DE2128538B2 - Impulsgesteuerte elektronische Zündanlage für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine impulsgesteuerte elektronische Zündanlage für Brennkraftmaschinen zur drehzahlabhängigen und automatischen Steuerung des Stromflusses durch die Zündspule, deren Primärwicklung mit einer Stromunterbrechungsvorrichtung verbunden ist, um in Abhängigkeit von Zündinipulsen, die ein unterbrecherloser Zündimpulsgeber über einen Ankopplungszweig liefert, die Stromunterbrechungsvorrichtung zur Steuerung des Stromflusses ein- bzw. auszuschalten.

Transistor-Zündsysteme sind bereits vielseitig bekannt und haben im Kraftfahrzeugsektor ein weites Anwendungsgebiet gefunden, da diese Zündsysteme die Lebensdauer der Unterbrecherkontaktc wesentlich erhöhen. Bei einer solchen Transistorzündanlage ist jedoch ein starker Stromfluß durch die Primärwicklung einer Spezialzündspulc erforderlich, um über einen großen Drehzahlbercich des Motors zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Derartige Zündsysteme stellen eine Verbesserung gegenüber den bekannten Zündsystemen dar, bei denen die Kraftstoff-Zündeigenschaften des Zündrunkens mit der Höhe der Drehzahl abnehmen, da der induktive Widerstand der Primärwicklung einen verringerten StromfluB zur Folge hat. Dieser Umstand ist auf die verhältnismäßig kurze Zeitspanne zurückzuführen, innerhalb der die Unterbrecherkontakte bei hohen Motordrehzahlen geschlossen werden, wobei der Stromfluß durch die Primärwicklung nicht ausreicht, um ein genügend starkes Magnetfeld in der Zündspule aufzubauen. Daraus leitet sich ab, daß durch die Verwendung derartiger Zündsysteme mit Spezialzündspulen und hohen Stromimpulsen die Zündeigenschaften bei höheren Drehzahlen zu verbessern sind. Demgegenüber besitzen jedoch derartige Zündsysteme Nachteile, da die Spezialzündspule erhöhte Kosten erfordert und auch acr Einbau des Zündsystems in Kraftfahrzeugen komplizierter ist.

Es ist bereits ein Zündsystem bekannt (US-PS 3 087 090), bei dem der Stromfluß durch die Primärwicklung der Zündspule mit Hilfe einer /?C-Schaltung gesteuert wird, indem drehzahlabhängig der letzte der in Serie geschalteten Verstärkertransistoren durch die /?C-Schaltung immer mehr in den leitenden Zustand gesteuert wird, um ^.ie Leistungsverluste im Transistor zu verringern. Mit diesem Zündsystem lassen sich jedoch die Nachteile des sich bei höheren Drehzahlen ausbildenden induktiven Widerstands der Zündspule und die immer kürzer werdenden Zündimpulse bei mechanischen Zündimpulsgebern nicht beseitigen. Dies gilt auch für ein weiteres bekanntes Zündsystem (US-PS 3 253 185), mit dem das Starten des Motors erleichtert werden soll, indem der Zündimpuls auf einen eine sichere Zündung auslösenden Amplitudenwert verstärkt wird.

Ein weiteres bekanntes Zündsystem (US-PS 3 363 615) versucht wohl die Schwierigkeiten zu beseitigen, die sich bei höheren Drehzahlen aus der Vergrößerung des induktiven Widerstandes und der immer kürzer werdenden Zündimpulse ergeben, indem eine elektronische Schaltung parallel zu dem mechanischen Zündimpulsgeber liegt und den Stromfluß parallel zu dem Zündimpulsgeber für eine gewisse durch ein RC-Netzwerk bestimmte Zeit aufrechterhält. Dadurch wird ein Transistornetzwerk in Abhängigkeit von der Zeitkonstante des /?C-Netzwerkes im leitenden Zustand gehalten, d. h. die Zündimpulsbreite wird ab einer bestimmten Drehzahl konstant gehalten. Damit läßt sich jerOch keine vollautomatische und ausreichende Kompensation des mit zunehmender Drehzahl sich verringernden Stromflusses durch die Zündspule erreichen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für das Problem, daß durch den sich bei höheren Drehzahlen ausbildenden induktiven Widerstand der Zündspule einerseits und die immer kurzer werdenden Zündimpulse bei mechanischen Zündimpulsgebern andererseits der Stromfluß durch die Zündspule kleiner wird, eine Lösung zu schaffen, die eine vollautomatische Kompensation des sich verringernden Stromflusses durch die Zündspule unter Anpassung an die sich ändernden Drehzahlverhältnisse ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs erwähnten impulsgesteuerten elektronischen Zündanlage erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stromunterbrechungsvonichtung über ein steuerbares Koppelglied und eine dazu parallel geschaltete passive Kodd-

