DE2935725C2

DE2935725C2 - Vorrichtung zur Einstellung der Frühzündung bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2935725C2
Application number: DE2935725A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: ALFA ROMEO SpA MAILAND/MILANO IT; Alfa Romeo SpA Mailand/milano
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1978-09-05
Filing date: 1979-09-04
Publication date: 1985-09-19
Also published as: DE2935725A1; US4304203A; IT1098483B; IT7827319A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung der Frühzündung bei einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einer Zündanlage, die über eine elektronische Schaltung ansteuerbar ist, aus wenigstens einer Ionisationssonde im Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine, die an einer von der Zündkerze des Verbrennungsraums so weit entfernten Stelle angeordnet und mit der elektronischen Schaltung verbunden ist, daß damit das Ende der Verbrennung erfaßt werden kann, aus einer Sonde zur Abgabe eines die Totpunktlage anzeigenden Signals (zweites Signal), aus einer Einrichtung zur Erfassung eines Winkels, der vor der oberen Totpunktlage liegt und eines Winkels, der hinter der oberen Totpunktlage liegt und zur Lieferung entsprechender Signal an die elektronische Schaltung.

Aus der DE-OS 24 43 413 ist ein Verfahren zur Messung der Laufzeit der Flammenfront von einer Zündkerze zur Ionenstromsonde und zum Vergleich des ermittelten Wertes mit einem Bezugswert bekannt, um im Falle eines Abweichens entweder das Gemischverhältnis oder die Menge der rückgeführten Abgase zu verändern. Mit Hilfe dieses bekannten Verfahrens kann jedoch nur ein Mittelwert der Laufzeit der Flammenfront erhalten werden und eine Regelung bestimmter Parameter der zugeordneten Brennkraftmaschine kann hierbei nur als Langzeitregelung realisiert werden.

Aus der DK-OS 2b 01 871 ist eine Vorrichtung /ur Einstellung der Frühzündung bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt, die eine lonisierungssonde umfaßt, welche im Verbrennung*-

raum einer Brennkraftmaschine soweit als möglich von der Zündkerze entfernt angeordnet ist, um ein Ionisierungssignal zu liefern, wenn sie am Ende des Verbrennungsvorganges von der Flammenfront erreicht wird. Diese bekannte Vorrichtung enthält ferner einen ersten Zähler, der während jedes Arbeitstaktes des Motors für eine gewisse Zeitspanne aktiviert wird, um eine Zählung durchzuführen, die einem bestimmten ersten Winkelsektor nach dem oberen Totpunkt entspricht Dabei zählt der 7ähler je Arbeitstakt um eine Einheit weiter, wenn ihm in der einem ersien Winkelsektor entsprechenden Zeit von der Ionisierungssonde ein lonisierungssignal zugeführt wird. Ferner ist ein zweiter Zähler vorgesehen, der ebenfalls in jedem Arbeitstakt befähigt wird, für eine gewisse Zeitspanne eine Zählung durchzuführen, die einem zweiten vorbestimmten Winkelsektor nach dem oberen Totpunkt entspricht Auch üer zweite Zähler zählt somit je Arbeitstakt eine Einheit weiter, wenn ihm in der dem zweiten Whikelsektor entsprechenden Zeit ein Jonisierungssigna) von der Sonde zugeführt wird. Die beiden Zähler werden in jedem Arbeitstakt durch eine Zeitsteuerscheibe ein- und ausgeschaltet und zwar der erste Zähler bei Erreichen einer Winkelstellung entsprechend —45° vor dem oberen Totpunkt bis zum Erreichen der Winkelstellung von + 45° nach dem oberen Totpunkt Der zweite Zähler wird bei Erreichen des oberen Totpunktes für eine Zählung freigegeben und zählt dann solange, bis ein Winkel von +90° erreicht ist. Dieser Vorgang erfolgt über eine bestimmte Anzahl von Arbeitstakten, wie beispielsweise über 100 Arbeitstakte.

Am Ende der vorbestimmten Anzahl der Arbeitstakte weist der erste Zähler somit einen Zählerstand auf, der die Anzahl von Arbeitstakten angibt, in denen das von der lonisierungssonde abgegebene Signal der Beendigung der Verbrennung innerhalb des genannten ersten Winkelsektors liegt, während der zweite Zähler einen Zählerstand aufweist, der die Anzahl der Arbeitstakte angibt, in denen das von der lonisierungssonde abgegebene Signal der Beendigung der Verbrennung innerhalb des zweiten Winkelsektors liegt. Das dann durch eine Teilerschaltung ermittelte Verhältnis zwischen den beiden Zählwerten wird mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen, um das Verbrennungs-Qualitätsverhältnis zu beurteilen und um im Falle einer Abweichung ein Steuersignal zur Beeinflussung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses bzv*. der Verwirbelung des Gemisches des Verbrennungsmotors zu erzeugen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin die Vorrichtung zur Einstellung der Frühzündung bei einer Brennkraftmaschine der eingangs definierten Art derart zu verbessern, daß eine von den Betriebsbedingungen der Maschine abhängige, in der Größenordnung des zeitlichen Abstandes der ZündfolgT auftretende kontinuierliche optimale Einstellung der Frühzündung und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine möglich wird.

