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Regeleinrichtung für mit Fremdzündung und Kraftstoffeinspritzung arbeitende
Brennkraftmaschinen Die Erfindung beziehst sich auf eine Regeleinrichtung für mit
Fremdzündung und Kraftstoffeinspritzung arbeitende Brennkraftmaschinen, bei der
außer einer elektronischen, die zur Einspritzung gelangenden Kraftstoffmengen bestimmenden
Einrichtung noch eine Zündeinrichtung und ferner ein gemeinsames Steuergerät vorgesehen
ist, in dem die für die Zündzeitpunktverstellung und die Einspritzmenge maßgebenden
elektrischen Steuergrößen erzeugt werden.
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Es ist bekannt, bei Brennkraftmaschinen die Kraftstoffeinspritzmenge
mit elektronisch arbeitenden Reglern in Abhängigkeit von der Drehzahl zu steuern.
Es sind auch elektronisch arbeitende Regler für Zündanlagen von Brennkraftmaschinen
bekannt, bei denen der Zündzeitpunkt selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehzahl
verstellt wird.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine gemeinsame, gleichzeitig
zur Kraftstoffzumessung für die Einspritzanlage und zur Zündzeitpunktverstellung
für die Zündanlage verwendbare Regeleinrichtung zu schaffen, die möglichst wenig
der Abnutzung unterworfene Teile enthält und sich zur Einstellung des Zündzeitpunktes
in bezug auf die Kurbelwelle leicht justieren läßt.
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Diese Aufgabe ist bei einer Regeleinrichtung der eingangs erwähnten
Art gelöst, bei der gemäß der Erfindung als Steuergerät ein mit der Kurbel- bzw.
Nockenwelle der Brennkraftmaschine gekuppelter Wechselstromgenerator verwendet ist,
der einen dauen-nagnetischen, umlaufenden Anker hat und wenigstens eine mit der
Drehzahl steigende Spannung liefert.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Regeleinrichtung
für Brennkraftmaschinen dargestellt: Fig. 1 zeigt die Regeleinrichtung in
ihrem elektrischen Schaltschenia; Fig. 2 zeigt ein Schaubild für den Einspritzteil,
Fig. 3 ein Schaubild für den Zündungsteil, Fig. 4 ein Zeigerdiagramm
und Fig. 5 zwei Zündverstellkurven des Zündungsteils der Einrichtung nach
Fig. 1.
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Die Regeleinrichtung ist für einen in Fig. 1 angedeuteten vierzylindrigen
Viertakt-Otto-Einspritzmotor bestimmt. Der die Kraftstoffeinspritzung beherrschende
Teil der Regeleinrichung ist in Fig. 1 unterhalb der bei 20 angedeuteten
Steuerwelle der Brennkraftmaschine dargestellt und die Zündvorrichtung oberhalb
dieser Steuerwelle. Außerdem enthält die Xegeleinrichtung eine sowohl für die Einspritzanlage
als auch für die Zündanlage gemeinsame Steuereinrichtung 70, in der Steuersignale
zur Veränderung der einzuspritzenden Kraftstoffinengen und zur Änderung des jeweiligen
Zündzeitpunkts in bezug auf die Stellung der Kurbelwelle erzeugt werden.
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Im folgenden wird zunächst auf die Zündanlage, dann auf die gemeinsame
Steuereinrichtung und anschließend daran auf die Einspritzanlage eingegangen.
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Mit der Nockenwelle 20 der Brennkraftmaschine 10 ist die umlaufende
Elektrode 21 eines Zündverteilers 19 gekuppelt, dessen feststehende Elektroden
22 mit je einer der Zündkerzen 23 der Brennkraftmaschine über
je ein Zündkabel 24 verbunden sind. In der Zeichnung ist der besseren übersichtlichkeit
halber nur das von einer der feststehenden Elektroden zur Zündkerze des zweiten
Zylinders führende Zündkabel dargestellt.
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An die umlaufende Verteilerelektrode 21 ist ein Wicklungsende der
zusammen mit einer Primärwicklung 25 auf einen gemeinsamen Eisenkem
26 aufgebrachten Sekundärwicklung 27 einer Hochspannungszündspule
angeschlossen. Die Primärwicklung 25
liegt mit ihrem einen Ende an einer Masseleitung
29,
die zur Minusklemme einer nicht dargestellten 12-Volt-Batterie führt,
während ihr anderes Ende mit dem Kollektor eines Transistors 30 verbunden
ist, dessen Emitter an der mit der Plusklemme der
Batterie verbundenen
Sammelleitung 32 liegt. Der Transistor 30 wird durch rechteckförmige,
Impulse gesteuert, die bei 33 angedeutet sind und von einer im folgenden
näher beschriebenen elektronischen Kippeinrichtung geliefert werden.
