die relative Position der Aufnahmeköpfe 25A und 25B in Bezug auf den Rotor 33 verändert wird. Mit dieser Anordnung wird das Phasenverhältnis zwischen den Aufnahmeköpfen 25A und 25B und dem Rotor 31 entsprechend dem in dem Ansaugkrümmer herrschenden Unterdruck verändert.

Wenn sich die Kurbelwelle der Maschine dreht, dreht sich

909881/0881

TER MEER - MÖLLER ■ STEINMEISTER Nissan

der Rotor 31 ebenfalls, so daß Impuls-Signale in den Auf nahmeköpfen 25A und 25B jedesmal dann induziert werden, wenn die Nocken 31a die Äufnahmeköpfe 25A und 25B passieren. Wenn ein bestimmter Nocken 31a, der einem bestimmten Zylinder der Brennkraftmaschine passiert, den ersten Aufnahmekopf 25A passiert, wird ein Signal, das als Leitsignal 25a bezeichnet v/erden kann, in der Wicklung des ersten Äufnahmeköpfes 25A induziert. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, v/ird das Leitsignal 25a mit einem Intervall <* - entsprechend einem Rotationswinkel der Kurbelwelle von einem Punkt im oberen Totpunkt des Kolbens jedes Zylinders Übertragen. Dieser vorgegebene Winkel ist veränderlich entsprechend der Maschinendrehzahl und der Größe des Unterdruckes, da die Aufnahmeköpfe 25A und 25B ihre relative Position in der beschriebenen Weise ändern» Mit einer vorgegebenen Zeitverzögerung Ο{~, die sich aus der Maschinendrehzahl ergibt, passiert derselbe Vorsprung 31a den zweiten Aufnahmekopf 25B, und es wird ein Signal in der Wicklung des zweiten Aufnahmekopfes 25B induziert, das als Folgesignal 25b bezeichnet werden soll. Es sind vier Nocken 31 vorgesehen, da sich die dargestellte Ausführungsform auf eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine beziehen soll, so daß der erste und der zweite Aufnahmekopf 25A,25B jeweils vier Impulse pro Umdrehung des Rotors 31 erzeugen.

Vor einer genaueren Erläuterung des Aufbaues und der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gemäß Fig. 1 soll die Funktion des Systems zum besseren Verständnis des Grundgedankens der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 2, die ein Zeitdiagramm der wesentlichen Signale zeigt, dargestellt werden.

Wie bereits erwähnt wurde, weist die Maschine vier Zylin der C1,C2,C3 und C4 auf, und es soll davon ausgegangen werden, daß die Zündfolge auf C1,C3,C4,C2 festgelegt ist. Die Zündzeitpunkts-Steuerung der Zündimpulse, die

909881/0861 -

TER MEER . MÖLLER · STEINMEISTER Nissan

an eine Reihe von Zündkerzen 26 gelangen, wird im we«- sentlichen durch die mechanische Verstelleinrichtung 24 gemäß Fig. 3 bestimmt, die sich im Gehäuse des Zündverteilers 32 befindet. Wie bereits angegeben wurde, umfaßt die Zeitsteuerung, die im wesentlichen durch die Verstelleinrichtung 24 bestimmt wird, die Unterdruck-Vorverstellung und die Fliehkraft-Vorverstellung. Diese Zeitsteuerung soll im Folgenden als Grundsteuerung bezeichnet werden. Das Leitsignal 25a, das durch den ersten Aufnahmekopf 25A erzeugt wird, gelangt an eine Einstellklemme einer ersten Flip-Flop-Schaltung 19, so daß diese Flip-Flop-Schaltung ein Signal auf hohem Niveau erzeugt, das einen Integrator 17 in Gang setzt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Ausgangssignal einer zweiten Flip-Flop-Schaltung 20 auf niedrigem Niveau, so daß ein vorgegebenes Spannungssignal 16b über einen Schalter 16 an den Eingang des Integrators 17 gelangt. Folglich integriert der Integrator 17 die vorgegebene Spannung, die eine positive Polarität aufweist, von der Zeit T₂, die durch das obengenannte Intervall £*.., ausgehend vom Punkt T.., bestimmt wird, der dem oberen Totpunkt des jeweiligen Zylinders entspricht. Zum Zeitpunkt T₃ wird ein Folgesignal 25b durch den zweiten Aufnahmekopf 25B erzeugt, durch den die zweite Flip-Flop-Schaltung 20 getriggert wird. Es wird ein Signal mit hohem Wert am Ausgang Q der zweiten Fllp-Flop-Schaltung 20 gebildet, das den Schalter 16 steuert. Bei Anwesenheit dieses hohen Signals der Flip-Flop-Schaltung 20 überträgt der Schalter 16 ein negatives Spannungssignal 15a, das durch einen Verstärker 15 erzeugt wird, an den Eingang des Integrators 17. Der Integrator 17 beginnt mit dem Integrieren der negativen Spannung 15a vom Zeitpunkt T^ an. Die Ausgangsspannung des Integrators 17 nimmt somit ab und näher sich dem Wert Null. Der Ausgang des Integrators 17 ist mit einem Eingang eines Komparators 18 verbunden, der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Spannung des Eingangssignals gleich Null ist. Der Komparator 18 liefert ein

809881/0881

TER MEER · MÜLLER · STEINMEiSTER Nissan

-3' Λ. ti j I Uf

Ausgangssignal zu einem Zeitpunkt T^ _? durch das ein monostabiler Multivibrator 21 getriggert wird» Der mono= stabile Multivibrator 21 erzeugt ein Impulssignal zum Zeitpunkt T», das an eine Zündschaltung 22 gelangt» Bei Aufnahme des Impulssignals des monostabilen Multivibrators 21 überträgt die Zündschaltung 22 elektrischen Strom von einer Stromquelle, wie etwa einer Batterie, an die Primärwicklung der Zündspule,, so daß eine hohe Spannung an der Sekundärwicklung der Zündspule erzeugt wird. Die hohe Spannung gelangt über den Zündverteiler 32 an eine bestimmte Zündkerze 26. Ein herkömmlicher Unterbrecher ist nicht erforderlich,, da die Primärwicklung der Zündspule über die obige Zündschaltung 22 erregt wird=

Aus dem Zeitdiagramm der Fig. 2 geht hervor, daß die Steuerung des Zündzeitpunkts bestimmt wird durch die Steigung ß des integrierten Signals der negativen Spannung 15a. Obgleich die positive Spannung 15b konstant ist und daher die Steigung (B der Integration zwischen dem Zeitpunkt T„ und dem Zeitpunkt T., stets konstant ist, ist die negative Spannung 15a veränderlich„ so daß die Steigung ß des integrierten Signals, etwa zwischen dem Zeitpunkt T₃ und dem Zeitpunkt T₄„ veränderlich ist, wie es etwa die Werte ß' und ß" angeben. Mit anderen Pforten, wenn die Maschine mit vorgegebener Drehzahl läuft, ist die Dauer o( zwischen dem Zeitpunkt T„ und dem Zeitpunkt T, konstant, wenn man die Dauer t. zwischen dem Zeitpunkt T₃ und T₄ für jeden Zündimpuls veränderlich ist entsprechend der Steigung ß des integrierten Signals der negativen Spannung 15a, wie aus den Werten t_ und t, in Fig„ 2 hervorgeht. Da der Zündfunke auftritt, wenn die integrierte Spannung dem Viert Null gleicht, ändert sich der Zündzeitpunkt, ausgedrückt als Winkel © in Bezug auf den oberen Totpunkt, im dargestellten Beispiel etwa von 45° bis - 10°.

