DE3012940C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen digitaler Zünd- und Schließwinkel-Signale für Verbrennungsmotoren mit einer mit einer Welle, insbesondere der Kurbelwelle, des Motors verbundenen Zahnkranz-Scheibe, einen der Welle zugeordneten Sensor, eine Zählschaltung, einen Speicher, der das Ausgangs­ signal der Zählschaltung aufnimmt und eine Rechenschaltung, die aus den aus der Zählschaltung sowie weiterer vom Betriebszustand des Motors abhängiger Signale die Zünd- und Schließwinkel-Si­ gnale errechnet, und die zusätzlich eine auf der Zahnkranz-Scheibe angeordnete Bezugsmarke aufweist, die mittels eines weiteren Sensors ein Signal erzeugt.

Eine solche Vorrichtung ist zum Beispiel aus der DE-OS 27 49 981 bekannt. Dort ist ein elektronisches Zündpunkteeinstellungs- Steuerungssystem für Verbrennungsmotoren beschrieben, bei dem eine Welle, z. B. die Nockenwelle, des Verbrennungsmotors mit einer Zahnkranz-Scheibe verbunden ist. Am Umfang dieser Zahn­ kranz-Scheibe ist eine Vielzahl von Zähnen in gleichem Abstand angeordnet, die bei Rotation über einen Sensor Drehwinkel- Signale bilden. Außerdem weist die Zahnkranz-Scheibe noch einen an einer vorbestimmten Stelle angeordneten Bezugszahn auf, der über einen Sensor zur Bildung eines Bezugswinkels vorgesehen ist. Eine Winkelimpulsschaltung beginnt bei an ihrem Eingang anliegendem Bezugswinkelsignal die Drehwinkelsignale zu zählen und bei einem bestimmten Wert eine Zündpunkteinstellungs-Rechen­ schaltung zu aktivieren.

In der DE-AS 23 39 755 ist eine weitere Vorrichtung zum Ver­ ändern der Zündwinkel-Stellkennlinie von Brennkraftmaschinen beschrieben, bei der die genannten Signale in direkter Ab­ hängigkeit durch eine fest mit der Kurbelwelle des Motors verbundene Zahnkranz-Scheibe gesteuert werden.

Diese bekannten Vorrichtungen zum elektronischen, unterbrecher­ losen Erzeugen von digitalen Zünd- und Schließwinkel-Signalen für Verbrennungsmotoren haben aber den Nachteil, daß sie nur mit gewisser Einschränkung die genannten Zünd- und Schließwinkel sicher festlegen. So haben die genannten Vorrichtungen den Nach­ teil, daß die statische Genauigkeit der ermittelten Signale durch die auf der Zahnkranz-Scheibe angeordneten Anzahl der Zähne gegeben ist und damit direkt von der Art der Zahnkranz- Scheibe abhängt.

Unserer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine hohe statische Genauigkeit bei der Erzeugung der digitalen Zünd- und Schließwinkel-Signale gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Zählschaltung aus einem Zahnzähler und einem Zeitzähler besteht, daß der Zahn­ zähler bis zu einer vorbestimmten Zahl zählt und daß beim Erreichen dieses Zählerstandes an seinem Ausgang ein Impuls ansteht, der den Zahnzähler auf 0 zurücksetzt und den Inhalt des Zeitzählers in den Speicher überführt, daß das Rechenwerk als asynchrones Rechenwerk ausgebildet ist, das unabhängig von der Kurbelwellenstellung mit größtmöglicher Geschwindigkeit die erforderlichen Zünd- und Schließwinkel errechnet, daß das Rechenwerk zwei Ausgangsgrößen ermittelt, die in zwei Speicher übertragen werden, wobei die eine im ersten Speicher gespeicher­ te Ausgangsgröße ein Maß für die Zeit ist, die ab einer bestimm­ ten Kurbelwellenstellung bis zur Öffnung des Primär-Stromkreises der Zündspule (Zündzeitpunkt) vergehen soll und die andere im zweiten Speicher gespeicherte Größe ein Maß für die Zeit ist, wie lange der Primär-Stromkreis geöffnet bleiben soll (Schließ­ winkel), daß den Speichern zwei Zähler für die Zünd- bzw. Öffnungszeit nachgeordnet sind, daß der Zähler für die Zündzeit durch das durch die Bezugsmarke mittels des Sensors erzeugte Si­ gnal gestartet wird, daß der Zähler sodann mit Impulsen konstanter Frequenz f _c heruntergezählt wird und beim Zählerstand 0 ein Impuls an den Leistungsteil (Zündsignal) abgegeben wird, und daß im Zündzeitpunkt der im Speicher gespeicherte Wert in den Schließsignal-Zähler übertragen, der Zähler gestartet und mit Impulsen konstanter Frequenz f _c heruntergezählt wird und beim Zählerstand 0 ein weiterer Impuls (Schließsignal) an den Leistungsteil abgegeben wird.