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Diese ist in Fig. 1 mit unterbrochenen Linien 35
umrahmt
und enthält einen Eingangstransistor 40 und einen Ausgangstransistor 50 sowie
ein zwischen diesen beiden Transistoren angeordnetes Zeitglied, das aus zwei in
Reihe geschalteten Widerständen 41 und 42 sowie einem diesen parallel geschalteten
Kondensator 43 besteht. Der Emitter E des Eingangstransistors 40 liegt an
einem Spannungsteiler, der aus zwei Widerständen 45 und 46 gebildet ist. Vom Kollektor
K des Transistors 40 führt ein Widerstand 48 zu einem Verbindungspunkt P, an den
das zur Basis B des Ausgangstransistors 50 führende Zeitglied 41, 42, 43
angeschlossen ist. Vom Verbindungspunkt P zweigt außerdem ein zur Nlinusleitung
29
führender Widerstand 49 ab. Am Emitter des Ausgangstransistors
50, der über einen Widerstand 51
mit der Plusleitung 32 verbunden
ist, liegt die Basis des Transistors 30. Der Kollektor des Ausgangstransistors
50 erhält seine Betriebsspannung über den an die Minusleitung'229 angeschlossenen
Arbeitswiderstand53 und ist über einen Widerstand52 mit der Basis des Eingangstransistors40
derart verbunden, daß dieser Transistor gesperrt wird, solange der Transistor50
stromleitend ist, während umgekehrt der Eingangstransistor 40 in stromleitendem
Zustand gehalten wird, solange der Ausgangstransistor 50
stromlos ist und
dabei auch den im Primärstromkreis der Zündspule liegenden Transistor
30 gesperrt hält. Die Basis des Eingangstransistors 40 liegt über einen Widerstand
54 an der Plusleitung 32 und ist über einen Trockengleichrichter
60 an ein Phasendrehglied angeschlossen, das in Fig. 1 mit unterbrochenen
Linien 61 umrahmt ist.
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Das Phasendrehglied 61 ist dazu bestimmt, eine mit wachsender
Drehzahl stärker voreilende Steuerspannung für den Eingangstransistor 40 zu liefern.
Es enthält einen Kondensator 62 und einen zu diesem parallel geschalteten,
veränderbaren Widerstand 63
sowie einen mit diesen beiden Schaltelementen
in Reihe liegenden Festwiderstand 64.
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Das Phasendrehglied ist über Leitungen 71, 72 an das Steuergerät
70 angeschlossen. Dieses hat einen mit acht Dauermagnetstäben 68 besetzten
Anker, der mit der Nockenwelle 20 und der Antriebswelle 18 des Zündverteilers
19 mechanisch gekuppelt ist. Außerdem enthält das Steuergerät drei hufeisenförmige
Eisenkerne 66, 69 und 73, von denen jeder eine aufgewickelte Induktionsspule
trägt. Die auf den beiden Eisenkernen 66 und 69 sitzenden Induktionsspulen
65 bzw. 71 arbeiten mit der Zündeinrichtung zusammen, während die
auf dem Eisenkern 73 angeordnete Induktionsspule 74 mit der noch zu beschreibenden
Einspritzanlage zusammenwirkt.
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Die Einspritzanlage enthält als wesentliche Bestandteile ein elektromagnetisch
betätigtes Einspritzventil 100, einen mit dessen Magnetisierungsspule
101 in Reihe geschalteten Leistungstransistor 110 sowie ein zur Steuerung
des Leistungstransistors dienendes Kippgerät, das einen Eingangstransistor 120 und
einen Ausgangstransistor 130 enthält und in der Zeichnung mit unterbrochenen
Linien 135 umrahmt ist. Von den beiden Transistoren ist der Eingangstransistor
120 derart geschaltet, daß er gesperrt ist, solange ihm über den Gleichrichter
108 keine Steuersignale zugeführt werden. Er wird jedoch von dem Ausgangstransistor
130 selbsttätig in stromleitendem Zustand gehalten, solange der Ausgangstransistor
ge-' sperrt ist und gleichzeitig den Leistungstransistor 110
in stromleitendem
Zustand hält. Dieser vermag dann über die Wicklung 101 des Einspritzventils
einen zum öffnen der Ventilnadel 102 ausreichenden Strom zu führen.