lungsschaltung von dem Zündimpulsgeber aus über den Ankopplungszweig ansteuerbar ist, und daß das steuerbare Koppelglied von den Zündimpulsen über einen parallelen Steuerkreis ansteuerbar und ausschaltbar ist, um bei niedrigen und mittleren Drehzahlen die Strom-Unterbrechungsvorrichtung über den Ankopplungszweig und das steuerbare Koppelglied mit den Zündimpulsen für eine gegebene Zeitdauer einzuschalten und um bei höheren Drehzahlen das Koppelglied über den parallelen Steuerkreis auszuschalten, so daß die Strom-Unterbrechungsvorrichtung durch die Zündimpulse für eine längere als die vorgegebene Zeitdauer über die parallel geschaltete Koppelschaltung einschaltbar ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das steuerbare Koppelglied ein Transistor und die parallel geschaltete Koppelschaltung ein RC-Netzwerk 'st, und daß der parallele Steuerkreis aus einem im Ruhezustand nicht leitenden Transistor, einem zur Steuerelektrode des Transistors parallel geschalteten Kondensator und einer die Steuerelektrode an den Zündimpulsgeber anschließenden D^:ode besteht, wobei sich an dem Kondensator bei höherer Drehzahl ein Vorspannungspotential aufbaut, das den Transistor des Steuerkreises leitend macht und dadurch den als Koppelglied wirksamen Transistor in den nicht leitenden Zustand schaltet.

Eine nach den Merkmalen der Erfindung aufgebaute impulsgesteuerte elektronische Zündanlage erweist sich als besonders vorteilhaft durch die Verwendung des unterbrecherlosen Zündimpulsgebers, mit dem der Stromfluß durch die Zündspule im unteren und mittleren Drehzahlbereich für eine gegebene Zeitdauer, d. h. einen gegebenen Anteil der Zündimpulsbreite einschaltbar ist. Dadurch wird diese vorgegebene Zeitdauer nicht wie beim Stand der Technik verringert und }i schließlich konstant gehalten, sondern in vorteilhafter Weise zunächst im wesentlichen konstant gehalten und im oberen Dichzahlbereich über die vorgegebene Zeitdauer hinaus vergrößert. Damit läßt sich der Abfall des Stromflusses durch die Zündspule bei höheren Drehzahlen wesentlich besser kompensieren.

Die Vorteile der Erfindung und diese weiter ausgestaltende Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema einer erfindungsgemäß aufgebauten Impulsgeberschiltung zur Steuerung des Betriebsablaufes einer Zündanlage,

F i g. 2 eini graphische Darstellung der Funkenzündspannung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl des mit der erfindungsgemäß gestalteten Impulsgeberschaltung ausgerüsteten Zündsystems,

F i g. 3 eine Reihe von Wellenformen zur Darstellung der unterschiedlichen Ruhepunkte der Impulsgeberschaltung.

In F i g. 1 wird die Impulsgeberschaltung im allgemeinen mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Diese Schaltung wird aus einer Spannungsquelle, z. B. einer Batterie 12 betrieben. Stromimpulse gegebener Dauer werden auf eine Zündstromanlage 14 übertragen, um die Datier des Stromflusses zu steuern, wenn sich ein Zündschalter 15 in geschlossener Stellung befindet. Diese Impulse entsprechen dem Zeitraum, zu dem die Kontaktpunkte geschlossen wären untl bilden somit f>5 den Ruhcwinkcl des Zündsysterns. Der Ruhewinkel eines hier beschriebener·. Zündsystems entspricht der Anzahl der Unidrehungsgrade eines Nockens, während der die Kontaktpunkte eines normalen Zündsystems geschlossen sind und ein Strom durch die Primärwicklung der Zündspule fließt. Dies entspricht einer bestimmten Impulsdauer innerhalb einer gegebenen Drehgeschwindigkeit. Der Vorzug einer erfindungsgemäß aufgebauten Impulsgeberschaltung liegt darin, daß eine veränderbare Ruhezeit entstehen kann, die sich bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit eines Motors ergibt. Handelt es sich beispielsweise um einen Achtzylindermotor, so liegt die veränderliche Ruhezeit bei einer Motordrehzahl von etwa 1400 U/min.

