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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft die Impulstechnik und bezieht sich insbesondere
auf Verfahren zur Erzeugung von Steuerimpulsen, beispielsweise für eine elektrische
iunkenzündung von Verbrennungsmotoren mit der Einstellung einer Früh- oder Spätzündung
mit elektrischen Mitteln.
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Am erfolGreichsten kann die vorliegende Erfindung in der Kraftfahrzeugindustrie
und im Machinenbau benutzt werden.
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Im Zusammenhang mit der sprunghaften Erhöhung der Anforderungen hinsichtlich
der Wirtschaftlichkeit, der Toxizität von Abgasen sowie an ein dynamisches Verhalten
von Automobilen entsteht in letzter Zeit das Problem einer exakten und flexiblen
Regelung des Zündmomentes in Abhängigkeit von der
Betriebsart der
Verbrennungsmotoren.
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Es ist ein Verfahren zur Erzeugung von Steuer impulsen für eine elektrische
Funkenzündung eines Verbrennungsmotors Cs. die DT-PS 2339755, 1973, Internat. Kl.
F02p 3/00 und B02p 5/08) bekannt, nach dem eine Zahl A von im Laufe eines vorgegebenen
Zeit intervalls t erscheinenden, mit einer Drehbewegung des Schwungrades des Verbrennungsmotors
synchronisierten. Winkelimpulsen ermittelt und dann zwecks Optimierung des Steuergesetzdie
Zahl A in eine Zahl B umgewandelt, die erhaltene Zahl B von einer Zahl C (von einer
vorgegebenen Phase # o der Bewegung des Objektes bis zum oberen Totpunkt erscheinender
Impulse abgezoQ gen und eine Zurechnung einer Zahl D von Winkelimpulsen, beginnend
mit einer nach der Phase 0 vorgegebenen Lage des Schwungrades des Verbrennungsmotors,
bis zur Erfüllung einer Gleichheit B+D=C, vorgenommen wird.
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Das beschriebene Verfahren setzt das Vorhandensein eines Zählers
für die Anfangs zahl A und eines Haupt zählers zur Ausführung von Uperationen einer
Subtraktion und Zurechnung in den Steuereinrichtungen für eine Zündung bei Verbrennungsmo
toren voraus, was die Steuereinrichtungen kompliziert, ihre Zuverlässigkeit herabsetzt
und ihre Kosten erhöht.
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Es ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Zündauslöseimpulses bekannt,
das in der deutschen Patentschrift 2010999 beschrieben ist, nach dem Bezugs- und
Auslösefolgen erzeugt werden, die der Wellenbewegung des Verbrennungsmotors synchron
zugeordnet sind. Dabei wird der Beginn der Bezugsfolgeerzeugung durch die erste
Winkelmeßstellung der Wolle in der Regel von einem Winkelgeber bestimmt. Der Beginn
der Erzeugung der Auslösefolge
wird von der zweiten Meßstellung
der Welle bestimmt, die entweder vom zweiten Winkelgeber oder mittels einer Rechenvorrichtung
bestimmt wird, die eine bestimmte der Bewegung synchron zugeordnete Impulszahl zählt,
beginnend mit der ersten MeBstellung.
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Es ist auch ein Verfahren zur Erzeugung von Steuerimpulsen für eine
Zündung (s. die FR-PS Nr. 2258549, 1975, Internat. Kl. F02p 5/08) bekannt, nach
dem eine Umwandlung von Winkelimpulsen im Laufe eines vorgegebenen Zeitintervalls
t in einen Kode A und eine Umwandlung von einem oder mehreren Betriebsparametern
des Verbrennungsmotors in einen Kode B, beginnend mit der ersten Meßstellung, sowie
eine Umwandlung von Winkelimpulsen im Verlaufe der Zeit nach der zweiten MeX-stellung
in einen Kode C vollzogen werden, bis die Summe der Kodes A,B,C einem vorgegebenen
Kode D gleich geworden, d.h.
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bis die Gleichung A+B+C=D erfüllt ist.