Es ist erkennbar, daß bei Änderung des Sündzeitpunkts

9 0 S 8 8 1

TER MEER ■ MÜLLER ■ STEINMEISTER

der Wert der negativen Spannung 15a gesteuert werden muß, damit sich eine optimale Steuerung ergibt, Anschließend soll beschrieben werden, wie die negative Spannung 15a erzeugt und gesteuert wird. In diesem Zusammenhang wird auf den Rest der Fig. 1 und ein genaues Zeitdiagramm gemäß Fig. 4A, 4B und 4C Bezug genommen.

Ein Sensor 1 tastet die Verbrennungsexplosion oder den Verbrennungsknall ab. Dieser Sensor ermittelt die Größe oder Intensität der Verbrennungsexplosion im Zylinder einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine, Der Sensor 1 kann ein Schwingungssensor oder ein akustischer Sensor sein und ist derart ausgelegt/ daß er ein Ausgangssignal erzeugt, das für die Intensität der Verbrennungsexplosion repräsentativ ist. Das Ausgangssignal dieses Sensors 1 gelangt an einen Eingang eines Verstärkers 2 und wird in gewünschtem Maße verstärkt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 2 steht mit einem Eingang eines Bandfilters (BPF) 3 in Verbindung, so daß Frequenzen außerhalb des Verbrennungsknalls eleminiert werden. Mit anderen Worten, es werden Komponenten übertragen, deren Frequenz der Frequenz des Verbrennungsknalls entsprechen, Der Ausgang des Bandfilters 3 ist mit einem Eingang eines Spitzenwertdetektors 4 verbunden, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang eines Höhendetektors 7 in Verbindung steht. Der Spitzenwertdetektor 4 weist eine Steuerklemrae 4c auf, an die ein Gattersignal 29a gelangt. Das Gattersignal 29a wird durch eine Zeittaktschaltung 29 synchron mit dem Zündtakt erzeugt, wie im weiteren Verlauf erläutert werden soll. Das Gattersignal 29a nimmt einen hohen Wert für einen vorgegebenen Zeitraum nach Anwesenheit eines Impulssignals 21a des momostabilen Multivibrators 21 an. Der Spitzenwertdetektor 4 ist so ausgebildet, daß das Eingangssignal des Bandfilters 3 nur dann abgetastet wird, wenn das Gattersignal 29a einen niedrigen Wert annimmt, während der Bezugspunkt des Spicz-snv/ertdetektors auf Null zurückgestellt wird, wenn ein Gattersignal mit hohem Wart

909881/0831

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Nissan

aufgenommen wird. Ein Drehzahlmesser 5 zur Abtastung der Drehzahl der Kurbelwelle der Maschine kann ein herkömmlicher Tachogenerator sein und erzeugt ein Ausgangssignal entsprechend der Drehzahl der Kurbelwelle der Maschlne. Das Ausgangssignal des Drehzahlmessers 5 ist mit einem Eingang eines Funktionsgenerators 6 verbunden, der ein Ausgangssignal 6a entsprechend der Maschinendrehzahl erzeugt.

Fig. 5 zeigt ein genaues Schaltdiagramm des Höhendetektors 7 gemäß Fig. 1. Der Höhendetektor 7 weist erste und zweite Eingangsklemmen 7-1 und 7-2 auf, die mit den Ausgängen des Spltzenwertdetektors 4 und des Funktionsgenerators 6 verbunden sind, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Der erste Eingang 7-1 ist mit nicht-invertierenden Eingängen (+) von drei Komparatoren 48,50,52 verbunden, während der zweite Eingang 7-2 mit einem invertierenden Eingang (-) des ersten Komparators 48 in Verbindung steht. Ein Spannungsteiler 40 mit drei Widerständen 42,44 und 46 liegt zwischen dem zweiten Eingang 7-2 und Masse, Ein erster Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand 42 und 44 ist verbunden mit einem invertierenden Eingang (-) des zweiten Komparators 44, während ein zweiter Verbindungspunkt zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand 44,46 mit einem invertierenden Eingang (-) des dritten Komparators 52 in Verbindung steht. Die Ausgänge der drei Komparatoren 42,44 und 46 sind jeweils mit Eingängen einer Addierschaltung 54 verbunden, deren Ausgangsklemme mit einer Ausgangsklemme 7-3 des Höhendetektors 7 in Verbindung steht.

Bei dieser Ausführungsform gelangt die Spannung des Signals 6a des Funktionsgenerators 6 direkt an den ersten Komparator als erste Vergleichsspannung A, und andere Vergleichsspannungen B und C für den zweiten und dritten Komparator 44 und 46 werden erzeugt durch Teilung der ersten Vergleichsspannung A, Es liegt auf der Hand, daß

909881/0861

TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER

die erste Vergleichsspannung A größer als die zweite Vergleichsspannung B und diese größer als die dritte Vergleichsspannung C ist. Die Vergleichsspannungen A,B und C ändern sich jedoch als Funktion der Maschinendrehzahl, wie aus Fig, 6 hervorgeht. Dies beruht darauf, daß die Spannung des Signals 6a, das durch den Funktionsgenerator 6 erzeugt wird, als Funktion der Maschinendrehzahl veränderlich ist, wie bereits erläutert wurde. Die ersten beiden Komparatoren 48 und 50 erzeugen Ausgangssignale eines bestimmten Spannungswertes, wie etwa 2 Volt, wenn die Spannung des Signals 4a des Spitzenwertdetektors 4 die jeweiligen Vergleichsspannungen A und B überschreitet, während diese ersten und zweiten Komparatoren 48,50 Ausgangssignale eines niedrigen Wertes, wie etwa Null Volt erzeugen, wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist. In gleicher Weise erzeugt der.dritte Komparator 52 ein Ausgangssignal eines vorgegebenen Wertes, wie etwa Null Volt, wenn die Spannung des Signals 4a die Vergleichsspannung C überschreitet, während der dritte Komparator 52 ein Ausgangssignal eines niedrigen Wertes, wie etwa -2 Volt liefert, wenn die Spannung des Signals 4a unter derjenigen des Signals 6a liegt. Es ist erkennbar, daß dann, wenn die Spannung des Signals 4a über der ersten Vergleichsspannung A liegt, die Addierschaltung 54 ein Ausgangssignal von 4 Volt erzeugt. Wenn die Spannung des Signals 4a über der zweiten Vergleichsspannung B, jedoch unter der ersten Vergleichsspannung A liegt, erzeugt die Addierschaltung 54 ein Ausgangssignal von 2 Volt, Wenn die Spannung des Signals 4a über der dritten Vergleichsspannung C, jedoch untex" der zweiten Vergleichs spannung B liegt, erzeugt die Addierschaltung 54 ein Ausgangssignal von Null Volt, Wenn schließlich die Spannung des Signals 4a unter dem dritten Vergleichssignal C liegt, erzeugt die Addierschaltung 54 ein Ausgangssignal von -2 Volt, Auf diese Weise wird der Wert des Signals 4a, das von dem Spitzenwertdetektor 4 geliefert wird, in vier Bereiche unterteilt, die durch drei Vergleichsspan-