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Das Magnetventil sitzt mit seinem Ventilgehäuse auf dem bei
103 angedeuteten Ansaugtrichter der Brennkraftmaschine 10 und hat
eine durch die Ventilnadel 102 verschließbare, in der Zeichnung im Durchmesser stark
vergrößert dargestellte Düse 104. über eine in das Gehäuse des Magnetventils einmündende
Rohrleitung 105 wird dem Magnetventil der einzuspritzende Kraftstoff durch
eine nicht dargestellte Pumpe zugeführt und im Inneren des Ventilgehäuses unter
praktisch gleichbleibendem Druck gehalten. Die zur Einspritzung gelangenden Kraftstoffmengen
sind daher praktisch proportional der Öffnungsdauer des Einspritzventils.
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Die zum öffnen des Ventils erforderlichen Stromimpulse werden jedesmal
dann ausgelöst, wenn der mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine gekuppelte vierhöckerige
Nocken 111 seinen zugeordneten Schaltarm 113 gegen den feststehenden
Kontakt 112 drückt. Der Schaltarm ist über einen 10-kOhm-Widerstand 114 an die Plusleitung
115 angeschlossen und steht außerdem mit einer der beiden Belegungen eines
100-pF-Kondensators 116 in Verbindung. An die andere Belegung des Kondensators
ist ein zur Plusleitung führender Entladewiderstand 117 und der mit der Basis
des Eingangstransistors 120 verbundene Gleichrichter 108 angeschlossen. Von
der Basis dieses Transistors zweigt außerdem ein Widerstand 109
zur Plusleitung
115 sowie ein Widerstand 118 ab, der über die Leitung 121 sowohl mit
dem Kollektor des Ausgangstransistors 130 und der an diesen angeschlossenen
Basis des Leistungstransistors 110 als auch mit einem Widerstand 122 verbunden
ist. Dieser liegt in der Verbindungsleitung vom Kollektor des Transistors
130 zu der für das Kippgerät 135 gemeinsamen Minusleitung
123. Das Kippgerät 135 ist im übrigen ähnlich aufgebaut wie das zur
Zündeinrichtung gehörende Kippgerät 35. Es enthält ebenfalls ein aus einem
Kondensator 143 und zwei Widerständen, nämlich einem Festwiderstand 141 und einem
NTC-Widerstand 142 gebildetes Zeitglied. Dieses ist einerseits an die Basis des
Ausgangstranssitors 130, andererseits an einen Verbindungspunkt
S angeschlossen, von dem aus ein Widerstand 125 von etwa
5 kOhm zur Minusleitung 123 führt, während zwei in Reihe geschaltete-
Widerstände 126 und 127 zum Kollektor des Transistors 120 führen.
Am Widerstand 127, der etwa 400 Ohm hat, ist die vom Steuergerät
70 gelieferte und durch Gleichrichtung in vier Gleichrichtern 128
gewonnene Steuerspannung Ul eingekoppelt, mit deren Hilfe eine drehzahlabhängige
Regelung der zur Einspritzung gelangenden Kraftstoffmengen erzielt wird.
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Die Regelung der Einspritzmenge in Abhängigkeit vom jeweiligen Öffnungswinkel
der bei 90 angedeuteten Drosselklappe der Brennkraftmaschine erfolgt über
ein Gestänge 91, 92, mit dem ein entgegen der Federkraft in der angedeuteten
Pfeilrichtung bewegbarer Fußhebel 93 und der verstellbare Abgriff
129
eines Potentiometers 131 gekuppelt ist.
Damit der
Eingangstransistor 120 in seinem Sperrzustand gehalten wird, solange der Schaltann
113
sich in der dargestellten Offenstellung befindet und selbsttätig wieder
in seinen stromleitenden Zustand zurückkehrt, sobald der Ausgangstransistor
130 gesperrt wird und dabei das Einspritzventil 100 schließt, ist
der Emitter des Eingangstransistors 120 an einen Spannungsteiler gelegt, der von
den Widerständen 132 und 133 gebildet wird. Da der zwischen der Minusleitung
123 und dem Emitter liegende Widerstand 132 einen Wert von
11 kOhm hat, während der zwischen dem Emitter des Transistors 120 und der
Plusleitung 115 liegende Widerstand 133 einen Wert von 1 kOhm
hat, ergibt sich bei einer zwischen der Minusleitung 123 und der Plusleitung
115 wirksamen Betriebsspannung von 12 Volt ein Emitterpotential von
11 Volt. Dadurch wird der Transistor 120 stark positiv vorgespannt, so daß
er erst dann Strom zu führen vermag, wenn das Potential seiner Basis niedriger als
1.1 Volt wird. Dieser Zustand tritt dann ein, wenn der Schaltann
113 durch den Nocken 111 gegen seinen Festkontakt 112 gelegt wird.