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Das genannte Verfahren beruht auf der Ermittlung zweier Meßstellungen,
was die das Verfahren realisierenden Steuereinrichtungen kompliziert, deren Zuverlässigkeit
herabsetzt und deren Kosten erhöht. Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die
obengenannten nachteile zu überwinden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und sicheres
Verfahren zur Erzeugung von Steuerimpulsen, beispielsweise für eine elektrische
Funkenzündung von Verbrennungsmotoren durch Ermittlung einer Meßstellung eines Objektes
für
eine Periode seiner Bewegung zu schaffen.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Verfahren zur
Erzeugung von Steuerimpuleen, beispielsweise rür eine elektrische Funkenzündung
eines Verbrennungsmotors, das eine Umwandlung eines Zeitsteuerungsintervalls in
einen Kode A, eine Umwandlung eines oder mehrerer Betriebsparameter des Motors in
einen Kode B sowie eine Umwandlung der laufenden Zeit in einen Kode C und einen
Vergleich einer Summe der Kodes A,B,C mit einem vorgegebenen Kode D einschließt,
was den Augenblick der Erzeugung eines uteuerimpulses bestimmt, gemäß der erfindung
die Umwandlung des Zeitsteuerunggintervalls in den Kode A, die Umwandlung eines
oder mehrerer betriebsparameter des Verbrennungsmotors in den Kode B bis zur Meßstellung
eines bewegliohen Objektes und die Umwandlung der laufenden Zeit in den Kode C,
beginnend mit der Meßstellung, vorgenommen werden, wobei die Bestimmung der Meßstellung
ftlr jede Bewegungsperiode des Objekts einmal erfolgt.
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Es ist zweckmäßig, als Anfangs der Umwandlung des Zeitsteuerungsintervalls
in den Kode A und der Umwandlung eines oder mehrerer Betriebsparameter des Verbrennungsmotors
in den Kode B den Zündmoment des Verbrennungsmotors im vorhergehenden Arbeitsspiel
auszunutzen.
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Das vorgeschlagene Verfahren zur Erzeugung von Steuerimpulsen, beispielsweise
für die elektrische Funkenzündung eines Verbrennungsmotors, gestattet es, das Steuergesetz
für die Zündung zu optimieren, die Steuereinrichtungen zu vereinfachen, deren Zuverlässigkeit
zu erhöhen und deren Kosten
zu senken.
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Die Erfindung soll nachstehend an IIand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 eine grafische darstellung des Zündwinkels # in Abhängigkeit von der Drehzahl
eines Objektes, beispielsweise des Schwungrades eines Motors; Fig. 2 ein Oszillogramm
von Steuerimpulsen für eine Betriebsart des Motors A -O,B =1; Fig. 3 ein Oszillograizun
von mit einer minimal möglichen Frequenz 9 folgenden Winkel impulsen; Fig. 4 ein
Oszillogramm von ursprunglichen MeXimpulsen; Fig. 5 ein Oszillogramm eines Zeitsteuerungsintervalls;
Fig. 6 ein Oszillogramm von Kodes A,B,C für eine Betriebsart mit minimaler Geschwindigkeit;
Fig. 7 ein Oszillogranm von Steuerimpulsen für eine Folgefrequenz f2> f1 von
Winkelimpulsen; Fig. 8 ein Oszillogramm von bei einer Frequenz f2> f1 folgenden
Winkelimpulsen; Fig. 9 ein Oszillogramm vnn ursprünglichen Meßimpulsen; Fig. 10
ein Oszillogramm eines Zeitsteuerungsintervalls; Fig. 11 ein Oszillogramm von Kodes
A,B,C für eine Betriebsart mit mittlerer Geschwindigkeit des Motors; Fig. 12 ein
Oszillogramm von Steuerimpulsen für eine Folgefrequenz f3 > f4 von Winkelimpulsen;
Fig. 13 ein Oszillogramm von mit einer maximalen Frequenz
f3>
f2 folgenden Winkelimpulsen; Fig. 14 ein Oszillogramm von ursprünglichen Messimpulsen;
Fig. 15 ein Oszillogramm eines Zeitsteuerungsintervalls; Fig, 16 ein Oszillogramm
von Kodes A,B,C für eine Betriebsart mit maximaler Geschwindigkeit.
