-
Elektronisch gesteuerte Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen Die
Erfindung betrifft eine elektronisch gesteuerte Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen,
deren Zündspule primärseitig von einem Leistungstransistor geschaltet wird und deren
Steuerung von einem mit der Motorwelle verbundenen Steuergenerator über nachgeschaltete
Transistorverstärker derart erfolgt, daß eine von der Motordrehzahl abhängige Vorverlegung
des Zündpunktes stattfindet.
-
Die Verschiebung des Zündpunktes ist erforderlich, da zwischen der
Entstehung des Zündlichtbogens an den Elektroden der Zündkerzen und der Ausbildung
der vollen Verbrennung in den Zylindern eine bestimmte Zeit vergeht, die hauptsächlich
von der Motorkonstruktion und vom Brennstoff bestimmt wird und unabhängig von der
Drehzahl des Motors weitgehend konstanf bleibt.
-
Diese Zündverzögerung, die etwa in der Größenordnung einer Millisekunde
liegt, erfordert bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen eine proportional mit der
Motordrehzahl ansteigende Winkelverschiebung des Zündpunktes entgegen der Motordrehrichtung
von etwa 6° für je 1000 U/min über einen Drehzahlbereich von etwa 1:10 (Minimaldrehzahl
zu Maximaldrehzahl).
-
Vor der Einführung elektronischer Schalter zur Unterbrechung des Primärstromes
der Zündspule wurde die Zündpunktverschiebung hauptsächlich durch eine Verschiebung
des Steuernockens für den Unterbrecherkontakt mit Hilfe von Zentrifugalkraft und
Unterdruck erreicht.
-
Es sind auch Transistorzündungen bekannt, bei denen ein die Zündspule
schaltender Leistungstransistor im Basiskreis über den die Zündpunktverschiebung
bewirkenden Unterbrecherkontakt geschaltet wird. Diese Lösung weist alle bekannten
Mängel der mechanischen Zündpunktverschiebung auf und ist außerdem den üblichen
Kontaktstörungen unterworfen.
-
Es ist auch schon eine kontaktlose elektronisch gesteuerte Zündeinrichtung
bekannt (französische Patentschrift 1155 541), die aus einem die Primärwicklung
der Zündspule schaltenden Leistungstransistor besteht, der von einem zweiten als
Oszillator arbeitenden Transistor gesteuert wird. Der Einsatz der Oszillatorschwingung
und damit die Zündung wird von einem mit der Motorwelle und dem Zündverteiler gekuppelten
Steuergenerator bestimmt. Die Zündpunktverschiebung wird von einer mit der Generatorfrequenz
veränderlichen Phasenverschiebung erreicht. Diese Zündeinrichtung hat einen sehr
hohen Energiebedarf und ist wegen des unvermeidlichen Winkelfehlers einer frequenzabhängigen
Phasenverschiebung nicht für schnellaufende Brennkraftmaschinen geeignet.
-
Eine andere bekannte elektronisch gesteuerte Zündeinrichtung (deutsche
Patentschrift 1119 593) benutzt zur Zündpunktverschiebung eine frequenzabhängige
Phasenverschiebung einer von einem Steuergenerator gespeisten Parallelschaltung
eines Kondensators mit einem einstellbaren Widerstand.
-
Die an einem im Generatorstromkreis liegenden Widerstand abfallende
Spannung wird einem monostabilen Multivibrator zugeführt, der den die Zündspule
schaltenden Leistungstransistor steuert.
-
Mit Hilfe einer weiteren Wicklung des Steuergenerators wird eine gleichgerichtete
und gesiebte drehzahlabhängige Gleichspannung erzeugt, mit der sich die Schaltzeit
des Multivibrators und damit die Einschaltdauer der Zündspule verändern läßt. Diese
Lösung erscheint nur für Brennkraftmaschinen mit niedrigen Drehzahlen geeignet;
auch weicht sie von den Lösungsprinzipien gemäß der vorliegenden Erfindung grundsätzlich
ab.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Zündpunktverschiebung
elektronisch gesteuerter Zündeinrichtungen mit einer hohen Genauigkeit über einen
großen Drehzahlbereich bis zu den höchsten vorkommenden Drehzahlen von Brennkraftmaschinen
durchzuführen.