In diesem Fall wirkt der ungeladene Kondensator 116 wie ein Kurzschluß, so
daß die Basis des Transistors 120 praktisch das volle negative Potential der Minusleitung
123 bekommt und der vom Emitter zur Basis und von dort über den Gleichrichter
108 zum Kondensator 116 fließende Ladestromstoß den Transistor 120
stromleitend macht. Der in diesem Augenblick einsetzende Kollektorstrom des Transistors
120 bewirkt am Widerstand 125 einen Spannungsabfall von etwa 8,5 Volt.
Da bei gesperrtem Eingangstransistor über den Widerstand 125, den NTC-Widerstand
142 und den Festwiderstand 141 der Basisstorm des dann stromleitenden Ausgangstransistors
130 fließt, stellt sich am Kondensator 143 eine Ladespannung ein, die etwa
9 Volt beträgt. Um den Betrag dieser Ladespannung wird das Basispotential
des Transistors 130
über das Potential des Verbindungspunktes S hinaus
angehoben, sobald der Eingangstransistor durch den Schaltarm 113 den vorher
beschriebenen Öffnungsimpuls bekommt. Das hierbei entstehende Potential von
8 + 9 =- 17 Volt der Basis des Transistors 130
liegt dann wesentlich
höher als das Potential des an 12 Volt liegenden Emitters, so daß der Ausgangstransistor
130 sofort gesperrt wird und dabei den vorher gesperrten Leistungstransistor110
stromleitend macht. Der gleichzeitig einsetzende, über die Magnetwicklung
101 gehende Kollektorstrom erzeugt ein Magnetfeld, durch das die Ventilnadel
102 von ihrem Sitz abgehoben wird und dem einzuspritzenden Kraftstoff den Weg durch
die Düse 104 freigibt. Diese Stromimpulse halten so lange an, bis der zum Zeitglied
gehörende Kondensator 143 sich von seiner anfänglichen Ladespannung von
9 Volt so weit auf eine Restspannung von etwa 3,5 Volt entladen hat,
daß dann das Basispotential auf 11,5 Volt absinkt und damit den Wert des
Emitterpotentials unterschreitet. Sobald dies eintritt, wird der seither vom stromleitenden
Eingangstransistor 120 gesperrt gehaltene Ausgangstransistor 130 wieder stronfleitend.
Sein einsetzender, über den Widerstand 122 gehender Kollektorstrom erzeugt an diesem
Widerstand einen so hohen Spannungsabfall, daß der Leistungstransistor
110 nur noch einen sehr geringen, zum Offenhalten des Ventils 100
nicht mehr ausreichenden Strom zu führen vermag, während gleichzeitig auch die Basis
des Eingangstransistors über den Widerstand 118 so stark positiv gemacht
wird, daß der Eingangstransistor 120 stromlos wird. Sobald sich der nächste Höcker
des mit Kurbelwellendrehzahl umlaufenden Nockens 111 wieder in Schließstellung
befindet, wiederholt sich der beschriebene Einspritzvorgang.
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Die Änderung der Einspritzdauer und der zur Einspritzung gelangenden
Kraftstoffmengen erfolgt in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Drosselklappenstellung
der Brennkraftmaschine folgendermaßen: Wenn bei einer Drehzahl von beispielsweise
2000 U/min an den Gleichrichtern 128 eine Gleichspannung U von 4 Volt
entsteht, so wird an dem Potentiometer eine Steuerspannung U 1 von 2 Volt
abgegriffen, wenn die Drosselklappe 90 bei dieser Drehzahl etwa halb geöffnet
ist (a = 45'). Diese Steuerspannung verringert das Potential des Verbindungspunktes
S im Verhältnis der Widerstände 125 und 126, solange der Eingangstransistor
120 gesperrt ist. Um den gleichen Betrag, um den sich das Potential des Verbindungspunktes
S erniedrigt, wird auch der Wert der Ladespannung des Kondensators 143 kleiner.