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Das Verfahren zur Erzeugung von Steuerimpulsen, beispielsweise für
die elektrische Funkenzündung eines Verbrennungsmotors, beruht auf der Erzeugung
von mit der Bewegung eines Objektes, beispielsweise des Schwungrades des Motors,
synchronisierten Winkelimpulsen mit Hilfe eines über dem Schwungrad angeordneten
Impulsgebers,wobei beim Durchgang eines jeden Zahnes des Schwungradkranzes unter
dem Geber ein Winkelimpuis erzeugt wird. Beim Durchgang eines einzigen markierten
Zahnes des Schwungrades unter dem Geber erzeugt der Impulsgeber einen für jede Umdrehung
des Schwungrades einzigen ursprunglichen Messimpuls. Der Messimpuls kann auch durch
einen getrennten,nur auf den markierten Zahn reagierenden Impulsgeber erzeugt werden.
An Stelle des Schwungrades kann eine Winkelmarkierungen (Zähne, Locher, Einschnitte
u.a.) und eine Anfangemarke aufweisende spezielle Scheibe benutzt werden.
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Darüber hinaus gibt es einen oder mehrere Geber für Betriebsarten
eines Verbrennungsmotors, die z.B. Temperatur, Belastung, Stellung der Drosselklappe,
Saugdruck im Saugrohr des Vergasers und andere Parameter in Form einer Impulsserie
(von Impulsserien) anzeigen, wobei sich die Impulszahl in Jeder Serie in Abhängigkeit
von der Betriebsart des Motors andert.
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Gemäss dem Verfahren werden vor der Messstellung des Objektes, beispielsweise
des Schwungrades des Verbrennungsmotors,
vorzugsweise nach der
Erzeugung eines Steuer impulses im vorhergehenden Arbeitsspiel des Motors die im
Laufe eines vorgegebenen Zeitintervalls (Zeitsteuerungsintervalls) erzeugten Winkelimpulse
in einen Kode A umgewandelt und dieser Kode in eine Recheneinrichtung eingeschrieben.
Die Umsetzung des Zeitsteuerungsintervalls in den Kode A geschieht beispielsweise
wie folgt. Jeder der im Laufe des Zeitsteuerungsintervalls erzeugten Winkel impulse
der ersten Serie ß1 wird mit einem Faktor α1 (ß 1 - eine positive ganze Zahl,
α 1 1 eine positive oder negative ganze oder Bruchzahl)in der Weise multipliziert,
daX in die Recheneinrichtung jeder der Bi Winkelimpulse als Zahl α1 eingeschrieben
wird. Ist α1 eine positive ganze Zahl, entspricht dies einer Summation; ist
α1 negativ, entspricht dies einer Subtraktion. Ist α1 = γ1 / γ2
(worin ganze Zahlen sind) eine Bruchzahl, bedeutet das, das für 2 Winkelimpulse
aus der Zahl ß1 der während eines Zeitsteuerungsintervalls gerormten Winkelimpulse
in der Recheneinrichtung eine Summation oder Subtraktion (in Abhängigkeit vom Vorzeichen
α1 ) der Zahl γ 1 erfolgen wird.
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So ist z.B. alpha;1 = 1/2. Das bedeutet, daß jeder zweits Impuls
von der Zahl 3 1 in die Recheneinrichtung als "+1" eingeschrieben wird.
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Die auf die Serie 131 folgenden Winkelimpulse der serie werden in
die Recheneinrichtung, beginnend mit dem (ß1 +1)--ten und multiplizierr mit einem
faktor α α2, eingeschrieben, worin α2, B2 sinngemäß den Zahlenα1,ß1
analog sind, usw.