909381/0831

TER MEER · MÜLLER - STEINMEISTER Nissan

- 17 - 292577Q

nungen A,B und C begrenzt werden. Da diese unterteilten Bereiche jeweils der Intensität oder Stärke des Verbrennungsknalls entsprechen, können sie als Bereiche starken, mittleren, geringen und fehlenden Verbrennungsknalls bezeichnet werden, wie aus Fig. 6 hervorgeht»

Der Zweck der Änderung der Spannung der Vergleichsspannungen A,B und C entsprechend der Maschinendrehzahl liegt darin, den Einfluß von Hintergrundgeräuschen auszuschliessen. Wenn die Maschine mit hoher Drehzahl läuft, steigen die Hintergrundgeräusche in Bezug auf Ton und/oder Schwingungen an, obwohl die Intensität der Verbrennungsexplosion als solche nicht zunimmt. Die Intensität der Verbrennungsexplosion, die als Funktion des Tones oder der Schwingungen abgetastet wird, scheint zuzunehmen, wenn die Hintergrundgeräusche zunehmen, da es zu Überlagerungen kommt. Daher werden die Werte der Vergleichsspannungen abgetastet, bei denen die Stärke der Verbrennungsexplosion ermittelt wird, und sie ändern sich als Funk- tion der Maschinendrehzahl, damit die Intensität jeder Verbrennungsexplosion korrekt und genau abgetastet werden kann,

Der Ausgang des Höhendetektors I₁ d.h. der Ausgang der Addierschaltung 54, ist mit einem ersten Eingang 8-1 einer Subtraktionsschaltung 8 gemäß Fig, 1 verbunden. Die Subtraktionsschaltuhg 8 weist einen zweiten Eingang 8-2 auf, der ein Signal aufnimmt, das repräsentativ für die Intensität des Verbrennungsknalls des vorangegangen nen Zyklus ist, und zwar des Verbrennungsknalls, der einen Zyklus zuvor stattgefunden hat. Die Signale werden von den Schaltern 13-C1 bis 13-C4 geliefert. Die Arbeitsweise der Schalter 13-C1 bis 13-C4 soll später erläutert werden, jedoch ist hier anzumerken, daß ein Signal, das die Intensität des vorangegangenen Verbrennungsknalls eines bestimmten Zylinders wiedergibt, von einem der Schalter 13-C1 bis 13-C4 an den zweiten Eingang 8-2

903881/0881

TER MEER . MÜLLER ■ STEINMEISTER Nissan

- is - 2325770

der Subtraktionsschaltung 8 ,gelangt, wenn der erste Eingang 8-1 der Subtraktionsschaltung 8 das Signal 7a aufnimmt, das die Intensität des gegenwärtigen Verbrennungsknalls des jeweiligen Zylinders wiedergibt. Wenn der Sensor 1 die Verbrennungsexplosion des ersten Zylinders C1, etwa bei einer Vierzylinder-Maschine abtastet, und ein Signal 7a entsprechend der Intensität der Verbrennangsexplosion an die Subtraktionsschaltung 8 geliefert worden ist, wird lediglich der Schalter 13-C1 geschlossen und überträgt ein Signal 12-C1a von der Halteschaltung 12-C1 an die Subtraktionsschaltung. Die Schalter 13-C1 bis 13-C4 sowie weitere Schaltungen 14-C1 bis 14-C4, deren Funktion später erläutert werden soll, werden derart gesteuert, daß sie geschlossen werden durch die Zeitgattersignale 28-a bis 28-d, die in einer Zylinderabtastschaltung 28 erzeugt werden, deren Aufbau und Arbeitsweise später erläutert werden soll.

Bei Aufnahme von zwei Signalen 7a und 12-C1a an den Eingangen erzeugt die Subtraktionsschaltung 8 ein Ausgangssignal 8a, dessen Größe die Differenz zwischen den Spannungen der Eingangssignale 7a und 12-C1a wiedergibt. Der Ausgang der Subtraktionsschaltung 8 ist mit einem Eingang einer Halteschaltung 9 verbunden, die eine Steuerklemme 9c aufweist, die mit einem zweiten Ausgang der Zeittaktschaltung 29 in Verbindung steht und ein Zeitsignal 29b aufnimmt. Das Zeitsignal 29b weist eine Impulskette auf, deren Impulsdauer als Funktion der Maschinendrehzahl veränderlich ist. Wie in Fig. 4A gezeigt ist, gelangt ein einzelner Impuls an die Steuerklemme 9c der Halteschaltung 9 pro Dauer zwischen den einzelnen Zündimpulsen» Die Zeib des Auftretens der einzelnen Impulse des Zeitsignals 29b ist so gewählt, daß sie der Dauer entspricht, während der der !Ionendetektor 7 ein Ausgangssignal abgibt, das eine Funktion für Intensität jedes einzelnen Verbrennungsknalls darstellt. Bei Anwesenheit eines Signalsimpulses des Zeitsignals 29b nimmt die Halteschaltung

909881/0881

TER MEER . MÜLLER · STEINMEISTER m..

- 19 - . 2325770

9 den Wert des Ausgangssignals 8a der Subtractionsschaltung 8 auf und speichert dieses Signal, bis ein folgender Impuls an die Halteschaltung gelangt,, die mit einem ersten Eingang eines Schalters 10 und einem ersten Eingang eines !Comparators 11 verbunden ist. Der Schalter

10 und der Komparator 11 weisen zweite Eingänge auf, durch die ein Vergleichssignal 10a aufgenommen wird. Der Ausgang des Komparators 11 ist mit einer Steuerklemme 10c
des Schalters 10 verbunden und liefert ein Steuer- oder Gattersignal 11a an den Schalter 10, während der Ausgang des Schalters 10 mit den Eingängen einer Reihe von Halteschaltungen 12-C1 bis 12-C4 in Verbindung steht. Die
Kombination aus Schalter 10 und Komparator 11 dient als Begrenzungsschaltung, wie später erläutert werden soll,

15

Das Vergleichssignal 10a wird erzeugt durch einen nicht gezeigten, geeigneten Spannungsteiler,, so daß eine vorgegebene Spannung an den Schalter 10 und den Komparator

11 gelangt. Der Komparator 11 erzeugt ein hohes Ausgangs» signal 11a nur dann, wenn die Spannung des Signals 9a

größer als diejenige des Signals 10a, d.h. des Vergleichssignals ist. Der Schalter 10 gestattet die übertragung
des ersten Eingangssignals 9a, wenn ein Steuersignal nie™ drigen Wertes an die Steuerklemme 10c des Schalters gelangt, während das zweite Eingangssignal 10a übertragen wird, wenn ein Signal hohen Wertes an den Steuereingang abgegeben wird. Daher wird das Ausgangssignal der Halteschaltung 9 über den Schalter 10 an die Eingänge der einseinen Halteschaltungen 12-C1 bis 12-C4 nur dann übertragen, wenn die Spannung des Signals 9a unter der Spannung des Vergleichssignals 10a liegt. Wenn andererseits die
Spannung des Signais 9a oberhalb der Spannung des Vergleichssignals 10a liegt, gelangt das Vergleichssignal
10a als solches über den Schalter 10 an die Halteschaltungen 12-C1 bis 12-C4. Die oben beschriebene Funktion der Begrenzungsschaltung, die durch den Schalter 10 und den Komparator 11 gebildet wird, ergibt sich anhand des WeI-

