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Verfahren zur Schließzeitregelung von Brennkraftmaschinen
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Schließzeitregelung
von Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Zündanlagen mit Schließzeitregelung
sind z.B. aus den DE-OS 2 711 894, 2 746 885, 3 009 822 und 3 009 821 bekannt. Bei
diesen bekannten Zündanlagen wird der Beginn der auf einen Zündzeitpunkt folgenden
Schließzeit in Abhängigkeit des primärseitigen Stromflusses durch die Zündspule
geregelt. Ist der Stromfluß zu groß, bzw. die Stromflußzeit zu lang, so wird der
darauffolgende Schließzeitbeginn verzögert - im umgekehrten Fall vorverlegt.
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Dies erfolgt bei den bekannten Zündanlagen kontinuierlich und in direkter
Abhängigkeit von dem erreichten Stromfluß.
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Bei starken Verzögerungen oder Beschleunigungen kann dies zu Regelproblemen
führen, die Zündaussetzer zur Folge haben, wenn die Verlustleistung der Zündungsendstufe
nicht weit über das für einen stationären Betrieb notwendige Maß hinaus erhöht wird.
Weiterhin bestehen Instabilitätsprobleme.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schließzeitregelung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß auch bei starker Beschleunigung oder Verzögerung Zündaussetzer vermieden werden,
ohne daß die Verlustleistung der Endstufe über das für einen stationären Betrieb
notwendige Maß hinaus erhöht werden muß.
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Auch bei ungünstigsten Betriebsbedingungen wird sehr rasch wieder
eine optimale Schließzeit eingeregelt.
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Durch die in den Unteranpsrüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist, daß bei Überschreitung des Sollwerts über den Toleranzbereich
hinaus die darauffolgende Schließzeit um einen festlegbaren Bruchteil des Zeitintervalls
der Überschreitung verkürzt und bei Nicht erreichen des Sollwerts die darauffolgende
Schließzeit um einen festen zeitlichen Betrag verlängert wird. Dieser zeitliche
Betrag kann jedoch vorteilhaft auch von der Periodendauer und der maximal möglichen
Beschleunigung abhängig sein, um eine Kompensation der Verhältnisse bei niedrigen
und hohen Drehzahlen zu erreichen.
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Der Toleranzbereich wird dabei vorteilhaft durch eine feste Zeitdauer
ab dem Einsetzen einer Strombegrenzung des Zündspulenstroms vorgegeben.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 ein Schaltungsbeispiel des Ausführungsbeispiels, Figur 2 ein Signaldiagramm zur
Erläuterung der Wirkungsweise und Figur 3 ein Schaltungsbeispiel zur periodendauerabhängigen
Verlängerung einer darauffolgenden Schließzeit.
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Beschreibung des Ausführungsbeispieles In dem in Figur 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist eine vorzugsweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine
verbundene Zündgeberanordnung 10 mit den Setzeingängen S eines Zählers 11 sowie
eines Zwischenspeichers 12 verbunden. Die Zündgeberanordnung 10 kann einen nicht
näher dargestellten Zündungsrechner zur Verstellung des Zündzeitpunkts in Abhängigkeit
von Parametern der Brennkraftmaschine enthalten, der z.B. gemäß der DE-PS 2 504
843 oder der DE-OS 3 000 562 aufgebaut sein kann.
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Der Takteingang des Zählers 11 ist mit einer Zähltaktfrequenz f1 beaufschlagt.
Der Überlaufausgang CO ist sowohl mit dem Sperreingang E dieses Zählers 11, wie
auch über einen Verstärker 13 mit dem Steuereingang eines elektronischen Schalters
14 verbunden, dessen Schaltstrecke, ein Strommeßglied 15 sowie die Primärwicklung
einer Zündspule 16 eine zwischen Masse und einer Versorgungsspannungsquelle geschaltete
Reihenschaltung bilden. In den Sekundärstromkreis der Zündspule 16 ist eine Zündkerze
17 geschaltet.
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Bei mehreren Zündkerzen kann in bekannter Weise eine mechanische oder
elektronische Hochspannungsverteilung vorgesehen
sein. Der Meßwert
bzw. Spannungsabfall an dem z.B.
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als Strommeßwiderstand ausgebildeten Strommeßglied 15 ist einer Grenzwerterkennungsstufe
18 zugeführt, die z.B. als Schmitt-Trigger ausgebildet sein kann. Der Spannungsabfall
am Strommeßglied 15 wirkt ferner auf den Verstärker 13 zur Begrenzung des primärseitigen
Stroms oberhalb der Ansprechschwelle der Grenzwerterkennungsstufe 18. Eine solche,
nicht näher dargestellte Stromregelvorrichtung im Verstärker 13 ist z.B. aus der
DE-OS 2 232 220 bekannt.
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Der Ausgang der Grenzwerterkennungsstufe 18 ist weiterhin mit dem
Rücksetzeingang R sowie mit dem Sperreingang E eines weiteren Zählers 19 verbunden,
dessen Takteingang mit der halben Zähltaktfrequenz f1/2 beaufschlagt ist.