Unsere erfindungsgemäße Lösung hat zusätzlich den Vorteil, daß Zünd- und Schließsignal unabhängig voneinander mit Hilfe von zwei dem Rechenwerk nachgeschalteten Speichern, sowie zwei unabhängig voneinander arbeitenden Zählern bestimmt werden. Des weiteren können mit unserer erfindungsgemäßen Vorrichtungen auch Drehzahländerungen erfaßt werden, welche innerhalb von zwei Durchgängen der Bezugsmarke auftreten.

Durch unsere erfindungsgemäße Lösung ist gewährleistet, daß bei allen Drehzahlen zwischen der Erfassung der Eingangsgrößen und der Ausgabe der beiden Ausgangsgrößen eine bestimmte Zeit nicht überschritten wird, was insbesondere bei Beschleunigungsvor­ gängen von Bedeutung ist. Dies kommt daher, daß die maximale Drehzahländerung pro Zeiteinheit näherungsweise für alle Dreh­ zahlen konstant ist, womit auch die mögliche Drehzahländerung während der Rechenzeit ungefähr gleich bleibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Zünd- bzw. Schließwinkel-Signale.

In der Fig. 1 ist eine Scheibe 1 dargestellt, auf der sich ein - in der Figur nur teilweise dargestellter - Zahnkranz 2 befindet. Die Scheibe 1 ist fest mit der Kurbelwelle des Motors verbunden und kann beispiels­ weise die Anlasser-Zahnkranzscheibe eines Kraftfahr­ zeuges sein. In einem Sensor 3, welcher in der Nähe des Zahnkranzes 2 angeordnet ist, wird beim Vorbeilaufen, wobei sich die Scheibe 1 beispielsweise wie in der Fi­ gur darstellt in Pfeilrichtung bewegt, von jedem Zahn des Zahnkranzes 2 ein Impuls erzeugt. Die Impulse werden einem Zahnzähler 4 zugeleitet und von diesem gezählt. Der Zahnzähler 4 ist dabei so ausgelegt, daß er bis zu einer vorbestimmten Zahl zählen kann. Bei Erreichen dieses Zählerstandes erscheint am Ausgang 5 ein Impuls, welcher den Zahnzähler 4 auf Null zurücksetzt. Gleich­ zeitig wird mit dem am Ausgang 5 anstehenden Impuls der Inhalt des Zeitzählers 6 in den Speicher 7 über­ nommen und der Zeitzähler 6 über ein Verzögerungsglied 8 auf Null zurückgesetzt. Der Zeitzähler 6 wird mit Takt­ impulsen f _c fester Frequenz gespeist, beispielsweise durch eine von einem Quarzoszillator abgeleitete Fre­ quenz. Der in den Speicher 7 übernommene Wert des Zeit­ zählers 6 ist ein Maß für die Zeit, welche die Scheibe 1 für einen bestimmten Winkel, entsprechend einer bestimmten Zahl von Zähnen des Zahnkranzes 2, benötigt.