Ausgehend von der Vorrichtung zur Einstellung der Frühzündung bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß eine Fühleinrichtung zur Abgabe eines ersten, die Entstehung der Flammenfront im Verbrennungsraum mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzeigenden Signals vorgesehen ist, daß die elektronische Schaltung aus dem ersten und dem /weiten Signal ein den Winkel λ darstellendes viertes Signal erzeugt, um den sich die Kurbelwelle vom Beginn der Verbrennung bis zur oberen Totpunktlage dreht, weiter aus dem zweiten und dem dritten Signal ein den Winkel β darstellendes fünftes Signal erzeugt, um den sich die Kurbelwelle von der oberen Totpunkt lage bis zum Ende der Verbrennung dreht, und daß eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist welche das viene und das fünfte Signal miteinander vergleicht und die feststellt ob das Verhältnis dieser beiden Signale kleiner, größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist der einer vorgewählten optimalen Frühzündung entspricht und die bei einer Abweichung des besagten Verhältnisses von diesem Wert der Zündanlage Steuersignale zur entsprechenden Änderung der Frühzündung zuleitet

Durch die erfindungsgemäße Verwendung von zwei Ionisationsensoren, die den Beginn und das Ende des Verbrennungsvorganges im Brennraum der Maschine kennzeichnen, ist es möglich den Zündzeitpunkt innerhalb weniger Zündzyklen genau auszuregeln. Somit wird durch die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine sehr schnell ablaufende Regelung des Verbrennungsvorganges erreicht

Aufgrund der vorausgehend erläuterten Verhältnisse beeinflußt der Frühzündungswinkel den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine hauptsächlich auf zweierlei Arten, nämlich

a) während des letzten Abschnitts des Verdichtungstaktes beginnt bereits die Verbrennung des Gemisches in Folge der Frühzündung, die als der Winkel λ definiert ist, über welchen das Kurbelwellenende vom Beginn der Verbrennung bis zum Totpunkt des Kolbens gedreht wird. Die durch eine derartige Verbrennung erzeugte Temperaturerhöhung veranlaßt einen Druckanstieg des Gases im Zylinder. Somit wird die mechanische Arbeit des Verdichtungstaktes, die eine negative Arbeit darstellt, erhöht.

b) Als Folge des Frühzündungswinkels λ tritt eine vollständige Verbrennung auf, wenn der Kolben lediglich einen kleinen Bruchteil des Expansionstakts durchlaufen hat, wobei dieser kleine Bruchteil einem Winkel β entspricht, durch welchen das Kurbelende von einer Stellung entsprechend dem Totpunkt des Kolbens bis zum Zeitpunkt der vollständigen Verbrennung gedreht wurde. Somit wird als Folge der Frühzündung eine bessere Ausnutzung der durch die Verbrennung freigesetzten thermischen Leistung erzielt und die mechanische Arbeit des Expansionstakts, bei der es sich um eine positive Arbeit handelt, wird verbessert. Da durch eine Erhöhung des Frühzündungswinkels <x die nachteilige Wirkung a), nämlich eine Erhöhung der für den Verdichtungstakt abgegebenen Leistung vergrößert wird, und durch Verringerung von der negative Wirkung (b) bedeutsamer wird (mangelhafte Ausnützung der thermischen Leistung während des Expansionstaktes) sind Zwischenwerte des Frühzündungswinkels χ am günstigsten: Es ist möglich, unter diesen Werten ein Optimum zu finden, obgleich die Kurve des WirKungsgrads als Funktion des Frühzündungswinkels in der Nachbarschaft des genannten optimalen Wertes verhältnismäßig flach verläuft.

Aus obigem kann erwartet werden, daß in erster Näherung als optimale Frühzündung jene erhalten wird, bei welcher unter allen Arbeitsbedingungen der Brennkraftmaschine ein bestimmter konstanter optimaler