909881/0881

TER MEER . MÜLLER · STEiNMEISTER NiPSeUl

lendiagranuns in dem Zeitdiagramm der Fig, 4B,

In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß die Spannung des Vergleichssignals 10a, das durch einen geeigneten Spannungsteiler in der beschriebenen Weise erzeugt wird» welche Spannung konstant ist, derart ausgewählt wird, daß sie einem Voreilwinkel entspricht, der im Folgenden als Zündvoreilwinkel bezeichnet werden soll. Diese vorgerückte Zündtaktsteuerung weist eine vorgegebene Beziehung zu der erwähnten Grundsteuerung auf, die sich durch die mechanische Verstelleinrichtung 24 ergibt. Wenn beispielsweise bei einer bestimmten Maschinendrehzahl der Zündzeitpunkt am meisten vorgerückt ist, ist festzustellen, daß an einem bestimmten Punkt, wie etwa der durch θ = 20° ausgedrückt im Punkt gemäß Fig. 2, die Steigung des Integrals der negativen Spannung über einem vorgegebenen Wert gehalten wird, wie es etwa in Fig. 2 durch Anlegen einer vorgegebenen negativen Spannung an den Integrator 17 veranschaulicht ist, Die beiden Eingangssignale 9a und 15a des Schalters 10 weisen positive Spannungen auf, so daß eine positive Spannung über die Schaltung 10, eine der Halteschaltungen 12-C1 bis 12-C4 und einen der Schalter 14-C1 bis 14-C4 an einen Eingang eines invertierenden Verstärkers 15 übertragen wird. Daher wird die positive Spannung in eine negative Spannung umgekehrt und zugleich in gewissem Maße verstärkt. Es liegt auf der Hand, daß der Zweck der Verwendung der Begrenzungsschaltung, die aus dem Schalter 10 und dem Komparator 11 besteht, in der Festlegung einer Grenze des Voreilwinkels des Zündzeitpunkts liegt, so daß der Voreilwinkel niemals über diese Grenze hinaus ausgedehnt wird und die am meisten, etwa auf den Zeitpunkt T. vorgestellte Zündung durch die Spannung des Vergleichssignais 10a in Bezug auf den Grundzündzeitpunkt (T„ oder T₃) festgelegt wird, 35

Wie zuvor angegeben wurde, werden die beiden Reihen der Schalter 13-C1 bis 13-C4 und 14-C1 bis 14-C4 durch Zeit-

909881/0881

TER MEER ■ MÜLLER · STEINMEISTER

- 21 - 2325770

signale 28a, 28b,28c und 28d gesteuert, während die Halte-* schaltungen 12-C1 bis 12-C4 durch Zeitsignale 30-C1a bis 30-C4a gesteuert werden, die durch eine Reihe von UND-Schaltungen 30-C1 bis 30-C4 erzeugt werden, die auf die oben erwähnten Zeitsignale 28a bis 28d ansprechen.

Diese Zeitsignale 28a bis 28d und 30-C1a bis 30-C4a werden ebenso wie die weiteren Zeitsignale 29a bis 29c wie folgt hergestellt. Ein Zündimpuls-Detektor 27 tastet die Zündimpulse eines bestimmten Zylinders, beispielsweise des ersten Zylinders C1 ab. Der Zündimpuls-Detektor 27 enthält einen Komparator oder einen Schmitt-Trigger, der einen einzelnen Impuls entsprechend einem einzelnen Zündimpuls erzeugt, der von dem Zündverteiler 32 an die erste Zündkerze 26 gelangt. Wie in Fig. 4A gezeigt ist, erzeugt der Zündimpuls-Detektor 27 ein Impulssignal 27a jeweils dann, wenn die erste Zündkerze gezündet wird, und zwar unmittelbar vor der oberen Totpunkt-Position des ersten Zylinders C1. Dieses Impulssignal 27a gelangt an einen ersten Eingang 28-1 der zuvor erwähnten Zylinder-Äbtastschaltung 28.

Die Zylinder-Abtastschaltung 28 umfaßt ein herkömmliches, nicht gezeigtes Schieberegister mit vier bit und weist erste und zweite Eingänge 28-1 und 28-2 auf, die einem Dateneingang und einem Taktimpulseingang des Schieberegisters entsprechen. Der zweite Eingang 28-2 ist mit dem Ausgang des monostabilen Multivibrators 21 verbunden und nimmt das Ausgangssignal 21a des monostabilen Multivibra™ tors 21 auf. Diese Verbindung ist in Fig. 1A nicht dargestellt, sondern lediglich durch ein X angedeutet. Wie zuvor beschrieben wurde und in Fig„ 4A gezeigt ist, enthält das Ausgangssignal 21a des monostabilen Multivibrators 21 Impulse, die jeweils vor dem oberen Totpunkt der Zylinder C1 bis C4 auftreten» Das Schieberegister der Zylinder-Abtastschaltung 28 arbeitet auf der Eingangsseite in Reihe, auf der Ausgangsseite parallel. Mit anderen Wor-

TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER Nissan

ten, jedes Element, d.h. jede Flip-Flop-Schaltung des Schieberegisters weist einen Ausgang auf, der die gespeicherten Daten überträgt. Die Ausgangssignale der jeweiligen Flip-Flop-Schaltungen sind mit 28a,28b,28c und 28d bezeichnet. Wenn Impulse 27a und 21 gleichzeitig an den Dateneingang und den Zeitimpulseingang gelangen, nimmt das Schieberegister den Zustand 1-0-0-0 an. Wenn ein folgender Taktimpuls von dem monostabilen Multivibrator 21 zugeführt wird, werden die in dem Schieberegister gespeicherten Daten aufgerückt, so daß der Zustand 0-1-0-0 erreicht wird. Auf diese Weise wird der gespeicherte Impuls jeweils nach rechts verschoben, wenn ein Taktimpuls an den zweiten Eingang 28-2 gelangt. Da die gespeicherten Daten parallel ausgelesen werden, wenn sich das Schieberegister in dem Zustand 1-0-0-0 befindet, nimmt lediglich das Ausgangs-Zeitsignal 28a einen hohen Wert an, während die übrigen Zeitsignale 28b,28c und 28d auf niedrigem Wert bleiben. Auf diese Weise werden die Zeitsignale 28a bis 28d periodisch auf einen hohen Wert in der Reihenfolge geschaltet, der sich aus dem Zeitdiagramm der Fig. 4A ergibt, so daß angezeigt wird, in welchem Zylinder jeweils die Verbrennung stattfindet. Diese Zeitsignale 28a bis 28d gelangen an erste Klemmen der UND-Schaltungen 30-C1 bis 30-C4 und an die Steuerklemmen der beiden Schalter 13-C1 bis 13-C4 und 14-C1 bis 14-C4.