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Die Zahlenausgänge des Zählers 19 sind über eine z.B. als Transmissionsgatter
ausgebildete Torstufe 20 mit ersten Zahleneingängen eines Addierers 21 verbunden.
Weiterhin sind die Zahlenausgänge des Zählers 19 einer als Dekodierer ausgebildeten
Schwellwertstufe 22 zugeführt, deren Ausgang mit dem Steuereingang der Tor stufe
20 verbunden ist. Ein z.B. durch feste Verdrahtung erzeugter konstanter Zahlenwert
T ist über eine weitere Tor stufe 23 weiteren Zahleneingängen mit negativer Bewertung
des Addierers 21 zugeführt. Die Torstufe 23 wird über den Überlaufausgang CO des
Zählers 19 gesteuert. Die Zahlenausgänge des Addierers 21 sind mit Zahleneingängen
des Zählers 11 sowie des Zwischenspeichers 12 verbunden, dessen Zahlenausgänge wiederum
auf die Zahleneingänge des Addierers 21 rückgeführt sind.
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Die Wirkungsweise des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels
soll im folgenden anhand des in Figur 2 dargestellten Signaldiagramms erläutert
werden. Die Zündgeberanordnung 10 erzeugt eine Signalfolge U10, wobei jeweils eine
v
Signalrückflanke des Zündzeitpunkt vorgibt. Das Tastverhältnis dieser Signalfolge
ist daher nur dann von Bedeutung, wenn diese Signalfolge - z.B. wie beim eingangs
angegebenen Stand der Technik - als Hilfsschließzeit Verwendung finden soll. Mit
jeder Rückflanke eines solchen Signals U10 wird der Zähler 11 auf den augenblicklich
vorliegenden Ausgangszahlenwert Z21 des Addierers 21 gesetzt. Es erfolgt ein Abwärtszählvorgang,
da die Sperrung des Zählers 11 durch das Überlaufsignal CO nunmehr beendet ist.
Die Beendigung des Überlaufsignals CO des Zählers 11 mit dem Setzen bewirkt den
Zündvorgang, da durch dieses Signal über den Verstärker 13 der elektronische Schalter
14 gesperrt wird. Der primärseitige Stromfluß Ip geht auf Null zurück. Erreicht
der Zählerstand des Zählers 11 wiederum den Wert Null, so wird der Zähler 11 durch
sein Überlaufsignal CO gesperrt und eine erneute Schließzeitphase des elektronischen
Schalters 14 mit einem sich aufbauenden Stromfluß Ip(t) beginnt.
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Dieser Stromfluß geht jeweils nur bis zum Grenzwert Ig, der durch
den Sollwert im Verstärker 13 vorgegeben ist.
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Das Ausgangssignal U18 der Grenzwerterkennungsstufe 18 bewirkt kurz
vor Erreichen von Ig die Aufhebung der Sperrung des Zählers 19, der mit der halben
Frequenz des Zählers 11 aufwärts zu zählen beginnt. Mit der Rückflanke des Signals
U18 wird der Zähler 19 wieder rückgesetzt und gesperrt. Das zu diesem Zeitpunkt
erzeugte Überlaufsignal U19 am Überlaufausgang CO öffnet die Torstufe 23, so daß
im Addierer 21 der Zahlenwert T subtrahiert wird. Diese Subtraktion findet somit
nur dann statt, wenn im Zähler 19 kein Zählvorgang abläuft. Da die TorstuSe 20 nur
öffnet, wenn im Zähler 19 der Schwellwert S1 der SchwellwertstuSe 22 überschritten
wird, wird im Addierer 21 somit der Zahlenwert des Zählers 19 nur bei Überschreitung
dieses
Schwellwerts S1 zuaddiert. Weiterhin wird dem Addierer 21 immer der Zahlenwert des
Zwischenspeichers 12 zuaddiert, wobei dieser Zahlenwert Z12 jeweils den Ausgangszahlenwert
des Addierers 21 der vorangegangenen Periode darstellt.
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Zunächst werden die Verhältnisse anhand des ersten, in Figur 2 dargestellten
Zyklus bei Drehzahländerung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs erläutert.
Der Toleranzbereich ist dadurch vorgegeben, daß im Zähler 19 der Schwellwert S1
nicht erreicht wird. In diesem Fall bleibt die Torstufe 20 geschlossen, so daß der
im Zähler 19 erreichte Zahlenwert den Addierer 21 nicht beeinflußt.
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Auch der Zahlenwert T bleibt außer Betracht, da während des Zählvorgangs
im Zähler 19 die Torstufe 23 ebenfalls geschlossen ist. Sowohl der Zähler 11, wie
auch der Zwischenspeicher 12 übernimmt den Zahlenwert der Vorperiode, so daß durch
den Zähler 11 wiederum dieselbe Offenzeit ausgezählt wird Wenn sich die Drehzahlverhältnisse
nicht ändern, so würde dies wiederum zur selben Schließzeit führen.