Wert durch das Verhältnis R = E_c. Ed erhalten wird, wobei E_c die Wärmeleistung darstellt, die den Gasen während des Verdichtungstakts übertragen wird und Ed die Leistung, die den Gasen während des Expansionstakts übertragen wird. In zweiter Näherung kann andererseits der Wert R sich etwas als Funktion eines oder mehrerer der charakteristischen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (Drehzahl, Ansaugdruck und andere) ändern. Wird zudem das Ausbreitungsgesetz der Flammenfront berücksichtigt, die von der Zündkerze im Inneren des Verbrennungsraums ausgeht und einen bestimmten Umriß aufweist, und somit das Gesetz, gemäß welchem sich der Verbrennungsvorgang entwickelt, so wurde die Schlußfolgerung gezogen, daß mit ähnlich großer Wahrscheinlichkeit das Verhältnis /?, welches dem optimalen Frühzündungswinkel entspricht, durch eine zweifache und zweideutige Beziehung mit dem xlß-Verhältnis verbunden ist, wobei χ und/?die vorausgehend definierten Winkel darstellen. Falls, wie oben erwähnt, in erster Näherung der optimale Frühzündungswinkel jener Winkel ist, für welchen immer ein konstanter optimaler Wert des Verhältnisses R vorhanden ist, so ist der optimale Frühzündungswinkel ebenfalls jener, für den immer ein konstanter optimaler Wert des Verhältnisses al β = K vorhanden ist.

Andererseits ist der optimale Frühzündungswinkel in zweiter Näherung jener Winkel, bei welchem das Verhältnis Λ/β einen Wert K annimmt, der sich etwas als Funktion eines oder mehrerer charakteristischer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ändert.

Obige Ausführungen können mit Hilfe der F i g. 1 weiter ergänzt werden, die unter Berücksichtigung des Umstands gezeichnet wurde, daß die Drehachse der Kurbelwelle senkrecht zur Zeichenebene verläuft und diese im Punkt O schneidet, und ferner, daß die Achse eines der Zylinder in der Zeichenebene liegt und mit der Geraden OA zusammenfällt.

Stellt in F i g. 1 der Abschnitt OA den Kurbelwellenradius dar, so ist der bei O zentrierte Kreis mit dem Radius OA der geometrische Ort für die Punkte, durch welche die Achse des Kurbelendes bei der Drehung um O im Sinne des bei ω dargestellten Pfeils hindurchtritt. Längs der durch diese Punkte hindurchtretenden Radien (die den verschiedenen Stellungen des Kurbelendes entsprechen) sind ausgehend von einem Kreis mit dem Radius OA Segmente eingetragen, die dem Prozentanteil des bereits verbrannten Gemisches proportional sind, und zwar auf der Basis des in der Zeichnung eingetragenen Maßstabes. Die polare Angabe umfaßt somit das Segment AB₁, welches die augenblickliche Verbrennung irr. idealen. Ottozyklus darstellt, die entsprechend dem oberen Totpunkt auftritt: Vor dem Punkt A ist der Prozentanteil des verbrannten Gemisches Null und unmittelbar hinter A ist das Gemisch zu 100% verbrannt Dagegen bezieht sich die Linie Ax-Ba auf die Verbrennung in einem realen Zyklus, bei dem die Verbrennung bei Aa mit einem Frühzündungswinkel α beginnt und zu 100% bei Bx beendet ist, d. h. entsprechend dem Winkel ß. Somit erfolgt ein beträchtlicher Bruchteil des Expansionstakts AC, der bei DaA dargestellt ist, nachdem die Verbrennungswärme den Gasen in ihrer Gesamtheit übertragen wurde. Die Linie AB stellt dagegen die tatsächliche Verbrennung dar, wenn der Frühzündungswinkel Null ist Die Verbrennung beginnt, wenn sich der Kolben in seinem Totpunkt befindet: Nur der verringerte Bruchteil BC des Hubs ,4C wird betroffen, nachdem alle Verbrennungswärme auf die Gase übergegangen ist Der Wirkungsgrad eines Verbrennungszyklusses entsprechend einem Frühzündungswinke! von <* = 0 erscheint somit mit Sicherheit geringer als jener, der mit einem von Null verschiedenen Frühzündungswinkcl erreicht wird. Aus obigem ergibt sich jedoch nicht, daß bei Erhöhung von α der Wirkungsgrad auf einen optimalen Wert ansteigt, wonach er sich wieder verringert, noch ergibt sich daraus, daß dieser Optimalwert in Beziehung mit dem Wert des Verhältnisses /xlß steht, das in erster Näherung konstant ist, wenn die Betriebsparameier der Brennkraftmaschine geändert werden. In zweiter Näherung kann sich der optimale Wert von &lß etwas als Funktion eines oder mehrerer der Betriebsparametcr der Brennkraftmaschine ändern.