Im folgenden sollen der Aufbau und die Funktion der Zeittaktschaltung 29, ausgenommen die Zylinderabtast-Schaltung 28 genauer beschrieben werden. Obgleich die Zeittaktschaltung 29 in der Zeichnung als Einheit dargestellt ist, umfaßt sie in der Praxis drei Schaltung zur Erzeugung von Zeitsignalen, wie etwa monostabile Multivibratoren. Diese monostabilen Multivibratoren können getriggert werden durch das Impulssignal 21a des monostabilen Multivibrators 21. Der erste monostabile Multivibrator der Zeittaktschaltung 29 erzeugt ein Ausgangs-Impulssignal 29a einer

909881/0881

TER MEER - MÜLLER . STEINMEISTER Nissan

vorgegebenen Impulsdauer, Diese Impulsdauer wird festgelegt durch Auswahl der Zeitkonstante des ersten monostabilen Multivibrators und entspricht somit der Dauer der in den einzelnen Zylindern der Maschine in Verbindung mit dem Anfangsbereich der Verbrennung erzeugten Geräusche und/oder Schwingungen, Da während der Anfangs»· zeit dieses Verbrennungsvorganges eines Luft-Brennstoff-Gemisches in einem Zylinder, kein Verbrennungsknall,, d.h. keine Detonation auftritt, wird der Spitzenwertdetektor 4 in dieser Anfangszeit durch das Zeittaktsignal 29a abgeschaltet,, so daß der Spitzenwertdetektor 4 nur die Stärke der Verbrennungsexplosion genau abtastet»

Der zweite und dritte monostabile Multivibrator der Zeittaktschaltung 29 erzeugen Impulssignale, wenn sie durch das Eingangssignal 21a getriggert werden. Die Impulsdauer der Impulse dieser Multivibratoren ist länger als diejenige der Impulse des ersten monostabilen Multivibrators, und die Impulse des dritten monostabilen •Multivibrators sind länger als diejenigen des zweiten monostabilen Multivibrators» Obwohl die Impulsdauer der Impulse des ersten Multivibrators vorbestimmt und konstant ist, ist dies bei den Impulsen des zweiten und dritten Multivibrators nicht der Fall» Die letzteren Impulse sind abhängig von der Maschinendrehzahl, Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Ausgang des Drehsahlmessers 5 mit einer Steuerklemme 29d der Zeittaktschaltung 29 verbunden und liefert ein für die Maschinendrehzahl repräsentatives Signal an den zweiten und dritten Multivibrator. Die Zeitkonstante des zweiten und dritten Multivibrators ändert sich entsprechend mit"der Maschinendrehzahl, so daß Impulse erzeugt werden, deren Dauer mit zunehmender Maschinendrehzahl verkürzt werden» Die Ausgangsimpulse des zweiten und dritten monostabilen Multivibrators gelangen an Reihenschaltungen aus einer Differenzierungsschaitung und einer Schaltung zur Wellenfor-

909881/0881

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER

mung, wie etwa einem Schmitt-Trigger, so daß die 3eitimpulse 29b und 29c entsprechend den nachlaufenden Flanken der Ausgangsimpulse des zweiten und dritten Multivibrators erhalten werden. Das zweite Zeitsignal 29b gelangt an die Halteschaltung 9, wie es zuvor beschrieben wurde, während das dritte Zeitsignal 29c den ersten Eingängen der UND-Schaltungen 30-C1 bis 30-C4 zugeführt wird. Diese UND-Schaltungen 30-C1 bis 30-C4 nehmen an ihren zweiten Eingängen die zuvor erwähnten vier Zeitsignale 28a bis 28d auf. Es ist erkennbar, daß jede der UND-Schaltungen und 30-C1 bis 30-C4 in der Lage ist, das dritte Zeitsignal 29c nacheinander durch die Signale 28a bis 28d zu übertragen. Die Ausgänge der UND-Schaltungen 30-C1 bis 30-C4 sind jeweils verbunden mit den Steuerkiei.imen der Halteschaltungen 12-C1 bxs 12-C4 und steuern die Abtastfunktion der Abtast-Halteschaltungen 12-C1 bis 12-C4 in derselben Reihenfolge. Wie aus dem Zeitdiagramm der Fig. 4B hervorgeht, werden die Halteschaltungen 12-C1 umgeschaltet auf die Spannung des EingangesJgnals, d.h. des Ausgangssignals 10b der Schalter 10, wenn die Spannung des Signals 10b von der des zuvor durch die Abtast-Halteschaltungen 12-C1 abgetasteten Signals abweicht,

Das Ausgangssignal 12-CIa der ersten Halteschaltung 12-CI wird übertragen an einen Eingang des ersten Schalters 14-C1, der durch das Zeitsignal 28d gesteuert wird. Die Schalter 14-C3, 14-C4, 14-C2 und 14-C1 werden jeweils gesteuert durch die Zeitsignale 28a, 28b, 28c und 28d. Dies bedeutet, daß die in der ersten Abtast-Halteschaltung ¹2-C1 gespeicherte Information an den invertierenden Verstärker über den ersten Schalter 14-CI mit Seitverzögerung weitergeleitet wird. Auf die gleiche Weise werden die übrigen Informationen der Abtast-Halteschaitungen 12-C2 bis 12-C4 nacheinander mit derselben Zeitverzögerung übertragen.

Daraus und aus dem Zeitäiagrairan der F%, 4B geht hervor, daß jede einzelne Information, die in den einzelnen Ab-

909881/0881

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Ni JSan

tast-Halteschaltungen 12-C1 bis 12-C4 gespeichert ist, gehalten wird, bis die Information ausgelesen wird und an den invertierenden Verstärker 15 gelangt. Auf diese Weise werden die positiven Spannungen, die in den Abtast-Halteschaltungen 12-C1 bis 12-C4 gespeichert sind und nacheinander über die Schalter 14-C1 bis 14-C4 an den Eingang des invertierenden Verstärkers 15 gelangen, in negative Spannungen (Signal 15a) umgekehrt, wie in Fig. 4B gezeigt ist,

10

Das Ausgangssignal 15a des invertierenden Verstärkers 15 gelangt nur dann an den Eingang des Integrators 17, wenn ein hohes Spannungssignal 20a an die Steuerklemme des Schalters 16 durch die zweite Flip-Flop-Schaltung 20 abgegeben wird, wie zuvor beschrieben wurde. Auf diese Weise integriert der Integrator 17 die positive Spannung 16b zunächst und die negative Spannung 15a anschließend. Da die negative Spannung mit der Intensität des Verbrennungsknalls veränderlich ist, wie zuvor angegeben wurde, ändert sich die Steigung des Integrals der negativen Spannung und damit die Zündzeitsteuerung. Folglich werden die Zündkerzen 26 nach und nach durch hohe Spannungen gezündet, die von dem Zünd" verteiler 32 zugeführt werden, wobei die Zeitsteuerung der Zündung für jeden Zylinder der Maschine durch einen Rückkopplungsvorgang durchgeführt wird.

Obgleich also nur ein einziger Explosions-Sensor 1 verwendet wird, wird die Intensität dar Verbrennungsexplosion jedes einzelnen Zylinders genau und unterscheidbar abgetastet, und der Zündzeitpunkt für jeden Zylinder wird entsprechend festgelegte Die Vorverstellung oder Verzögerung des Zündzeitpunkts des jeweiligen Zylinders wird derart gewählt, daß eine unerwünschte Verbrennungsexplosion bzw. ein Klopfen durch Zündverzögerung verhindert wirdj. während andererseits eine übermäßige Zündverzögerung gleichzeitig ausgeschaltet wird. Selbstver-

909881/088:

TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER

ständlich wird der Zündzeitpunkt nicht weiter vorverstellt, als bis zu dem zuvor erwähnten frühesten Zündzeitpunkt.