Dies bedeutet, daß der Kondensator 143 sich in kürzerer Zeit auf eine Restspannung
entladen kann,
bei der der Ausgangstransistor 130 wieder stromleitend
wird und das Schließen des Magnetventils 100
um so früher bewirkt,
je höher die Spannung Ul ansteigt. Deshalb werden die Spritzzeiten des Ventils
100 um so kürzer, je rascher die Brennkraftmaschine läuft und dabei
in der Wicklung 74 des Steuergerätes 70 eine mit der Drehzahl anwachsende
Spannung erzeugt.
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Die Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung wird dadurch erzielt,
daß der Abgriff 129 am Potentiometer in der Nähe des Potentiometeranfangs
gehalten wird und dabei eine Spannung Ul abgreift, die praktisch gleich groß ist
wie die Spannung U an den Gleichrichtern 128, wenn sich die Drosselklappe
90 und der Fußhebel 93 in ihrer Leerlaufstellung befinden. Je weiter
jedoch der Fußhebel niedergetreten und die Drosselklappe geöffnet wird, um so kleiner
ist die am Potentiometer abgegriffene Teilspannung Ul.
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Es ergibt sich daher für verschiedene Drosselklappenstellungen a zwischen.
a = 2,51 und a = 80'
und verschiedene Drehzahlen das in Fig. 2 dargestellte
Schaubild, in dem als Ordinaten diejenigen Einspritzmengen M in nuns und die zugehörige
Ventilöffnun-Sdauer V in Millisekunden (msee) auf,-tragen sind, die bei den angegebenen
Parametern für die einzelnen Drehzahlen n erforderlich sind.
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Aus dem Schaubild, das für einen 3-1-Motor gilt, ersieht man, daß
die zur Einspritzung gelangende, je Arbeitshub des Motors erforderliche Kraftstoffmenge
M etwa 28 mm3 bei einer Leerlaufdrehzahl von 250 U/min und einem Drosselklappenöffnungswinkel
a = 2,50 beträgt und auf etwa 7 MM3 verringert werden kann, wenn die
Brennkraftmaschine mit einer Drehzahl von 750 Ulmin läuft. Diese Kraftstoffmengen
ergeben bei den angegebenen Drehzahlen eine ideale Verbrennung, weil dann
ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht, bei dem weder Kraftstoff noch Luft im überschuß
vorhanden ist. Bei einem Öffnungswinkel von a = 201 der Drosselklappe fällt
die zur Bildung eines solchen Gemisches erforderliche Kraftstoffmenge ungefähr gleichmäßig
über den ganzen Drehzahlbereich von etwa 44 nun3 bei 250 U/min auf
15 mm.3 bei 3000 U/min ab. Diese Verringerung der bei niedrigen Drehzahlen
hohen
Kraftstoffmengen kommt dadurch zustande, daß bei unveränderterDrosselklappenstellung
mit zunehmender Drehzahl die vom Steuergerät erzeugte Steuerspannung Ul linear wächst
und wie vorher beschrieben eine gleichmäßige Verkürzung der öffnungsdauer des Einspritzventils
bewirkt. Der Einfluß der jeweiligen Drosselklappenstellung auf den Regelvorgang
wird durch einen Vergleich der obenerwähnten Kurven für a = 2,5-' und a =
20' deutlich. Bei a = 20' wird nur ein Teil der vom Steuergerät 70
gelieferten
Spannung U abgegriffen und als Regelspannung U 1 in das Kippgerät
135 gegeben. Die im Schaubild für a = 800 eingezeichnete oberste Kraftstoffkurve
verläuft über den gesamten Drehzahlbereich annähernd linear bei 53 bis 54
mm3, weil in diesem Fall am Potentiometer 131 von dem am Potentiometerende
stehenden Schleifer 129 praktisch keine Spannung abgegriffen wird.