-
Es ist außerdem erwünscht, die Einschaltdauer der Zündspule bei jeder
Motordrehzahl annähernd konstant zu halten und eine von der Höhe und den Schwankungen
der Batteriespannung unbeeinflußte drehzahlabhängige Winkelverschiebung zu erhalten.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der synchron
oder proportional zur Motorwellendrehzahl umlaufende Steuergenerator derart ausgebildet
ist, daß er eine Wechselspannungskennlinie erzeugt, deren Verlauf erst im Bereich
vor dem oberen Totpunkt stark ansteigend ist und deren einzelne Punkte proportional
zu Drehzahländerungen steigen oder fallen, und daß ferner diese Steuerspannun
-
an einen auf eine bestimmte Eingangsspannung ansprechenden bistabilen Multivibrator
angelegt ist, welcher dem Leistungstransistor vorgeschaltet ist.
-
Dabei ist die Anordnung zweckmäßig derart getroffen, daß der Steuergenerator
zwei Ausgangsspannungen erzeugt, wobei die dem oberen Totpunkt (s. die später erläuterte
F i g. 3) näher liegende Kennlinie die Ausschaltung der Zündspule und damit den
Zündpunkt bestimmt, während die dieser Kennlinie vorgelagerte andere Kennlinie den
Einschaltpunkt der Zündspule bestimmt, das Ganze derart, daß sich bei steigender
Drehzahl der Einschaltpunkt der Zündspule stärker als ihr Ausschaltpunkt entgegen
der Motordrehrichtung verschiebt.
-
Eine andere erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, dem
Leistungstransistor einen von dem Steuergenerator geschalteten monostabilen Multivibrator
vorzuschalten, dessen Zeitkondensator über einen Entladetransistor mit einem der
Motordrehzahl proportionalen Strom entladen wird, wobei der Entladestrom über eine
bestimmte konstante Zeit mit Hilfe eines weiteren elektronischen Zeitschalters so
weit erhöht wird, daß eine genau proportional mit der Motordrehzahl ansteigende
Winkelverschiebung des Zündpunktes entgegen der Motordrehrichtung entsteht. Der
Vorteil dieser zweiten Lösung liegt darin, daß sie sich lediglich aus Baugruppen
zusammensetzt, die aus einfachen elektronischen Grundschaltungen bestehen.
-
Nach Merkmalen, welche die Gegenstände der Erfindung weiter ausbilden,
liegt der Entladetransistor mit seinen Basiswiderständen an einer drehzahlproportional
veränderlichen Gleichspannung, die nach dem bekannten Prinzip der elektronischen
Drehzahlmesser aus Steuerimpulsen des Steuergenerators entsteht.
-
Ein Teil des Basiswiderstandes des Entladetransistors wird durch einen
vom Steuergenerator eingeschalteten elektronischen Zeitschalter überbrückt.
-
Die in der ersten Lösung verwendete stabilisierte Vergleichsspannung
entsteht aus einer gleichgerichteten und gesiebten Induktionsspannung einer besonderen
Zündspulenwicklung.
-
Die Zeichnung zeigt in den F i g. 2 und 4 an Hand vereinfachter Schaltbilder
zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung mit den zur Erläuterung erforderlichen Einzelheiten.
-
In F i g. 3 ist in einem Diagramm der Spannungsverlauf am Steuergenerator
angedeutet.
-
In F i g. 1 ist die Schaltung einer elektronisch gesteuerten Zündeinrichtung
für einen 4-Zylinder-Viertaktmotor dargestellt, deren Zündpunktverschiebung nach
dem bekannten Prinzip der frequenzabhängigen Phasenverschiebung an Scheinwiderständen
arbeitet.