Wie aus Fig. 4A hervorgeht, ist die Intensität der Verbrennungsexplosion des ersten Zylinders C1 hoch (she. auch Fig. 6) und liegt über dem ersten Vergleichswert A. Dies bedeutet, daß der Zündzeitpunkt des ersten Zylinders C1 etwas zurückgenommen werden muß, damit die Intensität der Verbrennungsexplosion verringert werden kann. Die Intensität der Explosion des dritten Zylinders C3, dessen Zündung derjenigen des ersten Zylinders C1 folgt, liegt auf einem mittleren Wert, und der Zündzeitpunkt des dritten Zylinders C3 muß ebenfalls zurückgenommen werden. Andererseits ist die Intensität der Explosion im vierten Zylinder C geringer als der untere Explosionswert, d.h., es tritt kein Verbrennungsknall ein, und daher ist der Zündzeitpunkt des vierten Zylinders C4 vorzurücken, so daß die Intensität der Verbrennungsexplosion im Bereich des niedrigen Wertes verbleibt.

Die Intensität der Verbrennungsexplosion in dem zweiten Zylinder C2, dessen Zündung dem vierten Zylinder C4 folgt, liegt im unteren Bereich und muß daher nicht geändert werden. In diesem Falle wird der Zündzeitpunkt 5 weder vorgerückt noch zurückgestellt.

Die Korrektur, d.h. die Vorverstellung oder Zurücknahme des Zündzeitpunkts jedes Zylinders erfolgen bei dem folgenden Zündzeitpunkt des selben Zylinders. Wenn der Zünd-Zeitpunkt zu stark durch die Korrektur vorgerückt worden ist und die Intensität des Verbrennungsknalls wiederum über dem unteren Wert liegt, erfolgt eine erneute Korrektur, bis die Intensität im Bereich des unteren Wartes liegt, d.h. in demjenigen Bereich, der durch die zweite und dritte Vergleichsspannung B und C begrenzt wird.

Es ist ohne weiteres möglich, den Verbrennungsexplosi.-iis-

309881/0881

TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER

Nissan

Sensor 1 gemäß Fig. 1 zu ersetzen durch Drucksensoren oder Aufnahmekopfe an jedem Zylinder, die Drücke oder Schallwellen, die durch den Knall in jedem Zylinder entstehen, messen. Dadurch kann der Verbrennungsknall in jedem Zylinder noch genauer abgetastet werden. Wenn eine Reihe von derartigen Drucksensoren verwendet wird_f kann die Zylinderabtastschaltung 23 fortgelassen v/erden.

Der Höhendetektor 7, der in der Praxis eine Anzahl von Komparatoren 48 bis 52 und eine Addierschaltung 54 enthält, wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann durch einen Differenzverstärker ersetzt werden. Wenn ein Differenzver~ stärker anstelle des Höhendetektors 7 verwendet wird, erzeugt dieser ein Ausgangssignal, das der Differenz zwisehen den Spannungen der Ausgangssignaie 4a und 6a des Spitzenwertdetektors 4 und des Funktionsgenerators 6 entspricht.

Bei Verwendung eines derartigen Differenzverstärkers anstelle des Höhendetektors 7 gemäß Fig. 1 ergibt sich eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen, deren Arbeitsweise im Folgenden beschrieben werden soll, Da der Aufbau im wesentlichen mit der ersten Ausführungsforra gemäß Fig« 1 übereinstimmt, ausgenommen, daß der Höhendetektor 7 durch einen Differenzverstärker ersetzt ist, soll wiederum auf Fig. 1 Bezug genommen werden,

3ei der zweiten Äusführungsform wird die Spannung des Signals 6a, das durch den Funktionsgenerator 6 erzeugt ^;jirc1₅ auf einen geeigneten Punkt im Bereich des unteren ΕπρIosionswertes, d.h. im Bereich zwischen der zweiten und dritten Vergleichsspannung B und C gemäß Fig, 5 eingestellt, so daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers proportional su der Intensität des Verbrennungsknalls ist, wenn die Intensität über dem unteren Bereich liegt. Wenn daher die Intensität des Verbrennungsknalls

.309881/0881

TER MEER . MÜLLER · STEINMEISTER Nissan

gleich dem unteren Wert ist, der durch das Signal 6a wiedergegeben wird, ist die Ausgangsspannung des Differenz Verstärkers Null, während die Ausgangsspannung einen negativen Wert annimmt, wenn keine Explosion auftritt. 5.

Die Ausgangsspannung des Signals 7a des Differenzverstärkers 7 gelangt an den ersten Eingang 8-1 der Subtraktionsschaltung 8, der am zweiten Eingang 8-2 ein Signal aufnimmt, das repräsentativ ist für den vorangegangenen Zünd-Zeitpunkt desselben Zylinders. Daher erzeugt die Subtraktionsschaltung 8 ein Ausgangssignal 8a, das die Differenz zwischen den EingangsSignalen 7a und einem der Signale 12-C1a bis 12-C4a wiedergibt, wie es bei der ersten Ausführungsform der Fall ist. Die Funktion der übrigen Schaltungen sind bei der zweiten Ausführungsform die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform, so daß eine erneute Beschreibung nicht notwendig ist.

Bei der zweiten Ausführungsform wird der Zündzeitpunkt proportional zu der Intensität des Verbrennungsknalls eingestellt, so daß eine genauere Kontrolle des Zündzeitpunkts in Bezug auf die Intensität des Verbrennungsknalls erreicht werden kann.

Nunmehr soll auf Fig. 7 Bezug genommen werden, die ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zeigt. Die dritte Ausführungsform entspricht den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, ausgenommen, daß der Höhendetektor 7 durch einen Differenzverstärker 60, einen Komparator 62 und einen Schalter 64 gebildet wird. Daher ist in Fig. 7 nur diese Schaltung gezeigt. Der Ausgang des Spitzenwertdetektors 4 gemäß Fig. 1 ist über eine erste Eingangsklemme 7-1 mit einem ersten Eingang 60-1 des Differenzverstärkers 60 und einem invertierenden Eingang (-) des Komparators 62 verbunden, während der Ausgang des Funktionsgenerators 60 gemäß Fig. 1 über eine zweite Ein-

909881/0881

TER MEER . MÜLLER ■ STEINMEISTER

gangsklemme 7-2 mit dem zweiten Eingang 60-2 des Differenzverstärkers 60 und einem nicht-invertierenden Eingang (+) des Komparators 62 in Verbindung steht. Der Ausgang des Differenzverstärkers 60 ist mit einem ersten Eingang 64-1 des Schalters 64 verbunden, dessen Ausgang mit dem ersten Eingang 8-1 der Subtraktionsschaltung 8 in Verbindung steht. Der Schalter 64 weist einen zweiten Eingang 64-2 auf, der eine vorgegebene Spannung Va übernimmt. An eine Steuerklemme 64c gelangt das Ausgangssignal des Komparators 62, so daß ein Steuer- oder Gattersignal aufgenommen wird.