Bei der Zündstromanlage i4 handelt es sich vorzugsweise um eine Transistoranlage, deren Leistungstransistor und zugehörige Schaltungselemente mit der Bezugsziffer 14a bezeichnet und mit der Primärwicklung 14b der Zündspule in Reihe liegen, um über diesen Weg einen Stromfluß zu gewährleisten. Der Stromfluß erfolgt hierbei jedoch nur während des hierauf übertragenen Impulses bestimmter Dauer. L'm in entsprechender Form mit der erfindungsgemäß aufgebauten Impulsgeberschaltung zusammenarbeiten zu kernen, kann die Zündstromanlage 14 jede beliebige Form besitzen.

Vorzugsweise liegt das Aufnahmeorgan 16 im Verteiler eines Kraftfahrzeuges und ist mit zwei Wicklungen ausgerüstet, 16a und 16i>, die neben einem Nocken 18 angeordnet sind, der sich normalerweise im Verteiler des Kraftfahrzeuges befindet. Bei dieser Aufnahmevorrichtung 16 handelt es sich vorzugsweise um den in der US-PS 3 390 668 beschriebenen Typ. Der Nocken 18 besitzt eine Vielzahl von Kontaktabschnitten, deren Aufgabe in gewohnter Weise darin liegt, die Unterbrecherkontakte des Zündsystems zu öffnen und zu schließen, wobei sich diese Kontaktabschnitte an den Spulen 16a und 166 vorbeibewegen, um einen elektrischen Induktivitätswechsel und damit einen Signalausgang zu bewirken. Dieses Signal wird in F i g. 3 schematisch an Hand einer Reihe von Impulsen I^ dargestellt, die schließlich an die Basis eines Ausgangstransistors 20 übertragen werden. Zu einem bestimmten Zeitpunkt 21 eines gegebenen Impulses 19 wird der Ausgangstransistor 20 leitend gemacht, um über einen Widerstand 22 einen Steuerstrom auf die Zündstromanlage 14 zu übertragen. Die Emitterelektrode des Transistors 20 ist über einen Widerstand 24 mit Erdpotential verbunden und läßt entsprechend dem Ruhewinkel des Systems einen Rechteckimpuls 31 entstehen. Die Beendigung des Impulses 31 trifft auf einen Zeitpunkt 23 jedes Impulses 19 bzw. 19a und erzeugt, wie durch die Bezugsziffer 33 angegeben, einen Zündfunken am Ausgang der Zündspule. Der Transistor 20 ist rorn.alerweise bei nichi laufendem Motor nicht leitend und die Zündstromanlage 14 befindet sich dabei im Ruhezustand. Somit muß sich der Nocken 18 drehen und damit die Kontaktabschnitte an den Wicklungen 16a und 166 vorbeibewegen, bevor irgendein Signal induziert werden kam. Bei diesem Transistor 20 kann es sich um eine beliebige Stromregelungsanordnung handeln.

Während des Anlaßvorgangs und eines Motorlaufes bei niedriger Drehzahl wird der Impul;: vom Aufnahmeorgan 16 der Basiselektrode des Transistors 20 über einen Kondensatoi 25 und einen normalerweise leitenden Transistor 26 /.iigeführt, der einen Nebenschlußweg für ein RC-NeV/. 28 bildet. Ein Transistor 30 ist mit der Basiselektrode des Transistors 26 verbunden und befindet sich im nicht leitenden Zustand, um es dem Widerstand 32 zu ermöglichen, den Transistor 26 in Vorwärtsrichtung zu betreiben, d. h. leitend zu machen.