-
Je nach der Frequenz des mit dem Zündverteiler 7 gekuppelten und von
der Motorwelle angetriebenen Steuergenerators 20 fließt in der aus dem einstellbaren
Widerstand 1, dem Kondensator 2 und der Induktivität 3 bestehenden Parallelschaltung
ein Strom, der gegenüber der Spannung des Steuergenerators nach- oder voreilt. Der
gesamte Strom des Steuergenerators 20 wird über eine Gleichrichter-Brückenschaltung
21 der Basis des Transistors 4 zugeführt, der so geschaltet ist, daß jeweils im
Nulldurchgang des Steuergeneratorstromes am Kollektor ein kurzer Spannungsimpuls
entsteht, durch den über die nachgeschalteten Transistoren 5 und den Leistungstransistor
6 der Primärstrom der Zündspule unterbrochen wird.
-
Die mit 5 bezeichneten Transistoren sind in bekannter Weise (monostabiler
Multivibrator) so geschaltet, daß der Leistungstransistor 6 schnell von einem in
den anderen Schaltzustand gebracht wird und die erforderliche Mindestausschaltzeit
entsteht. Die in F i g. 1 gezeigte Schaltung dient lediglich zu Erläuterungszwecken;
sie ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
-
Die in F i g. 2 dargestellte elektronisch gesteuerte Zündeinrichtung
besteht im wesentlichen aus einem von den Transistoren 9 und 10 gebildeten
bistabilen Multivibrator, der den Leistungstransistor 6 schaltet und dessen Umschaltpunkte
von den Spannungen U1 und U2 (F i g. 3) des Steuergenerators 8 bestimmt werden.
-
Damit die Umschaltung des Multivibrators bei einer bestimmten Eingangsspannung
erfolgt, liegen die Basiswiderstände 22 an einer konstanten stabilisierten Vergleichsspannung,
die von einer Induktionsspannung einer besonderen Zündspulenwicklung 23 erzeugt
wird. Die gleichgerichtete und gesiebte Wechselspannung wird durch eine Zenerdiode
24 mit sehr geringem Temperaturkoeffizienten unabhängig von der Höhe der Betriebsspannung
konstant gehalten. Da die Wirkungsweise dieser Schaltung am einfachsten an einem
Zweitakt-Einzylindermotor über den Ablauf einer Kurbelwellenumdrehung zu erklären
ist, enthält dieses Ausführungsbeispiel keinen Zündverteiler und nur eine Zündkerze
25. Selbstverständlich läßt sich dieses Prinzip auch für jeden Mehrzylindermotor
verwenden. Der mit der Motorkurbelwelle gekuppelte Steuergenerator 8 hat zwei Wicklungen
26, 27, in denen z. B. durch Änderung eines Magnetfeldes die zeitlich verschobenen
Spannungen U1 und U2 induziert werden. Der drehwinkelabhängige Verlauf dieser beiden
Spannungen ist in seinem wichtigen Bereich für eine willkürlich gewählte Motordrehzahl
in F i g. 3 dargestellt. Die in den Generatorwicklungen 26, 27 induzierte positive
Spannung wird durch die Gleichrichter 28 gesperrt und ist daher auf den Wirkungsablauf
ohne Bedeutung. 180° vor dem oberen Totpunkt des Motors sind die Zündspule 11 und
der Leistungstransistor 6 ausgeschaltet, und der bistabile Multivibrator befindet
sich in einem Zustand, in dem der Transistor 9 durchgeschaltet ist und der Transistor
10 gesperrt wird. Sobald aber die Spannung U 1 einen bestimmten, etwa in
der Höhe der stabilisierten Spannung liegenden Wert erreicht, schaltet der Transistor
10 ein, wodurch der Leistungstransistor 6 wegen des damit gesperrten Transistors
9 eingeschaltet wird. Durch eine etwa gleich große Spannung U2 spricht der Transistor
9 an, und der bistabile Multivibrator kippt wieder in den ursprünglichen Zustand
zurück. Die Spannung U2 bestimmt daher das Ausschalten der Zündspule 11 und damit
den Zündpunkt.