Diese dritte Ausführungsform arbeitet wie folgt. Der Differenzverstärker 60 erzeugt ein Ausgangssignal, das der Differenz zwischen den Spannungen der Signale 4a und 6a entspricht, wie es bei der zweiten Ausführungsform der Fall ist. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 60 wird jedoch nicht direkt an die Subtraktionsschaltung 8 über den Schalter 64 übertragen, der seinerseits durch das Ausgangssignal des Komparators 62 gesteuert wird. Der Komparator 62 erzeugt ein hohes Signal, wenn die Spannung des Signals 4a, das die Intensität des Verbrennungsknalls wiedergibt, unter derjenigen Spannung des Signals 6a liegt, die eine niedrige Vergleichsintensität des Verbrennungsknalls darstellt. Der Schalter 64 überträgt das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 60 bei Aufanhme eines niedrigen Signals des Komparators 62 und leitet die Spannung Va bei Aufnahme eines hohen Signals des Komparators weiter. Diese vorgegebene Spannung Va gelangt an den zweiten Eingang 64-1 des Schalters 64 und ist so gewählt, daß sie einem kleinen Vorstellwinkel entspricht. Mit anderen Worten, die vorgegebene Spannung Va weist einen negativen Wert relativ geringer Größe auf,

Obgleich daher die Äusgangsspannung des Differenzverstärker s 60 an die Subtraktionsschaltung 8 übertragen wird,? wird die Intensität des Verbrennungsknalls über dem

909881/0881

TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER Nissan

unteren Wert gemäß dem Signal 6a liegt/ wird die negative, vorgegebene Spannung Va an die Subtraktionsschaltung 8 anstelle des Ausgangssignales des Differen2verstärkers 60 übertragen, wenn die Spannung des Signals 4a unter der Spannung des Signals 6a liegt. Wenn der Differenzverstärker 60 eine negative Ausgangsspannung erzeugt, wird diese negative Spannung nicht an die Subtraktionsschaltung 8 weitergeleitet, sondern an die vorgegebene negative Spannung Va. Da eine negative Spannung an den ersten Eingang 8-1 der Subtraktionsschaltung 8 gelangt und bewirkt, daß die anschließenden Schaltungen den Zündzeitpunkt vorrücken, wird die Zündung geringfügig entsprechend der vorgegebenen negativen Spannung Va vorgestellt,

Es ist erkennbar, daß die Rückstellung des Zündzeitpunktsproportional zu der Intensität des Verbrennungsknalls und die Vorverstellung des Zündzeitpunkts um einen vorgegebenen geringen Wert unabhängig von der Intensität des Verbrennungsknalls erfolgt. Wenn daher ein Verbrennungsknall auftritt, wird der Zündzeitpunkt sofort und einen solchen Winkel zurückgenommen, wie es der Intensität des abgetasteten Verbrennungsknalls entspricht, und andererseits wird der Zündzeitpunkt lediglich um einen geringen Winkel vorgerückt, wenn dieses notwendig ist. Da bei der dritten Ausführungsform der Zündzeitpunkt um einen vorgegebenen kleinen Wert vorgerückt wird, kann ein unerwünschtes Aufschaukeln der schleifenförmig geschlossenen Regelschaltung der Zündsteuervorrichtung verhindert werden.

Untersuchungen haben gezeigt, daß der Schwellwertwinkel des Zündzeitpunkts des Verbrennungsknalls um 7 bis 8° des Drehwinkels der Kurbelwelle der Maschine veränderbar ist, wenn die Drehzahl 1600 U/min, beträgt. Wenn die Zündkerzen der Zylinder der Brennkraftmaschine mit dem gleichen Zündzeitpunkt derart gesteuert werden, daß ein unerwünschter Verbrennungsknall in den einzelnen Zylindern verhindert wird, d.h., wenn der Zündzeitpunkt aller Zylinder

.909881/0881

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Nissan

gleichförmig in herkömmlicher Weise zurückgenommen wird, beträgt das Ausgangsdrehmoment der Maschine 11,9 m«kg.

Wenn andererseits der Zündzeitpunkt der einzelnen Zylin« der direkt anhand der Intensität des Verbrennungsknalls bestimmt und der Zündzeitpunkt in erfindungsgemäßer Weise eingestellt wird, beträgt das Maschinendrehmoment 12,6 m«kg. Dies bedeutet, daß das Maschinendrehmoment bei gleichmäßiger Zündzeitpunktseinstellung 5,5% unter demjenigen Drehmoment liegt, das bei individueller Zündzeitpunktseinstellung erreicht werden kann. Es zeigt sich daher, daß die Ausgangsleistung zunimmt, wenn der Zündzeitpunkt jedes einzelnen Zylinders individuell entsprechend dem Verbrennungsknall festgelegt wird.

15

Weiterhin hat es öich bei Untersuchungen gezeigt, daß die Abnahme des Maschinendrehmoments aufgrund einer Rücknahme des Zündzeitpunkts hoch wird, wenn das Kompressionsverhältnis der Maschine steigt. Daraus ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Zündzeltpunkts-Steuervorrichtung zu einer Brennkraftmaschine mit hohem Wirkungsgrad führt.

Erfindungsgemäß wird der Zündzeitpunkt jedes einzelnen Zylinders optimal eingestellt, so daß eine maximale Maschinenleistung erzielt werden kann, während der Brennstoffverbrauch abnimmt. Aus diesen Gründen ist die Möglichkeit gegeben, das Kompressionsverhältnis hoch anzusetzen, so daß die Maschinenleistung steigt, und es können andere Maßnahmen zur Steigerung der Maschinenleistung herangezogen werden, wie etwa Lader, wenn der Zündzeitpunkt jedes Zylinders individuell entsprechend der Intensität des Verbrennungsknalls gesteuert wird.

909881/0881

Claims

PATENTANWÄLTE

TER MEER - MÖLLER - STEINMEISTER

D-8000 München 22 D-4800 Bielefeld ? Q ? ^ 7 7 Ω

Triftstraße 4 Siekerwall 7

St/ri
PG23-78218

NISSAN MOTOR COMPANY, LTD,

No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku,

Yokohama City, Japan

Steuervorrichtung für den Zündzeitpunkt einer Brennkraftmaschine

PRIORITÄTEN: 27. Juni 1978, Japan, No. 53-77858 27. Juni 1978, Japan, No. 53-77859

PATENTANSPRÜCHE

Steuervorrichtung für den Zündzeitpunkt einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

(a) eine erste Einrichtung (1-9,13-C1 - 13-C4, 29) zur

Erzeugung einer Funktion der Intensität der Verbrennungsexplosion in jedem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine,

(b) eine zweite Einrichtung (27-29_f30-C1 - 30-C4, 12-C1 12-C4) zur Speicherung der Funktion für jeden einzelnen Zylinder nacheinander und„

S09881/0881

MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Nissan

(c) eine dritte Einrichtung (15-22,24) zur. Festlegung des Zündzeitpunkts jedes einzelnen Zylinders entsprechend den gespeicherten Funktionen durch Kodifizierung der Zündzeitpunkts-Grundeinstellung, die durch eine Verstelleinrichtung (24) bestimmt wird.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge« kennzeichnet, daß die erste Einrichtung folgende Merkmale aufweist:

(a) einen Verbrennungsexplosions-Sensor (1) zur Erzeugung eines Ausgangssignals entsprechend der Intensität eines Stoßes aufgrund der Verbrennungsexplosion in den einzelnen Zylindern,

(b) ein Bandfilter (3), das auf das Ausgangssignal des Explosions-Sensors (1) anspricht und ausschließlich Frequenzen der Verbrennungsexplosion überträgt,

(c) eine Einrichtung (29) zur Erzeugung eines ersten Zeitsignals (29a) synchron zu dem Zündzeitpunkt,

(d) einen Spitzenwertdetektor, der auf das Ausgangssignal des Bandfilters anspricht und auf Null entsprechend dem ersten Zeitsignal zurückstellbar ist,