wodurch die Impulse 31 entstehen. Die Ausgangssignale von der Wicklung 16a werden ebenfalls einem Kondensator 34 über eine Diode 36 zugeführt, die diese gleichrichtet, um in jedem Falle Impulse einer bestimmten Polarität auf den Kondensator 34 zu übertragen. Der Kondensator 34 lädt sich anschließend entsprechend der Geschwindigkeit der angelegten Impulse und dem Entladungsweg über die Basis/F.mittcr-Strekke des Transistors 30 und den Widerstand 24 gegenüber Erdpotential auf. Besitzt der Nocken 18 acht Kontaktabschnitte und dreht sich dieser mit einer Geschwindigkeit von etwa 700 U/min, so lädt dieser Impuls von der Wicklung 16a den Kondensator 34 ausreichend auf, um den Transistor 30 leitend zu machen, der seinerseits den Transistor 26 innerhalb der Schaltung nicht leitend macht. Demzufolge laufen die auf die Basis des Transistors 20 vom Kondensator 25 übertragenen Impulse nicht mehr über den Transistor 26, sondern über das RC-Netz 28. Hierdurch wird der Zeitpunkt verschoben, in dem der Transistor 20 leitend (s. Bezugsziffer 21a in F i g. 3) wird, und damit auch die auf die Zündanlage wirkende Impulsdauer erhöht (s. 31a). Hiermit fließt bei jedem Impuls bei höheren Drehzahlen ein stärkerer Strom durch die Zündspule. Dieser Vorgang ist daran zu beobachten, daß der bei 19a in Fig.3 dargestellte Impuls nunmehr bewirkt, daß die Vorderflanke einer Rechteckwelle 31a früher einsetzt als dies bei niedrigen Drehzahlen der Fall ist. Diesen Vorgang zeigen auch die Impulskurven 33, die immer zu Beendigung der Stromimpulse 31 bzw. 31a einsetzen. Durch Erhöhung des Zeitpunktes, zu dem der Transistor 20 zu leiten beginnt, wird der Ablauf des Zündsystems gegenüber dem damit ausgerüsteten Motor während des gesamten Funktionsablaufes unverändert gehalten. Die erfindungsgemäß aufgebaute Impulsgeberschaltung liefert auch dann Impulse, wenn der Motor mit sehr geringer Drehzahl läuft. Dies erfolgt durch Verwendung eines Transistors 40, der über einen Widerstand 42 und eine Reihe von Dioden 44, 45, 46 und 47, die als Spannungsregler für niedrige Spannungswerte arbeiten, im wesentlichen als A-Verstärker betrieben wird. Durch Einwirkung einer Diode 48, die zwischen die Basiselektrode des Transistors 40 und die Wicklung 16a geschaltet ist, können nur Impulse einer bestimmten Polarität von der Wicklung 16a Signale über den Transistor 40 liefern. Bei geringen Drehzahlen, die im wesentlichen zwischen 0 U/min und etwa 150 U/min des Rotors 18 liegen, werden von der Wicklung 16a Signale an die Basiselektrode des Transistors 40 übertragen. Liegen die Drehzahlen des Nockens 18 jedoch über 150 U/min, so lädt sich ein Kondensator 50 auf, der den Transistor 40 abschaltet, wonach nunmehr elektrische Signale von der Wicklung 166 abgenommen und auf die Basis eines Transistors 52 über einen Widerstand 54 und einen Kondensator 56 übertragen werden. Somit wird bei niedrigen Drehzahlen der Ausgang des Transistors 40 auf die Basis des Transistors 52 über einen Widerstand 58 und den Kondensator 56 und bei höheren Drehzahlen das Signal auf die Basis des Transistors 52 über den Widerstand 54 und den Kondensator 56 übertragen. Durch Einwirkung der Widerstände 60 und 62 wird der Transistor 52 ständig in einer leitenden Stellung gehalten. Über einen Widerstand 64 ist die Emitterelektrode des Transistors 52 mit Erdpotential verbunden. Die über den Kondensator 56 übertragenen Impulse machen den Transistor 52 während einer kurzen Zeit nicht leitend, um über den Widerstand 62 einen Impuls zu erzeugen, der über einen Kondensator 25 auf die Basiselektrode eines Transistors 68 übertragen wird. Der Transistor 68 wird ebenfalls während des Ruhezustands der Impulsgeberschaltung in eine leitende Stellung gesteuert. Die Basiselektrode des Transistors 66 wird über einen Widerstand 70 angesteuert, der von der Batterie 12 gespeist wird.