Es wurde somit in Betracht gezogen, die Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung auszustatten, welche eine kontinuierliche Ablesung der Werte von α und β während des Betriebs ermöglicht, d. h. der Drehwinkel der Kurbelwelle relativ zum Totpunkt gegenüber den Winkeln, an denen die Verbrennung jeweils beginnt und beendet ist

Entsprechend einer ersten Ausführungsform für den Fall, bei welchem die Verbrennung mit einer Verzögerung gegenüber dem Zeitpunkt des Zündfunkens an der Zündkerze von Null oder von vernachlässigbar kleinem Wert beginnt wird der Wert von α entsprechend dem Beginn der elektrischen Entladung festgelegt, während der Wert β mit einer lonisationssonde im Innern des Verbrennungsraumes in einem von der Zündkerze am weitesten wegliegenden Bereich ermittelt wird, den die Flammenfront zuletzt erreicht, d. h. wenn das Gemisch bereits zu 100% verbrannt ist Der als Folge der Ankunft der Flammenfront auftretende Temperaturanstieg führt in der Tat zu einer intensiven Ionisierung des Gases und der entsprechende plötzliche Anstieg der Leitfähigkeit zwischen den Elektroden der lonisationssonde stellt das Signal dar, welches den Winkel/iangibt. Bei einer zweiten Ausführungsform für den allgemeinen Fall und somit auch, wenn eine gewisse oder beträchtliche Verzögerung des Beginns der Verbrennung gegenüber dem Beginn der elektrischen Entladung vorliegt, wird eine zweite lonisationssonde verwendet, die in dem Verbrennungsraum in einer Lage angeordnet ist, die sehr nahe an der Zündkerze liegt wobei der Anstieg der Ionisierung in der zweiten Sonde das Signal hervorruft, welches den Winkel χ festlegt

Bei beiden Ausführungsformen ist vorgesehen, daß die Brennkraftmaschine mit einer herkömmlichen Zündanlage ausgestattet ist, welche die elektrische Entladung an der Zündkerze mit einem geeigneten Phasenwinkel veranlaßt, d. h. einer geeigneten Frühzündung gegenüber dem Totpunkt, der der üblichen Grundeinstellung des Frühzündungswinkels als Funktion von zumindest einigen Betriebsparametern der Maschine, wie Drehzahl und Ansaugdruck und dergleichen, entspricht Ferner ist vorgesehen, daß die Brennkraftmaschine mit einer elektronischen Schaltung ausgestattet ist die beispielsweise ein Phasensignal bezüglich der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erhält sowie ein Signal bezüglich der Maschinendrehzahl. Eine derartige Schaltung erhält auf jeden Fall ein Signal entsprechend α und β gemäß den vorausgehend beschriebenen beiden Ausführungsformen, oder Signale, welche es der Schaltung gestatten, die Werte von χ und β zu erfassen. Die elektronische Schaltung ist darüber hinaus mit einer Einrichtung ausgestattet, welche es ermöglicht die Werte von α und β miteinander zu vergleichen und ferner, den Wert des Verhältnisses alß mit einem vorgewählten Wert von K zu vergleichen.

Abhängig davon, ob das Verhältnis «Iß kleiner als, gleich groß wie oder größer als K ist, kann die Schaltung ein Steuersignal abgeben, das jeweils als positives Signal, Nullsignal oder negatives Signal festgelegt werden kann. Ferner ist vorgesehen, daß die Brennkraftmaschine eine zwischen der elektronischen Schaltung und der Zündanlage eingesetzte Einrichtung aufweist, die ein derartiges positives oder negatives Signal empfängt und ihrerseits eine schnelle, fortschreitende Erhöhung, oder eine schnelle, fortschreitende Verringerung des Früh-Eündungswinkels veranlaßt, wie er durch die erwähnte übliche Grundeinstellung der Zündvoreilung geliefert wird: Somit kann eine kontinuierliche Korrektur den Frühzündungswinkel auf einen Wert bringen, bei welchem das Verhältnis xlß jene Größe annimmt, die dem optimalen Maschinenwirkungsgrad entspricht Als weitere Verbesserung ist vorgesehen, falls der dem optimalen Wirkungsgrad entsprechende Wert K nicht konstant ist, sondern sich etwas als Funktion eines oder mehrerer charakteristischer Betriebsparameter der Maschine, wie Drehzahl, Ansaugdruck und dergleichen ändert, daß Signale bezüglich des erwähnten charakteristischen Betriebsparameters oder mehreren derselben die elektronische Schaltung erreichen, um den Wert von K zu ändern, gegenüber dem der Wert von »Iß verglichen werden muß.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung der Zündzeitpunktverhältnisse,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Einstellung der Frühzündung bei einer Brennkraftmaschine mit Merkmalen nach der Erfindung,

F i g. 3 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der elektronischen Schaltung, wie sie in den Fig.2 und 3 Verwendung finden kann.