(e) eine Einrichtung (5,6) zur Erzeugung eines Vergleichssignals, das entsprechend der Maschinendrehzahl veränderlich ist,

(f) einen Höhendetektor (7), der auf das Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors und das Vergleichssignal anspricht,

(g) eine Subtraktionsschaltung (8), die auf das Ausgangssignal des Höhendetektors und das Ausgangssignal der zweiten Einrichtung (27-29 ,..) zur Speicherung der einzelnen Funktionen anspricht,

(h) eine Reihe von Schaltern (13-C1 bis 13-C4), die denjenigen Signalen entsprechen, die repräsentativ sind für die jeweiligen in der zweiten Einrichtung gespeicherten Funktionen nacheinander an die Subtraktionsschaltung, (i) eine Einrichtung (29) zur Erzeugung eines zweiten Zeitsignals (29b) synchron mit dem Zündtakt, welches zwei-

909881/0881

R MEER · MÖLLER ■ STEiNMElSTER Nissan

te Signal nach dem ersten Zeitsignal gebildet wird, und (j) eine Abtast-Halteschaltung (9) zum Abtasten des Ausgangssignals der Subtraktionsschaltung (8) entsprechend dem zweiten Zeitsignal.
5
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichnet, daß der Höhendetektor folgende Merkmale umfaßt:

(a) eine Anzahl von Komparatoren (48-52), die auf das Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors (4) und Vergleichs spannungen ansprechen, die stufenweise in Bezug auf die Spannung gewählt sind, die von der Einrichtung zur Bildung eines Vergleichssignals erzeugt werden, und

(b) eine Addierschaltung (54) , die auf die Ausgangssignale der Komparatoren anspricht (Fig. 5)„
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Höhendetektor einen Differenzverstärker umfaßt, der auf das Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors (4) und das Vergleichssignal anspricht.
5. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Höhendetektor folgende

25* Merkmale aufweist:

(a) einen Differenzverstärker (60), der auf das Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors (4) und das Vergleichssignal anspricht,

(b) einen Komparator (62) , der auf das Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors und das Vergleichssignal anspricht und

(c) einen Schalter (64) , der auf das Ausgangssignal des Komparators anspricht und selektiv das Ausgangssignal des Differenzverstärkers und eine vorgegebene Spannung überträgt (Fig. 7).
6. Steuervorrichtung nach Anspruch 1_f dadurch g e -

909881/0881

ER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER

kennzeichnet, daß die zweite Einrichtung zur Speicherung der Funktionen folgende Merkmale aufweist:

(a) eine Einrichtung (27,28) zur Erzeugung von Daten, die dem jeweiligen Zylinder zugeordnet sind, in dem die Zündung erfolgt,

(b) eine Einrichtung (29) zur Erzeugung eines dritten Zeitsignals (29c) synchron zu dem Zündtakt,

(c) eine Gatterschaltung (30-C1 - 30-C4), die auf die Daten anspricht und entsprechend das dritte Zeitsignal überträgt,

(d) eine Reihe von Abtast-Halteschaltungen (12-C1 12-C4) entsprechend der Anzahl der Zylinder der Maschine, die durch das Ausgangssignal der Gatter-Schaltung steuerbar sind und Ausgangssignale der ersten Einrichtung zur Erzeugung eines Funktionssignals der Reihe nach synchron mit dem Zündtakt der jeweiligen Zylinder aufnehmen und

(e) eine Reihe von Schaltern (14-C1 - 14-C4), die auf die Daten ansprechen und das Ausgangssignal der Abtast-Halteschaltungen nacheinander übertragen.
7. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Erzeugung der Daten ein Schieberegister umfaßt, das auf den Zündtakt anspricht.
8. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung zur Festlegung des Zündzeitpunkts folgende Merkmale aufweist:

(a) eine Einrichtung (24,19,20) zur Erzeugung eines ersten und zweiten Signals (19a,20a) entsprechend dem Drehwinkel der Welle des Zündverteilers,

(b) einen Schalter (16) zur Aufnahme des zweiten Signals und zur selektiven übertragung des Ausgangssignals der zweiten Einrichtung zur Funktionsspeicherung und einer vorgegebenen Spannung entgegengesetzter Polaritäten in Bezug auf deren Ausgangssignal,

909881/0881

ER MEER - MÜLLER ■ STEINMEISTER Nissan

(c) einen Integrator (17) zur Aufnahme des.Ausgangssignals des Schalters (16) und zur Integrierung dieses
Ausgangssignals, welcher Integrator mit der Integration bei Anwesenheit des ersten Signals beginnt,
(d) einen Komparator (18) zur Aufnahme des Ausgangssignals des Integrators zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn die Spannung des integrierten Signals einen vorgegebenen Wert erreicht,

(e) einen monostabilen Multivibrator (21) zur Aufnahme
des Ausgangssignals des Komparators und zur Erzeugung

eines Impulssignals und

(f) eine Zündschaltung (22) zur Aufnahme des Impulssignals und zur Erregung der Primärwicklung der Zündspule.
9. Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Erzeugung eines ersten und zweiten Signals folgende Merkmale aufweist:

(a) einen Rotor (31), der sich synchron mit der Welle
(30) des Zünderverteilers (32) dreht,

(b) eine Anzahl von Nocken (31a) auf dem umfang des Rotors, deren Anzahl der Anzahl der Zylinder der Maschine entspricht,

(c) eine Scheibe (33) , die in Bezug auf den Rotor entsprechend dem im Ansaugrohr herrschenden Unterdruck

drehbar ist,

(d) erste und zweite Aufnahmeköpfe (25A,25B), die fest
auf der Scheibe montiert sind und in vorgegebener Kreisteilung in Bezug auf die Achse des Rotors angrenzend an die Bahn der Nocken angeordnet sind und

(e) erste und zweite Flip-Flop-Schaltungen (19,20), die auf die Ausgangssignale der ersten und zweiten Aufnahmeköpfe ansprechen und durch diese einstellbar sind, welche Flip-Flop-Schaltungen durch Ausgangssignale des Komparators rückstellbar sind (Fig. 1 und 3),
10 . Steuervorrichtung nach Anspruch 2, gekenn·*

909881/0881

ER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER Ni.SScUl

zeichnet durch eine Begrenzungsschaltung (11) zur Begrenzung der Ausgangsspannung der Abtast-Halte»- schaltungen innerhalb eines vorgegebenen Wertes.
11. Steuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e kennzeichnet, daß die Begrenzungsschaltung folgende Merkmale aufweist:

(a) einen Komparator (11), der auf das Ausgangssignal der Abtast-Halteschaltung und ein Vergleichssignal konstanter Spannung anspricht und

(b) einen Schalter (10) zur Aufnahme des Ausgangssignals des Komparators und zur selektiven übertragung des Ausgangssignals der Abtast-Halteschaltung und des Vergleichssignals,
12, Steuervorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Vergleichssignals folgende Merkmale aufweist:

(a) einen Drehzahlmesser (5) zur Abtastung der Maschinendrehzahl und

(b) einen Funktionsgenerator (6) zur Aufnahme des Ausgangssignals des Drehzahlmessers und zur Erzeugung des Vergleichssignals als Funktion der Maschinendrehzahl.
13. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsexplosions-Sensor (1) als Schwingungssensor ausgebildet ist,
14. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichnet, daß der Verbrennungsexplosions-Sensor (1) als akustischer Sensor ausgebildet ist.

909881/0881