F i g. 2 zeigt die mit dem Erfindungsgegenstand erzielte Zündfunkenspannung, die von der Zündstromanlage 14 geliefert wird, wenn diese über die Impulsgeberschaltung 10 betrieben wird. Die Kurve 72 zeigt einmal die Kennwerte eines herkömmlichen Zündsystems und zum anderen, daß die Funkenspannung mit zunehmender Drehzahl abnimmt. An einem Punkt 73 der Kurve 72 wird jedoch der Transistor 30 leitend, der wiederum seinerseits den Transistor 26 nicht leitend macht, wodurch die Überbrückung um das RC-Netz 28 aufgehoben und bewirkt wird, daß das elektrische Signal zu einem Irüheren Zeitpunkt an die Basis des Transistors 20 angelegt wird. Hierdurch wird der Ruhewinkel des Systems bei der jeweiligen Drehzahl in der Form beeinflußt, daß im Vergleich zu anderen Anwendungen eine höhere Zündfunkenspannung gehalten wird. Diese erhöhte Zündunkenspannung wird durch den Teil der Kurve 74 dargestellt, der vom Punkt 73 ausgeht, während die unterbrochene Linie 75 die Werte kennzeichnet, die bei Verwendung des herkömmlichen Systems erreicht würden.

Ein Vorspannungswiderstand 80 bewirkt, daß unterschiedliche Vorspannungen auf die Basis des Transistors 20 übertragen werden, wenn der Transistor 26 in eine nicht leitende Stellung gebracht wird. Diese abweichende Vorspannung an der Basis des Transistors 20 bewirkt, daß dieser zu einem früheren Zeitpunkt leitend wird. Da eine Begrenzung durch einen Begrenzungswiderstand 82 zwischen der Batterieversorgung 12 und der Impulsgeberschaltung gegeben ir\ braucht diese Schaltung 10 nur einen verhältnismäßig geringen Strom aufzunehmen.

Bei der beschriebenen Anordnung handelt es sich um eine einfache Impulsgeberschaltung, mit deren Hilfe der effektive Ruhewinkel einer Zündstromanlage während des Betriebs eines Explosionsmotors in der Weise verändert werden kann, daß sich bei höheren Drehzahlen des Motors verbesserte Kraftstoff-Zündeigenschaften des Zündfunkens ergeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Impulsgesteuerte elektronische Zündanlage für Brennkraftmaschinen zur drehzahlabhängigen und automatischen Steuerung des Stromflusses durch die Zündspule, deren Primärwicklung mit einer Stromunterbrechungsvorrichtung verbunden ist, um in Abhängigkeit von Zündimpulsen, die ein unterbrecherloser Zündimpulsgeber über einen Ankopplungszweig liefert, die Stromunterbrechungsvorrichtung zur Steuerung des Stromflusses ein- bzw. auszuschalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromunterbrechungsvorrichtung (20) über ein steuerbares Koppelglied (26) und eine dazu parallel geschaltete passive Kopplungsschaltung (28) von dem Zündimpulsgeber (16,18) aus über den Ankopplungszweig (40, 52, 68, 26) ansteuerbar ist, und daß das steuerbare Koppelglied (26) von den Zündimpulsen (19, 19a) über einen parallelen Steuerkreis (36, 34, 30) ansteuerbar und ausschaltbar ist, um bei niedrigen und mittleren Drehzahlen die Stromunterbrechungsvorrichtung über den Ankopplungszweig und das steuerbare Koppelglied mit den Zündimpulsen für eine gegebene Zeitdauer einzuschalten und um bei höheren D.-ehzahlen das Koppelglied über den parallelen Steuerkreis auszuschalten, so daß die Stromunterbrechungsvorrichtung durch die Zündimpulse für eine längere als die vorgegebene Zeiidauer über die parallel geschaltete Koppelschaltung (28) einschaltbar ist.

2. Impulsgesteuerte Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß da~> steuerbare Koppelglied ein Transistor und die parallel geschaltete Koppelschaltung ein /?C-Netzwerk ist, und daß der parallele Steuerkreis aus einem im Ruhezustand nicht leitenden Transistor (30), einem zur Steuerelektrode des Transistors parallel geschalteten Kondensator (34) und einer die Steuerelektrode an den Zündimpulsgeber (16, 18) anschließenden Diode (36) besteht, wobei sich an dem Kondensator bei höherer Drehzahl ein Vorspannungspotential aufbaut, das den Transistor (30) des Steuerkreises leitend macht und dadurch den als Koppelglied wirksamen Transistor (26) in den nicht leitenden Zustand schaltet.