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Im zweiten und dritten in Figur 2 dargestellten Zyklus sind die Verhältnisse
bei einer starken Verzögerung dargestellt. Da sich hierdurch die Periodendauer verlängert,
wird der Schwellwert S1 durch den Zähler 19 zum Zeitpunkt t1 überschritten. Die
Torstufe 20 öffne, und im Addierer 21 wird der jeweils aktuelle Zahlenwert des Zählers
19 zuaddiert. Der Zahlenwert T bleibt wiederum außer Betracht, da während des Zählvorgangs
des Zählers 19 die Torstufe 23 geschlossen bleibt. Bei der nun folgenden Rückflanke
eines Signals U10 zum Zeitpunkt t2 wird der Zähler 11 und der Zwischenspeicher 12
mit einen Wert geladen, der gegenüber
dem Wert der vorangegangenen
Periode um den im Zähler 19 erreichten Zahlenwert erhöht ist. Da im Zähler 19 mit
der halben Frequenz gezählt wird, bedeutet dies eine Verlängerung der Offenzeit
um die halbe Zähldauer des Zählers 19, also um die halbe Zeit, iii der die Strombegrenzung
wirksam wurde. Andern sich die Drehzahlverhältnisse nicht, so wird entsprechend
die darauffolgende Schließzeit um die Hälfte dieser Strombegrenzungszeit verkürzt.
Bei gleichbleibender Drehzahl nähert sich somit die Schließzeit wieder exponentiell
dem Sollwert an. Wie schnell diese Annäherung erfolgen soll, kann z.B. durch die
Wahl der Zähltaktfrequenz des Zählers 19 im Vergleich zur Zähltaktfrequenz f1 des
Zählers 11 vorgegeben werden. Die Verkurzung der Strombegrenzungszeit erfolgt im
Verhältnis der Zähltaktfrequenzen der Zähler 11 und 19.
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Im vierten in Figur 2 dargestellten Zyklus ist der Fall einer starken
Beschleunigung dargestellt, bei der der vorgegebene Stromgrenzwert Ig durch den
primärseitigen Stromfluß Ip nicht erreicht wird. Es kann demnach weder eine Strombegrenzung
eintreten noch ein Zählvorgang im Zähler 19 erfolgen. Die Torstufe 23 bleibt dadurch
geöffnet, wodurch der mit der darauffolgenden Rückflanke eines Signals U10 in den
Zähler 11 und den Zwischenspeicher 12 übernommene Zahlenwert um den Zahlenwert T
gegenüber dem vorangegangenen Zyklus vermindert ist. Dies bedeutet eine entsprechende
Verkürzung der Offenzeit und eine entsprechende Verlängerung der darauffolgenden
Schließzeit. Bei starken Beschleunigungen nähert sich somit die Schließzeit in durch
T vorgegebenen Schritten dem vorgegebenen Sollwert..
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In dem in Figur 3 dargestellten Schaltungsbeispiel ist ein Zähler
30 mit einer Zähltaktfrequenz f2 beaufschlagt.
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Die Zahlenausgänge dieses Zählers 30 sind mit Zahleneingängen eines
Zwischenspeichers 31 verbunden, dessen Zahlenausgänge den Zahlenwert T vorgeben.
Die Signalfolge U10 ist dem Rücksetzeingang des Zählers 30 sowie dem Setzeingang
des Zwischenspeichers 31 zugeführt.
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Die Wirkungsweise des in Figur 3 dargestellten Schaltungsbeispiels
besteht darin, daß der Zähler 30 mit jeder Rückflanke (oder Anstiegsflanke) eines
Signals U10 rückgesetzt wird und dann erneut mit einer Frequenz f2 aufwärts zu zählen
beginnt. Der erreichte Zählerstand ist demnach proportional zur Periodendauer und
wird jeweils in den Zwischenspeicher 31 übernommen wo er den nun nicht mehr konstanten
Zahlenwert T vorgibt. Da die Schließzeitabnahme innerhalb einer Periode bei gleicher
Beschleunigung bei niedrigen Drehzahlen größer ist als bei höheren, kann eine Optimierung
dadurch erreicht werden, daß der Zahlenwert T aus der Periodendauer gebildet wird.
Er wird vorzugsweise durch einen Faktor dividiert, der von der maximalen Beschleunigung
abhängig ist, um bis zu maximalen Drehzahlen eine möglichst optimale Nachführung
der Schließzeit zu erreichen. Diese Division durch einen von der maximalen Beschleunigung
abhängigen Wert wird durch die Wahl der Zählfrequenz f2 vorgenommen.
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In einer einfacheren Ausführung des Verfahrens können natürlich auch
die Schritte zur Rückführung der Schließzeit auf den Sollzustand bei starker Verzögerung
konstant gewählt werden, anstelle der dargestellten Version der Annäherung in einer
e-Funktion.