Zur Erläuterung der Erfindung zeigt F i g. 2 in schematischer Form eine Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung. Fig. 2 stellt den Rahmen einer Vierzylindermaschine bei Betrachtung in einer Richtung parallel zu den Achsen der Zylinder 2, 3, 4 und 5 dar, wobei die Verbrennungskammern der vier Zylinder schematisch dargestellt sind und die jeweiligen Zündkerzen 6, 7, 8 und 9 über Kabel 10, 11, 12 und 13 mit einer Zündanlage 14 verbunden sind Eine Ionisationssonde 15 ist im Inneren des Verbrennungsraumes 5 angeordnet und zwar in dem von der Zündkerze 9 am weitesten entfernten Abschnitt, d. h. in einer Lage, in welcher das Gemisch zuletzt verbrannt wird. Die Ionisationssonde 15 ist über eine Leitung 16 mit der elektronischen Schaltung 17 verbunden, die über eine Leitung 30 an die Zündanlage 14 angeschlossen ist, wobei die Leitung 30 der Zündanlage das Signal bezüglich des Beginns der Zündung der Zündkerze 9 liefert Die elektronische Schaltung 17 ist ferner über eine Leitung 18 mit einem Fühler 19 für das Phasensignal und möglicherweise für die Kurbelwellendrehzahl verbunden, wobei die Kurbelwelle außerhalb der Rahmenplatte 1 mit einem Zahnrad 20 versehen sein kann. Die elektronische Schaltung 17 wird anschließend über die Leitung 21 mit der Phasenanzeigevorrichtung 22 verbunden, die elektronisch oder elektromechanisch ausgeführt sein kann, wobei die Vorrichtung 22 über einen Anschluß 23, der elektrisch oder mechanisch sein kann, mit der Zündanlage 14 verbunden ist, um den Frühzündungswinkel zu ändern.

Wie vorausgehend ausgeführt wurde, empfängt die elektronische Schaltung 17 die Signale für die Ermittlung der Winkel otlß, wobei die Schaltung abhängig davon, ob al β kleiner oder größer als der vorgewählte Wert K ist, mittels der Einrichtung 22, die Zündanlage

ίο 14 zwecks einer schnellen und allmählichen Erhöhung der Zündvoreilung oder einer schnellen allmählichen Verringerung des Frühzündungswinkels steuern kann.

Die elektronische Schaltung 17 tastet ferner über den Anschluß 24 den Ansaugdruck in der Einlaßleitung 25 der Maschine stromabwärts der Drosselklappe 26 im Vergaser 27 ab. Auf diese Weise kann die Schaltung 17 gegebenenfalls freigegeben werden, um den Wert K auf der Basis des Drehzahl-Parameters (über den Anschluß 18) und des Ansaugdruck-Parameters (über den An-Schluß 24) zu modifizieren.

In Fig.3 sind alle schematisch dargestellten Bauelemente die gleichen wie in F i g. 2, mit der Ausnahme, daß in dem mit der Zündkerze 9 versehenen Verbrennungsraum 5 zusätzlich zur Ionisationssonde 10 und seinem Anschluß 16 eine weitere Ionisationssonde 28 in einem der Zündkerze eng benachbarten Abschnitt angeordnet ist. Die letztere Sonde liefert über einen Anschluß 29 der elektronischen Schaltung 17 das Signal zur Ermittlung des Winkels a, das dem Beginn der Verbrennung entspricht.

F i g. 4 zeigt in einem Blockschaltbild ein tatsächliches Ausführungsbeispiel der elektronischen Schaltung 17 gemäß den F i g. 2 und 3.
In F i g. 4 sind die Leitungen 16,18, 30 gemäß F i g. 1 angegeben, welche der Schaltung 17 die zu verarbeitenden Signale zuführen. Das Steuersignal für die Zündung, welches die Zündanlage 14 der Zündkerze 9 übermittelt und welches durch eine Leitung 30 fließt, wird in einem Form- und Pegeladapter 40 verarbeitet und erreicht über eine Leitung 41 einen Eingang einer logischen Fehlanpassungs-Torschaltung 42 (die als ODER-Schaltung ausgebildet ist). Der zweite Eingang der Torschaltung 42 erhält über eine Leitung 43 und eine Leitung 45 ein zweites Signal, welches von einem Form- und Pegeladapter 44 geliefert wird, dessen Eingang mit der Leitung 18 verbunden ist Das von der Leitung 18 kommende Signal bestimmt den Zeitpunkt an dem sich der Kolben des Zylinders 5 an seinem oberen Totpunkt befindet

so Der Ausgang der Torschaltung 42 ist über eine Leitung 46 mit dem Eingang eines bistabilen Multivibrators 47 verbunden und letzterer ist über eine Leitung 4S seinerseits mit der Fortschalteingangsklemme eines vorwärts- und rückwärtszählenden Zählers 49 verbunden. Der Zähler 49 empfängt andererseits über eine Leitung 50 eine Folge von Impulsen konstanter Frequenz, die von einem Taktgenerator 51 abgegeben wird. Ein Form- und Pegeladapter 52 ist mit der Leitung 16 verbunden, die das von der Ionisationssonde 15 gemäß Fig.2 gelieferte Ionisationssignal führt Über Leitungen 53 und 54 gelangt das Ausgangssignal des Adapters 52 zur Eingangsklemme einer Fehlanpassungs-Logik-Torschaltung 55 (die als ODER-Schaltung ausgebildet ist), wobei der zweite Eingang dieser Schaltung über eine Leitung 56 das von der Leitung 18 gelieferte, den oberen Totpunkt betreffende Signal aufnimmt