Der Inhalt des Speichers 7 wird dem asynchronen Rechen­ werk 9 übermittelt, das aus der im Speicher 7 enthalte­ nen Größe für die Umdrehungszeit des Motors, einer wei­ teren Lastgröße 10, welche z. B. der durchsetzten Luft­ menge im Ansaugrohr entspricht, der Motortemperatur 11 und der Batteriespannung 12 zwei Ausgangsgrößen 13 bzw. 14 ermittelt, welche in Speicher 15 bzw. 16 übertra­ gen werden. Die Signale für die Lastgröße 10 die Motor­ temperatur 11 und die Batteriespannung 12 werden dabei dem Rechenwerk 9 über Analog/Digital-Wandler 17, 18 und 19 zugeführt. Die Ausgangsgröße 14, welche in den Speicher 16 übertragen ist, ist ein Maß für die Zeit, die ab einer bestimmten Kurbelwellenstellung bis zur Öffnung des Primär-Stromkreises der Zündspule (Zündzeit­ punkt) vergehen soll. Hat die Kurbelwelle diese Bezugs­ stellung, die zweckmäßigerweise den frühestmöglichen Zündzeitpunkt darstellt, erreicht, wird durch die Be­ zugsmarke 20 im Sensor 21 ein Impuls erzeugt, welcher den im Speicher 16 enthaltenen Wert in einen Zähler 22 für die Zündzeit überträgt und den Zähler 22 startet. Der Zähler 22 ist mit Impulsen fester Frequenz f _c ge­ taktet und wird mit diesen Taktimpulsen solange herun­ tergezählt, bis der Zählerstand Φ erreicht ist. Dann steht am Ausgang 23 des Zählers 22 ein Impuls an, mit dem das Zündsignal 24 an den Leistungsteil abgegeben wird.

Die zweite im Rechenwerk 9 ermittelte Ausgangsgröße 13, welche in den Speicher 15 übernommen ist, ist ein Maß dafür, wie lange der Primär-Stromkreis geöffnet bleiben soll. Zum gleichen Zeitpunkt, in dem das Zündsignal 24 an den Leistungsteil abgegeben wird, wird deshalb durch den am Ausgang 23 des Zählers 22 anstehenden Impuls die im Speicher 15 enthaltene Größe in den Zähler 25 für die Öffnungszeit übernommen und der Zähler 25 ge­ startet. Der Zähler 25 ist ebenfalls mit Impulsen fester Frequenz f _c getaktet und wird mit diesen Taktim­ pulsen heruntergezählt, bis der Zählerstand Φ erreicht ist. Dann erscheint an seinem Ausgang 26 ein Impuls, welcher das Schließsignal 27 an den Leistungsteil ab­ gibt.

Das Rechenwerk 9, arbeitet, worauf bereits weiter oben hingewiesen wurde, unabhängig oder asynchron von der Kurbelwellenstellung stets mit maximaler Geschwindigkeit. Somit können im Speicher 7, je nachdem welche Zähnezahl im Zahnzähler 4 vorgegeben ist, fortlaufend auch Dreh­ zahländerungen erfaßt werden, welche innerhalb von zwei Durchgängen der Bezugsmarke, d. h. innerhalb von einer Umdrehung des Motors, beim 2-Zylinder entsprechend 2 Bezugsmarken beim 4-Zylinder bzw. 3 Bezugsmarken beim 6-Zylinder auftreten.

Durch die Wahl genügend hoher Taktfrequenzen f _c läßt sich bei der erfindungsgemäßen Erzeugung von digitalen Zünd- und Schließwinkel-Signalen der statische Fehler beliebig klein gestalten. Der statische Fehler bei kon­ stanten Drehzahlen ergibt sich dabei durch die Quanti­ sierung bei der Ein- und Ausgabe sowie durch Rechen­ ungenauigkeiten.