-
Der Transistor 10 wird erst nach einer Kurbelwellenumdrehung wieder
eingeschaltet. Die Verschiebung des Ein- und Ausschaltpunktes der Zündspule 11 kommt
durch den Anstieg der Spannungen U1 und U2 zustande, der praktisch proportional
mit der Motordrehzahl erfolgt. Wenn man sich den Maßstab der Spannung (- U) in F
i g. 3 entsprechend der Drehzahl veränderlich vorstellt, so wandert der Ein-und
Ausschaltpunkt mit den Schnittpunkten einer
Waagerechten, die sich
mit steigender Drehzahl nach unten bewegt. Der Ein- und Ausschaltpunkt verschiebt
sich bei den in F i g. 3 gezeigten Spannungskurven proportional mit der Motordrehzahl
entgegen der Motordrehrichtung, und zwar so, daß sich der Winkel zwischen Ein- und
Ausschaltpunkt ändert, die Einschaltzeit der Zündspule wegen der veränderlichen
Winkelgeschwindigkeit aber konstant bleibt. Selbstverständlich kann nach dieser
Methode auch jeder andere Verlauf der Zündpunktverschiebung erreicht werden, wenn
die Spannungskurven des Steuergenerators entsprechend gewählt werden.
-
F i g. 4 zeigt ein stark vereinfachtes Prinzipschaltbild einer elektronisch
gesteuerten Zündeinrichtung für einen extrem schnellaufenden Einzylinder-Zweitaktmotor
mit besonders hohen Ansprüchen an die Genauigkeit der Zündpunktverschiebung. Diese
Schaltung wirkt so, daß ein z. B. im oberen Totpunkt des Motors entstehender Steuerimpuls
des Steuergenerators 30 erst bei der nächsten Kurbelwellenumdrehung zum Ausschalten
der Zündspule 11 durch den Leistungstransistor 6 herangezogen wird. Dieser Vorgang
entsteht durch einen von den Transistoren 12 und 13 gebildeten monostabilen Multivibrator,
dessen Zeitkondensator 14 über einen vom Entladetransistor 15 gebildeten veränderlichen
Widerstand entladen wird.
-
Damit der Kollektorstrom des Entladetransistors 15 proportional mit
der Motordrehzahl ansteigt, liegen seine Basiswiderstände 17, 18 an einer ebenfalls
proportional mit der Motordrehzahl ansteigenden Gleichspannung des Wandlers 16.
-
Mit dem Zeitglied 19 wird der Entladestrom des Zeitkondensators 14
über eine bestimmte konstante Zeit durch Überbrückung des Widerstandes 17 erhöht.
Dadurch verschiebt sich der Zündpunkt um eine konstante Zeit entgegen der Motordrehrichtung,
was gleichbedeutend mit einer drehzahlproportionalen Winkelverschiebung des Zündpunktes
ist.
-
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die erforderliche Winkelverschiebung
des Zündpunktes ohne Abweichung vom Sollwert über den gesamten Drehzahlbereich bis
zu den höchsten bei Brennkraftmaschinen vorkommenden Drehzahlen mit einfachen Mitteln
möglich ist. Die erfindungsgemäßen Lösungen eignen sich auch für die niedrigsten
vorkommenden Batteriespannungen, deren betriebsbedingte Schwankung keinen Einfluß
auf die Genauigkeit der Zündpunktverschiebung bzw. die Einschaltdauer der Zündspule
hat.
-
Wegen dieser Eigenschaften ist neben der hohen Zuverlässigkeit auch
ein minimaler Stromverbrauch der Zündeinrichtung bei allen Betriebsbedingungen gewährleistet.