Der Ausgang der Logik-Torschaltung 55 ist über eine Leitung 57 mit einem bistabilen Multivibrator 58 ver-

ίο

bunden, dessen Ausgang über eine Leitung 59 an den Eingang eines vorwärts- und rückwärtszählenden Zählers 60 angeschlossen ist. Der Zähler 60 empfängt über eine Leitung 61 eine Folge von Impulsen konstanter Frequenz, die vom Taktgenerator 51 geliefert werden.

Von der Leitung 53 zweigt eine Leitung 62 ab, die zu einem monostabilen Multivibrator 63 führt. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 63 ist über Leitungen 64 und 65 mit dem rückwärtszählenden Eingang des Zählers 49 und über eine Leitung 66 mit dem rückwärtszählenden Eingang des Zählers 60 verbunden.

Der Ausgang des Zählers 49 ist über Leitungen 67 und 68 mit einem Eingang einer Logik-Torschaltung 69 (die als UND-Schaltung ausgebildet ist) verbunden, wobei von der Leitung 67 eine Leitung 70 abzweigt, die über eine logische NICHT-Schaltung 71 (welche einen niedrigen Spannungspegei in einen hohen Spannungspegel umwandeln kann und umgekehrt) und eine Leitung 72 an den Eingang einer logischen Torschaltung 73 (die als UND-Schaltung ausgebildet ist) geführt ist

Der Ausgang des Zählers 60 ist über eine Leitung 74, eine Logik-Torschaltung 75, die als NICHT-Glied ausgeführt ist und einen niedrigen Spannungspegel in einen hohen Spannungspegel umwandeln kann und umgekehrt, und eine Leitung 76 mit dem zweiten Eingang der Logik-Torschaltung 69 verbunden und ferner über eine von der Leitung 74 abzweigende Leitung 77 mit dem zweiten Eingang der Logik-Torschaltung 73.

Der Ausgang 78 der Logik-Torschaltung 69 und der Ausgang 79 der Logik-Torschaltung 73 sind mit der in F i g. 2 dargestellten Leitung 21 verbunden. Das von der Zündkerze gelieferte Zündsignal, welches mittels der Leitung 30 über den Adapter 40, die Logik-Torschaltung 43 und den bistabilen Multivibrator 47, dem vorwärtszählenden Eingang des Zählers 49 zugeführt wird, gibt den Zähler 49 frei, um die Impulse konstanter Frequenz, die er von der Leitung 50 aufnimmt, zu zählen. Der Steuerbefehl zum Stoppen der Zählung wird dem Zähler 49 durch die Leitung 18 über den Adapter 44, die Logik-Torschaltung 42 und den bistabilen Multivibrator 47 übermittelt, so oft über die gleiche Leitung 18 das Signal übermittelt wird, welches den Zeitpunkt angibt, in welchem der Kolben des Zylinders 5 sich an seinem oberen Totpunkt befindet

Damit stellt die Anzahl der Impulse konstanter Frequenz, die vom Zähler 49 in der Zeitspanne zwischen den beiden Signalen addiert werden, den Winkel α dar. Das Signal, welches den Zeitpunkt festlegt, in welchem der Kolben des Zylinders 5 sich an seinem oberen Totpunkt befindet, wird ferner über die Leitung 18 dem yApyarfc7flMpr)f}An EiK⁰Sn" des Zählers 60 zugeführt und zwar über den Adapter 44, die Logik-To/schaltung 55 und den bistabilen Multivibrator 58. Dieses Signal gibt den Zähler 60 frei, um die Zählung der Impulse konstanter Frequenz zu beginnen, die er von der Leitung 61 erhält Der Befehl zum Anhalten der Zählung wird dem Zähler 60 auf der Leitung 16 über den Adapter 52, die Logik-Torschaltung 55 und den bistabilen Multivibrator 58 übermittelt, so oft auf der gleichen Leitung 16 das von der Ionisationssonde 15 gelieferte Ionisierungssignal vorhanden ist, wenn das im Inneren der Sonde vorhandene Gemisch verbrennt

Somit stellt die Anzahl der vom Zähler 60 in der Zeitspanne zwischen den beiden Signalen gezählten Impulse konstanter Frequenz den Winkel /dar.