In der Fig. 2 ist schematisch die Erzeugung der entspre­ chenden Zünd- bzw. Schließwinkel-Signale darstellt. Mit der Vorrichtung 28, welche beispielsweise durch einen Mikroprozessor gebildet werden kann, werden wie in der Fig. 1 erläutert, das Zündsignal 24 und das Schließsignal 27 erzeugt. Dabei werden die Motordreh­ zahl n (beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 in Spei­ cher 7 enthalten), eine Lastgröße P, beispielsweise die durchsetzte Luftmenge, die Motortemperatur T und die Batteriespannung U sowie das Bezugssignal des Sensors 21 bei der Berechnung berücksichtigt. Im Leistungsteil der Zündanlage wird dann, gesteuert durch die Signale 24 bzw. 27, der Strom der Zündspule ein bzw. ausgeschal­ tet. In der Fig. 2 ist der geschlossene Primärkreis mit dem Niveau I und der geöffnete Primärkreis mit dem Niveau II dargestellt. Der Winkel, welcher zwischen dem auf der Scheibe 1 gemäß Fig. 1 angeordneten Bezugspunkt 20 und dem Zündzeitpunkt 24 verstreicht, ist der Zünd­ winkel Φ _Z . Der Winkel zwischen dem Zündzeitpunkt 24 und dem Schließzeitpunkt 27 ist der Öffnungswinkel Φ _Ö , und die Einschaltdauer für den Strom der Zündspule ent­ spricht dem Schließwinkel Φ _S . Der Einschaltzeitpunkt der Spule, welcher von der Drehzahl n des Motors, dem Aufbau der Zündspule und den vorstehend angegebenen Korrekturgrößen abhängt, wird durch die Rechenvorrich­ tung 28 exakt festgelegt.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Erzeugen digitaler Zünd- und Schließwinkel-Si­ gnale für Verbrennungsmotoren mit einer mit einer Welle, insbe­ sondere der Kurbelwelle, des Motors verbundenen Zahnkranz-Schei­ be, einen der Welle zugeordneten Sensor, eine Zählschaltung, einen Speicher, der das Ausgangssignal der Zählschaltung auf­ nimmt und eine Rechenschaltung, die aus den aus der Zählschal­ tung sowie weiterer vom Betriebszustand des Motors abhängiger Signale die Zünd- und Schließwinkel-Signale errechnet und die zusätzlich eine auf der Zahnkranz-Scheibe angeordnete Bezugs­ marke aufweist, die mittels eines weiteren Sensors ein Signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählschaltung aus einem Zahnzähler (4) und einem Zeitzähler (6) besteht, daß der Zahnzähler (4) bis zu einer vorbestimmten Zahl zählt und daß beim Erreichen dieses Zählstandes an seinem Ausgang (5) ein Impuls ansteht, der den Zahnzähler (4) auf Null zurücksetzt und den Inhalt des Zeitzählers (6) in den Speicher (7) überführt, daß das Rechenwerk (9) als asynchrones Rechenwerk (9) ausgebildet ist, das unabhängig von der Kurbel­ wellenstellung mit größtmöglicher Geschwindigkeit die erfor­ derlichen Zünd- und Schließwinkel errechnet, daß das Rechen­ werk (9) zwei Ausgangsgrößen (13, 14) ermittelt, die in zwei Speicher (15, 16) übertragen werden, wobei die eine im ersten Speicher (16) gespeicherte Ausgangsgröße (14) ein Maß für die Zeit ist, die ab einer bestimmten Kurbelwellenstellung bis zur Öffnung des Primär-Stromkreises der Zündspule (Zündzeitpunkt) vergehen soll und die andere im zweiten Speicher (15) ge­ speicherte Größe (13) ein Maß für die Zeit ist, wie lange der Primär-Stromkreis geöffnet bleiben soll (Schließwinkel), daß den Speichern (15, 16) zwei Zähler (25, 22) für die Zünd- bzw. Öffnungszeit nachgeordnet sind, daß der Zähler (22) für die Zündzeit durch das durch die Bezugsmarke (20) mittels des Sensors (21) erzeugte Signal gestartet wird, daß der Zähler (22) sodann mit Impulsen konstanter Frequenz f _c herunterge­ zählt wird und beim Zählerstand 0 ein Impuls an den Leistungs­ teil (Zündsignal 24) abgegeben wird, und daß im Zündzeitpunkt der im Speicher (15) gespeicherte Wert in den Schließsignal- Zähler (25) übertragen, der Zähler (25) gestartet und mit Impulsen konstanter Frequenz f _c heruntergezählt wird und beim Zählerstand 0 ein weiterer Impuls (Schließsignal 27) an den Leistungsteil abgegeben wird.