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Im ergebnis wird für ein Zeitsteuerungsintervall in die Recheneinrichtung
der von der Drehgeschwindigkeit des Schwungrades
abhängige Kode
A eingeschrieben, denn je gröber die Drehgeschwindigkeit ist, eine desto größere
Zahl der Winkelimpulse wird während es vorgegebenen Zeitsteuerunaintervalls formiert.
Dieser Kode wird in allgemeiner Form als
eingeschrieben, wobei n =1 ,2,3 bedeuten. Nach Ablauf des Zeitsteuerungsintervalls
erfolgt die Umwandlung eines oder mehrerer Betriebsparameter des Motors in einen
Kode B - die Einschreibung der Zahl B.
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Ferner wird nach der Erzeugung eines ursprünglichen Meßimpulses die
laufende Zeit in einen Kode C in folgender Weise umgewandelt. Jeder der nach dem
ursprünglichen Meßimpuls formierten Winkelimpulse der Serie ßO (worin ßO eine ganze
positive Zahl ist) d.h. der Kode C =α oßo, wird in die Recheneinrichtung,
multipliziert mit einem Faktor o(o (in Analogie zu o<, ...αn), eingeschrieben,
bis die Summe der Kodes A,B,C einem vorgegebenen Kode D gleich geworden, also bis
die Gleichung A + B + C = D (I) erfüllt ist, die den Augenblick der Erzeugung eines
Steuerimpulses bestimmt.
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Nachstehend soll ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße
Verfahren angeführt werden.
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Der Kode D wird unter der Voraussetzung einer gegensei tigen Anordnung
des oberen Totpunktes und des Anfangspunktes vorgegeben. Es sei D gleich 32.
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Die grafische Darstellung des Zündwinkels # in Abhänvon
der
Drehgeschwindigkeit des Motors (s. Fig,I) wird durch eine Formel für eine Transformation
eines Zeitsteuerungsintervalls in einen Kode A, beispielsweise durch A = α1
.ß1 + α2.ß2 + α.ß3, (2) vorgegeben, worin
bedeuten.
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Es sei unterstellt, daß der Kode B in Abhängigkeit vom Temperatur-,
Belastungszustand und ähnlichen Betriebszuständen des Motors ganzzahlige Werte von
0 bis 6 annehmen kann. Im Beispiel wird der Aufbau der grafischen Darstellung bei
drei Rotationsfrequenzen f1 2 und r3 des Motors bei einem Kode B =0 (4) V wiedergegeben.
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Die grafische Darstellung der Abhängigkeit des Zündwinkels Y° von
der Drehzahl CO des Schwungrades des Motors ist in Achsenrichtungen#,# wo #,# ein
Frühzündswinkel in Bezug auf beispielsweise den oberen Totpunkt des Motors und #,#
eine Drehzahl des Schwungrades des Motors ist, gezeigt. Auf der #-Achse sind Markierungen
mit einer durch einen Winkelabstand zwischen zwei aureinanderfolgenden Winkel impulsen
bestimmten Teilung von beispielsweise 10 der Umdrehung der Motorwelle aufgetragen.
Die Markierung #o entspricht dem Voreilwinkel des ursprünglichen Meßimpulses bezüglich
des oberen Totpunktes. Auf derCO -Achse sind Geschwindigkeitsmarken mit einer Teilung
für die Bestimmung einer Drehzahl von
beispielsweise 130 U/min
in Abhängigkeit v.on der Dauer des Zeitsteuerungsintervalls aufgetragen.
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Aus (1 ), ( 2 ), ( 3 ) und ( 4 ) folgt: C s D - - B = D - - (o(1.ß1
+ α2.ß2 + α3.ß3) (5) Aus der Transformationsformel für das Zeitsteuerungsintervall
( 2 ) und aus den Bedingungen (3) des Beispiels folgt, daß, beginnend mit dem ersten
im Laufe des Zeitsteuerung8-intervalls entstandenen Winkelimpuls, die ersten drei
Impulse der Serie B1 Je als Zahl 4 abgelesen werden.