Das von der lonisierungssonde 15 abgegebene Ionisierungssignal gelangt ferner über die Leitung 62 zum monostabilen Multivibrator 63 und über die Leitungen 64,65 und 66 zu den rückwärtszählenden Eingängen der Zähler 49 und 60. Dieses Signal veranlaßt die beiden Zähler zur Rückwärtszählung der von beiden Zählern ermittelten Impulse bis zur Rückstellung. Sobald die Rückstellung erfolgt ist, erscheint am Ausgang des jeweiligen Zählers ein Rückstellsignal.

Wird der Zähler 49 vor dem Zähler 60 zurückgestellt, so erscheint am Ausgang des Zählers 49 ein Signal, beispielsweise ein hoher Spannungspege!. während am Ausgang des Zählers 60 kein Signal auftritt, sondern dort beispielsweise ein niedriges Spannungssignal anliegt. Als Folge der Verh'Hung zwischen den Ausgängen der Zähler und den Logik-Torschaltungen 69 und 73 erscheint dann ein Signal mit hohem Spannungspegei am Ausgang 78 der Logik-Torschaltung 69, während kein Signal (niedriger Spannungspegel) am Ausgang 79 der Logik-Torschaltung 73 anliegt.

Dies bedeutet, daß der Winkel λ kleiner als der Winkel β ist, so daß im Falle, in welchem das optimale Verhältnis K zwischen den beiden Winkeln gleich 1 gewählt wurde, das Signal am Ausgang 78 die Zündanlage 14 gemäß Fig.2 steuert, um den Frühzündungswinkel zu vergrößern.

Wird schließlich der Zähler 80 ebenfalls zurückpcstellt, so ist die Schaltung für den anschließenden L;!ai sungszyklus für die Winkel α undy?eingestellt.

Wird der Zähler 60 vor dem Zähler 49 zurückgestellt, erscheint am Ausgang des Zählers 60 ein Signal, beispielsweise ein Signal mit hohem Pegel, während am Ausgang des Zählers 49 kein Signal vorhanden ist und dort beispielsweise ein niedriger Spannungspegel anliegt Infolge der Verbindung zwischen den Ausgängen der Zähler und der Logikschaltungen 69 und 73 erscheint am Ausgang 79 der Logik-Torschaltung 73 ein Signal (mit hohem Spannungspegel) während kein Signal (niedriger Spannungspegel) am Ausgang 78 der Logik-Torschaltung 69 anliegt

Dies bedeutet, daß der Winkel β kleiner als der Winkel λ ist und, falls das optimale Verhältnis K zwischen beiden Winkeln mit 1 gewählt wurde, steuert das Signal am Ausgang 79 das Zündsystem 14 gemäß F i g. 2, um den Frühzündungswinkel zu verkleinern. Wenn der Zähler 49 ebenfalls zurückgesetzt wurde, so ist die Schaltung für den folgenden Erfassungszyklus der Winkel χ und β bereit

Sollten die Zähler 49 und 60 gleichzeitig zurückgestellt werden, so erscheint das diesen Zustand anzeigende Signal an den Ausgängen beider Zähler, beispielsweise ein Signal mit hohem Spannungspegel auf der Leitung 67 und ein Signal mit hohem Spannungspegel auf- A*T I Altlinar 7Δ' Flioeo keimen Cmnnla ..^₁-Ln_n ...*»_« _:~ — — —— -»-.._b . .. »·«..»«. wvnibn Migtiai^ mini.il, Wt*nii 31t an den Logik-Torschaltungen 69 und 73 über die beschriebenen Anschlüsse ankommen, derart daß an den Ausgängen der beiden Logik-Torschaltungen 78 und 79 jeweils kein Signal anliegt d.h. ein niedriger Spannungspegei vorhanden ist

Das Fehlen von Signalen an den Ausgängen der beiden Logik-Torschaltungen 69 und 73 zeigt an, daß die Winkel ec und β gleich groß sind, und falls das optimale Verhältnis K zwischen beiden gleich 1 ausgewählt wurde, gibt es den korrekten Motorlaufzustand an, so daß keine Berichtigung der vom Zündsystem 14 gemäß F i g. 2 gesteuerten Frühzündung erforderlich ist
Selbstverständlich wird bei der Anordnung nach

Fig.3 der Form- und Pegeladapter 40 mit der Leitung 29 verbunden sein, die von der lonisierungssonde 28 kommt und nicht von der Leitung 30 gemäß F i g. 4.
Bei Verwendung unterschiedlicher Frequenzen für

die beiden Zähler und somit zweier unterschiedlicher
Impulsgeneratoren mit konstanter Frequenz wird es
möglich, daß die Schaltung nach F i g. 4 mit einem optimalen Verhältnis K von al β arbeitet, das von 1 verschieden ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