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Die oberhalb der bei 20 angedeuteten Nockenwelle dargestelltz Steuereinrichtung
zur Erzielung der Zündfunken für die Brennkraftmaschine arbeitet folgendermaßen:
Bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erzeugen die Stabmagnete
68 des mit halber Kurbelwellendrehzahl umlaufenden Ankers in der Induktionsspule
65 vier Halbwellen der Wechselspannung U2, und zwar zwei positive
und zwei negative Halbwellen (s. Fig. 3). Die Wechselspannung U 2
hat in dem veränderbaren Widerstand 63,
dessen Größe in Fig. 4 mit R
1 bezeichnet ist, einen TellstromJ1 zur Folge, der sich mit dem durch den
Kondensator62 fließenden kapazitiven Teilstromfc zu einem Gesamtstromf2 zusammensetzL
DerGesamtstrom erzeugt an demWiderstand64,der den Wert R2 hat, einen Spannungsabfall
U3
= J 2 - R 2, der in seiner Phase gegenüber der Generatorspannung
Ul um den Phasenwinkel ö vorauseilt, und zwar um so mehr, je schneller
die Brennkraftmaschine läuft und je höher demzufolge die Frequenz des Wechselstromgenerators
70 ist. Die Phasenlage der einzelnen Ströme und Spannungen des Phasendrehgliedes
ist in Fig. 4 dargestellt. Bei dieser Darstellung ist davon ausgegangen, daß die
Brennkraftmaschine mit Leerlaufdrehzahl von ungefähr 250 U/min läuft. Im
Zeitschaubild nach Fig. 3
sind die vom Generator 70 erzeugten Spannungshalbwellen
mit UZ bezeichnet. Die erste Halbwelle beginnt im Zeitpunktt=0. Die letzte
der während einer Kurbelwellenumdrehung erzeugten Halbwellen schneidet die Zeitachse
t bei 7201. In diesem Zeitpunkt soll die Kurbelwelle eine im Zeitpunktt=0
beginnende volle Kurbelwellenumdrehung beendet haben. Jede der positiven Halbwellen
U2 hat einen über den Gleichrichter60 gehenden SteuerstroraJ3 zur Folge,
durch den die Kippeinrichtung35 in der nachstehend beschriebenen Weise aus ihrer
im Ruhezustand stabilen Lage in ihre unstabile Kipplage gebracht wird.
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Solange an dem Eingangstransistor40 des Kippgeräts35 keineSteuerspannungwirksam
ist, befindet sich der der Primärwicklung25 der Zündspule vorgeschaltete Transistor30
und der gleichphasig mit ihm arbeitende Ausgangstransistor50 in stromleitendem Zustand,
während der Transistor40 gesperrt ist. In diesem Fall erzeugt der über die Reihenschaltung
der Widerstände 53, 52, 54 fließende Teilstrom nur einen kleinen
Spannungsabfall am Widerstand 54. Demgegenüber wird der Emitter E des Transistors
40 durch den aus den Widerständen 45, 46 gebildeten Spannungsteiler auf einem Potential
gehalten, das höher oder mindestens gleich groß ist wie das durch den Spannungabfalt
am Widerstand 54 bestimmte Potential der Basis des Transistors 40. Sobald der über
den Gleichrichter 60 während der positiven Halbwellen der Spannung
U2 fließende Strom J 3 (s. Fig. 3) einen sehr niedrigen NEndestwert
JB überschreitet, wird der Transistor 40 stromleitend. Dadurch wird das Potential
p des Verbindungspunktes P stark angehoben. Das Potential b
der Basis
B des Transistors 50 verschiebt sich dadurch ebenfalls nach positiven Werten,
weil sich zum Potential des Verbindungspunktes P noch diejenige Spannung Uc addiert,
auf die sich der Kondensator 43 während des Sperrzustandes des Transistors 40 aufgeladen
hat.
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Dieser Vorgang ist im Schaubild nach Fig. 3 über einer zweiten
Zeithnie t dargestellt. Dabei ist angenommen, daß die Spannung zwischen der Plusleitung
32 undderMinusleitung unverändert 12Voltbeträgt. Bis zum Zeitpunkt t
= 0 wird das Potential p des Punktes P durch den über die Widerstände
51, 42, 41 und 49 fließenden, in der Zeichnung nicht näher angegebenen Strom
bestimmt, der am Widerstand 49 einen Spannungsabfall von etwa 1 Volt und
an den Widerständen 41 und 42 einen Spannungsabfall von 10 Volt erzeugt.
Da diese Spannung auch am Kondensator 43 liegt, erreicht dessen Ladespannung Uc
den gleichen Wert Uc = 10 Volt. Sobald der Steuerstrom J 3
im Zeitpunkt t = 0 den Transistor 40 stromleitend macht, springt das
Potential p des Punktes P von seinem seitherigen Wert von 1 Volt auf
einen neuen Wert p = 6 Volt hoch. Zu diesem Wert addiert sich die
Ladespannung Uc des Kondensators 43, so daß sich das Potential b der Basis
B
des Transistors 50 auf b = 16 Volt erhöht, während
das Emitterpotential des Transistors 50 bei etwa 11,5 Volt liegt.