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Auf dem anfänglichen Abschnitt 0 bis 1 der Geschwindrgkeitskoordinate
(s. Fig.I) geschieht für die Dauer des Zeitsteuerungsintervalls keine Änderung der
grafischen Darstellung, weil die Folgeperiode der Winkel impulse größer als die
Dauer des Zeitsteuerungsintervalls ist, dessen Formierung mit den Winkelimpulsen
synchronisiert ist. In dem Augenblick eines Vergleiches der Dauer des Zeitsteuerungsintervalls
mit der Folgeperiode der Winkelimpulse wird der erste Winkel impuls der Serie ß1
in die Zahl 4 umgesetzt. Die grafische Darstellung erfährt auf der Ordinatenachse
( y ) ein Inkrement von 4 winkelmäßigen diskreten Regelabschnitten und behält den
gewonnenen Wert über die Länge des Abschnitts 1 bis 2 bei, weil im betreffenden
Fall ( 5 ) die Form: 0 = 32 - 4 x 1 annimmt.
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Bei einer weiteren Änderung der Rotationsfrequenz des Schwungrades
in Richtung einer Vergrößerung am Ende des zweiten und des dritten Geschwindigkeitsabschnitts
(1 bis 2 und 2 bis 3)
erhält die grafische Darstellung jedesmal
ein Inkrement von 4, d.h. in dem Augenblick eines Vergleiches der Dauer des Ze it
steuerungsintervalls mit zwei Folge perioden der Winkelimpulse wird in die Recheneinrichtung
eine nachfolgende Zahl 4 eingeschrieben, worauf sich C w 32 - 4 x 2 ergibt. Eine
gleiche 'l'ransrormation erfährt auch der dritte Winkelimpuls, wobei C = 32 - 4
x 3 ist.
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Der nachrolgende - vierte - Winkelimpuls wird am Ende des Abschnitts
3 bis 4 in die Zahl 2 umgewandelt, weil α2 = 2 ist, und die grafische Darstellung
erhält ein Inkrement von 2 und A = 4 x 3 + 2 x 1 und C = 32 - (4 x 3 + 2 x 1) Ein
analoges Inkrement erhält die grafische Darstellung auf jedem der Abschnitte von
5 bis 8 der # -Achse, weil ist; dann ist aer Kode A = 4 x 3 + 2 x 5 Da der Faktor
α3 =1./2 ist, erhält die grafische Darstellung ein Inkrement von 1 nur am
Ende des zehnten Abschnitts der # -Achse und A = 4 x 3 + 2 x 5 + 1./2 x 2 Die nachfolgenden
Inkremente von 1 erhält die grafische Darstellung am Ende aer Abschnitte 12 und
14, weil B3 =6 ist, worauf die grafische Darstellung keine Geschwindigkeitsänderung
erfährt und den gewonnenen Wert bei Geschwindigkeitsänderung in Richtung einer Vergrößerung
beibehält.
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A = 4 x 3 + 2 x 5 + 1/2 x 6
Bei einer Geschwindigkeitsabnahme
wird sich die graf ische Darstellung in umgekehrter Folge ändern.
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Der maximale Führzündungswinkel beträgt also bei einer Drehahl des
Schwungrades über 1400 U/min 250.
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Beispiele für den Aufbau einer grafischen Darstellung bei manchen
Geschwindigkeiten unter Berückslchtigung eines Temperatur- und Belastungszustandes
des Motors werden in Fig.2 bis 6, 7 bis 11,12 bis 16. erläutert. In Fig. 2 bis 6
ist Beispiel für den Aufbau einer grafischen Darstellung bei einer Geschwindigkeit
unterhalb von 100 U/min, d.h. bei einem Kode A = 0 und bei einem Kode B - 1., wiedergegeben.
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In Fig. 7 bis 11 ist ein Beispiel für den Aufbau einer grafischen
Darstellung bei A = 4 x 3 + 2 x 4 und B = 4 wiedergegeben.
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In Fig. 12 bis 16 ist ein Beispiel für den Aufbau einer grafischen
Darstellung bei A = 4 x 3 + 2 x 5 + 1/2 x 6 und B w 6 aufgeführt.
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L e e r s e i t e