25

30

35

40

45

S ⁵⁵

S 60

i'-i 65

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Einstellung der Frühzündung bei einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einer Zündanlage, die über eine elektronische Schaltung ansteuerbar ist, aus wenigstens einer Ionisationssonde im Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine, die an einer von der Zündkerze des Verbrennungsraums so weit entfernten Stelle angeordnet und mit der elektronischen Schaltung verbunden ist, daß damit das Ende der Verbrennung zur Liefening eines entsprechenden Signals (drittes Signal) erfaßt werden kann, aus einer Sonde zur Abgabe eines die Totpunktlage anzeigenden Signals (zweites Signal), aus einer Einrichtung zur Erfassung eines Winkels, der vor der oberen Totpunktlige liegt und eines Winkels, der hinter der oberen Totpunktlage liegt und zur Lieferung entsprechender Signale an die elektronische Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fühleinrichtung (28) zur Abgabe eines ersten, die Entstehung der Flammenfront im Verbrennungsraum mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine anzeigenden Signals vorgesehen ist, daß die elektronische Schaltung (17) aus dem ersten und dem zweiten Signal ein den Winkel (λ) darstellendes viertes Signal erzeugt, um den sich die Kurbelwelle vom Beginn der Verbrennung bis zur oberen Totpunktlage dreht, weiter aus dem zweiten und dem dritten Signal ein den Winkel (ß) darstellendes fünftes Signal erzeugt, um den sich die Kurbelwelle von der oberen Totpunktlage bis zum Ende der Verbrennung drehv, und daß eine Schaltungsanordnung (69—75, 71—73) vorgesehen ist, welche das vierte und das fünfte Signal miteinander vergleicht und die feststellt, ob das Verhältnis dieser beiden Signale kleiner, größer oder gleich einem vorgegebenen Wert (K) ist, dei' einer vorgewählten optimalen Frühzündung entspricht, und die bei einer Abweichung des besagten Verhältnisses von diesem Wert (K)der Zündanlage (14) Steuersignale zur entsprechenden Änderung der Frühzündung zuleitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung (28) aus einer lonisationssonde besteht

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert (K), mit dem das Verhältnis (xlß) verglichen wird, als Funktion von mindestens einem der charakteristischen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Aanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung einen ersten vorwärts- und rückwärtszählenden Zähler (49) aufweist, der an einen Impulse konstanter Frequenz liefernden Taktgenerator (51) angeschlossen ist, sowie einen zweiten vorwärts- und rückwärtszählenden Zähler (60), der ebenfalls an einen Impulse konstanter Frequenz liefernden Taktgenerator (51) angeschlossen ist, wobei der Triggereingang für Vorwärtszählung des ersten Zählers das Signal der Fühlereinrichtung (28) von zumindest einem der Zylinder der Brennkraftmaschine erhält, wodurch der Zähler in die Lage versetzt wird, die Zählung der Impulse konstanter Frequenz zu beginnen, sowie das Signal, welches ilen /ciipunkl festlegt, in wel- w\ i-hciii sieh der Kolben des inliageslehenden Zylinders an seinem oberen Totpunkt befindet an einem Triggereingang empfängt, wodurch der Zähler (49) zum Anhalten der Zählung der Impulse konstanter Frequenz veranlaßt wird, wobei ferner der Eingang für Vorwärtszählung des zweiten Zählen» (60) das gleiche Signal empfängt, weiches den Zeitpunkt be stimmt, in dem sich der Kolben des inf ragestehenden Zylinders an seinem oberen Totpunkt befindet, wodurch der gleiche Zähler die Zählung der Impulse konstanter Frequenz beginnt, sowie das Signal der Beendigung der Verbrennung an einem Triggereingang empfängt, das durch den Ionisationssensor (15) geliefert wird und das den gleichen Zähler veranlaßt, die Zählung der Impulse konstanter Frequenz zu beenden, wobei schließlich die Anzahl der vom ersten Zähler (49) addierten Impulse den Winke! tx darstellt, die Anzahl der vom zweiten Zähler (60) addierten Impulse den Winkel β darstellt, und schließlich der Triggereingang für Rückwärtszäh lung des ersten Zählers (49) und der Triggereingang für Rückwärtszählung des zweiten Zählers (60) das Signal der Beendigung der Verbrennung des Gemisches erhalten, welches die gleichen Zähler bis zur Rückstellung zur Rückwärtszählung veranlassen, die Zähler(49,60) mit zugeordneten Logik-Torschaltungen (69, 73) verbunden sind, an deren Ausgängen Signale auftreten, die den Rückstcllzustand von zumindestens einem der Zähler anzeigen, wobei das Vorliegen des Rückstellsignals an nur einem der Ausgänge der Logik-Torschaltung (69, 73) anzeigt, daß der Winkel tx zum Winkel β in einem anderen als dem vorbestimmten Verhältnis steht, während das gleichzeitige Vorliegen des Rückstellsignals an beiden Ausgängen der gleichen Logik-Torschaltungen (69, 73) anzeigt, daß der Winkel « gleich groß wie der Winkel/?ist.