Im gleichen Augenblick wird daher der Transistor 50 gesperrt und mit ihm
der Transistor 30. Der Transistor 50 bleibt dann zusammen mit dem
Transistor 30 so lange praktisch stromlos, bis das Basispotential
b infolge der Entladung des Kondensators 43 im, Zeitpunkt T 1 unter
den Wert des Emitterpotentials des Transistors 50 von etwa 11,5 Volt
abgesunken ist. In diesem Zeitpunkt kehrt das Kippgerät 35 in seinen
stabilen Betriebszustand zurück, bei dem der Eingangstransistor 40 wieder gesperrt
ist. Gleichzeitig wird der Transistor 50 und Im
mit ihm der Transistor
30 wieder stromleitend, so daß durch die Primärspule 25 erneut wieder
ein Stromimpuls 14 fließen kann, der so lange anhält und dabei den Eisenkern
der Zündspule magnetisiert, bis im Zeitpunkt T 2 der nächste Steuerstromstoß nach
einem Kurbelwellendrehwinkel von 180'
den Eingangstransistor 40 des Kippgeräts
wieder stromleitend macht, so daß das beschriebene Spiel von neuem beginnen kann.
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Da die Zeitabschnitte zwischen den aufeinanderfolgenden, jeweils am
Ende der Stromimpulse J4
entstehenden Zündfunken mit steigender Drehzahl der
Brennkraftmaschine und daher mit zunehmender Frequenz der Steuerspannung
U2 immer kürzer werden, während das Zeitglied, bestehend aus dem Kondensator
43 und den ihm parallel geschalteten Widerständen 41 und 42, eine von der Drehzahl
der Brennkraftmaschine unabhängige Kippzeit ergibt, die am Ende der Stromirnpulse,
J 4 beginnt und erst nach
ihrem Ablauf ein erneutes Einsetzen
der Stromimpulsef4 erlaubt, muß Vorsorge dafür getroffen werden, daß auch bei hohen
Drehzahlen zum Aufbau des Magnetfeldes der Zündspule eine ausreichend lange Zeit
zur Verfügung steht.
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Durch die in Fig. 1 mit U5 bezeichnete zusätzliche,
ebenfalls vom Generator70 gelieferte Spannung wird erreicht, daß die Stromimpulsef4
bei allen Drehzahlen eine praktisch gleichbleibende Länge haben und die zwischen
den Stromimpulsen liegenden Pausen mit zunehmender Drehzahl verkürzt werden.
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Wenn die Spannung U 5 die in Fig. 1 angedeutete
Richtung hat, wirkt sie der an die Plusleitung 32 und die Minusleitung
29 angeschlossenen Betriebsspannung des Kippgeräts entgegen. Die Folge davon
ist, daß am Widerstand 49 eine wesentlich kleinere Spannung entsteht, wenn der Transistor
40 durch einen der Steuerstromstöße J3 stromleitend gemacht wird. In diesem
Falle wird mit zunehmender Höhe der Spannung U5 das Basispotential
b des Transistors 50 immer weniger stark angehoben, so daß die Transistoren
50 und 30 zu einem früheren Zeitpunkt wieder stromleitend werden und
die Magnetisierungsströme J4 trotz steigender Drehzahl der Brennkraftmaschine praktisch
gleichbleiben. Der besondere Vorteil einer solchen Art der Steuerung besteht darin,
daß der Eisenkern 26 der Zündspule auch bei den höchsten Drehzahlen der Brennkraftmaschine
den Sättigungswert erreicht. Bei dieser Anordnung bewirkt der Gleichrichter
60, daß der Eingangstransistor 40 des Kippgeräts 35 mit Sicherheit
in seinen Sperrzustand zurückkehrt.
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Während im Leerlauf der Zündzeitpunkt etwa mit dem zugehörigen oberen
Totpunkt der Kurbelwelle zusammenfallen soll (Spätzündung), muß er bei hoher Drehzahl
um einen bestimmten, im folgenden mit y bezeichneten Drehwinkel vor dem zugehörigen
oberen Totpunkt liegen (Frühzündung). Dies wird durch Phasenverschiebung der Steuerstromstöße
J 3 mit Hilfe des Phasendrehgliedes 61 erreicht. Mit steigender
Frequenz der vom Generator 70 erzeugten Wechselspannung U2 wird nämlich
der Durchlaßwiderstand des Kondensators 62 immer kleiner. Dies hat zur Folge,
daß im Vektordiagramm nach Fig. 4 der mit Jc bezeichnete kapazitive Stromanteil
zunimmt, während der nahezu in Phase mit der Generatorspannung U 2 liegende
Stromanteil J 1
abnimmt. Die Kapazität des Kondensators 62.
und der Wert Rl des veränderbaren Widerstandes 63
können daher in Verbindung
mit der Größe R 2 des Widerstandes 64 so gewählt werden, daß dann die Steuerspannung
U3 bzw. die Steuerstromstöße f 3
bei einer Drehzahlerhöhung
auf 1000 U/min um einen elektrischen Winkel von ö2 gegenüber der Generatorspannung
U2 vorauseilen. Dieser Winkel ist in Fig. 3 und 4 mit
601 angenommen. Die zugehörigen Werte des kapazitiven Teilstroms Jc, der
durch den Kondensator 62 des Phasendrehgliedes 61
fließt, und des den
veränderbaren Widerstand 63
durchfließenden Stromes Jl sind in Fig. 4 ebenfalls
mit unterbrochenen Linien, jedoch weder maßstabsnoch winkelgetreu angedeutet. Die
Phasenverschiebung ö von 601 ergibt im gezeichneten Beispiel nach
Fig. 3 bereits im Zeitpunkt T3 die gewünschte, um einen elektrischen
Winkel von 501 vor dem oberen Totpunkt liegende Zündung, da bereits
50' vor dem t = 0-Zeitpunkt der Steuerstrom f3' den Wert JB überschreitet.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht jedoch der zu vier Wechselspannungshalbwellen
U2 gehörende elektrische Winkel von 720' einer vollen Kurbelumdrehung.
Der elektrische Voreilungswinkel von 500 ergibt daher - in Drehwinkelgeraden
der Kurbelwelle gemessen -
einen Voreilungswinkel y von 25 1,
wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine von 250 U/min auf 1000 U/min
ansteigt. Dieser Fall ist in Fig. 5 mit der Linie 80 angedeutet, die
dann gilt, wenn der in Fig. 1
mit 93 bezeichnete Fußhebel nur ganz
wenig niedergedrückt wird und der Brennkraftmaschine nur wenig Leistung entnommen
wird.
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Im Gegensatz zu diesem Teillastbetrieb, bei dem die maximale Zündverstellung,
wie mit der Kurve 80
angedeutet, von etwa 1000 U/Nfin ab unverändert
bleibt, ist für den Betrieb bei voller Last der Brennkraftmaschine eine andere Verstellkurve
erwünscht, die in Fig. 5 mit 81 angedeutet ist. Diese Verstellkurve
wird dadurch erreicht, daß der nicht näher bezeichnete Schleifer des verstellbaren
Widerstandes 63 mit dem zur öffnung der Drosselklappe 90 bestimmten
Fußhebel 93 gekuppelt ist. Wenn zum Betrieb der Brennkraftmaschine unter
höherer Last der Fußhebel 93 niedergetreten wird, nimmt er zugleich mit der
Drosselklappe 90 den Schleifer mit und verstellt ihn gegen den Anfang des
Widerstandes 63 hin. Diese Verkleinerung des verstellbaren Widerstandes
63 bewirkt, daß bei praktisch gleichbleibendem kapazitivern Teilstrom Ic
der durch den verstellbaren Widerstand fließende Strom fl stark erhöht wird und
daher gegenüber diesem überwiegt. Der sich dann ergebende Gesamtstrom
J2 hat demzufolge einen wesentlich kleineren Voreilungswinkel ö als im vorher
beschriebenen Teillastfall. Dies bedeutet, daß die in Fig. 3 mit f3' bezeichneten
Steuerimpulse bei voller Last erst dann elektrisch um etwa 6011 der Generatorspannung
U2 vorauseilen, wenn die Brennkraftmaschine eine Drehzahl von etwa
3000 U/min erreicht hat.
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Der besondere Vorteil der beschriebenen Anlage besteht außer dem gemeinsamen
Steuergenerator 70
darin, daß sowohl für den Regelungsteil als auch für den
Zündungsteil zwei Kippgeräte annähernd gleichen Aufbaues verwendet werden können.
Wenn man in Abänderung der dargestellten verschiedenartigen Einkoppelung für die
Spannungen Ul beim Regelteil bzw. U5 beim Zündungsteil die gleiche Einkoppelungsart
wählt, wozu sich beide Arten ungefähr gleich gut eignen, kann man die beiden
Kippgeräte 35 bzw. 135 gegeneinander austauschbar machen.