DE2302726B2 - Zuendvorrichtung fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Eine Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DT-OS 20 24 474 bekannt. An den Impulsgenerator, der für jede Zündung nacheinander zwei Impulse entgegengesetzter Polarität erzeugt, ist dort ein Gleichrichter angeschlossen, der in seinem den ersten dieser beiden Impulse hindurchlassenden Teil ein elektrisches Dämpfungsglied enthält. Infolgedessen gibt der Gleichrichter an das mit ihm verbundene impulsgesteuerte Schaltelement der Zündvorrichtung jeweils zwei aufeinanderfolgende Impulse ab, von denen der erste schwächer als der zweite ist. Die Amplituden beider Impulse nehmen mit steigender Drehzahl der Brennkraftmaschine zu. Unterhalb einer vorgegebenen Drehzahl überschreitet nur der zweite, stärkere Impuls den zur Triggerung erforderlichen Pegel, so daß die Triggerung verhältnismäßig später erfolgt. Oberhalb der vorgegebenen Drehzahl überschreiten dagegen beide Impulse den Trigger-Schwellenwert, so daß die Triggerung mit dem ersten Impuls und somit entsprechend früher auftritt.

Bei einer derartigen Steuerung besteht folgende Schwierigkeit. Läuft die Brennkraftmaschine mit der vorgegebenen Grenzdrehzahl, bei der die Umschaltung zwischen späterer und früherer Zündung erfolgen soll, so erreicht der frühere Impuls gerade den zur Trigeerung erforderlichen Schwellenwert Wegen der in der Praxis unvermeidlichen Amplitudenschwankung wird dabei dieser frühere Impuls bald den Schwellenwert überschreiten, bald ihn nicht erreichen. Außerdem überlagert sich dem Impuls ein unvermeidbares Rauschen, das den genauen Wert der Impulsamplitude weiter verzerrt Andererseits ist aber der Schwellenwert, bei dem das verwendete impulsgesteuerte Schaltelement zwischen seinem nichtleitenden und seinem leitenden Zustand umschaltet, kein mathematisch punktueller Wert, sondern umfaßt einen gewissen Übergangsbereich. Innerhalb dieses Bereichs ist das Schaltelement mehr oder weniger leitend, so daß ein entsprechend stärkerer oder schwächerer Strom während einer entsprechend kürzeren oder längeren Periode durch den Zündtransformator fließt In diesem Übergangsbereich besteht daher die Gefahr, daß der zur Erzeugung des benötigten hohen Zündstroms gewöhnlich verwendete Kondensator durch den den Schwellenwert gerade erreichenden früheren Impuls verhältnismäßig langsam und nur teilweise und erst durch den nachfolgenden stärkeren Impuls vollständig entladen wird. Eine solche langsame und teilweise oder »ratenweise« Entladung reicht aber nicht aus, um an der Sekundärseite eines Zündtransformators die zur ordnungsgemäßen Zündung erforderliche Hochspannung zu erzeugen. Daher kann es bei der bekannten Schaltung passieren, daß im Bereich der Grenzdrehzahl die Zündung aussetzt und die Brennkraftmaschine stottert

Das gleiche Problem besteht auch bei der Schaltung nach der DT-OS 18 09 282. Dort sind mit dem Steuereingang des Schaltelements zwei Wicklungen unterschiedlicher Windungszahl verbunden, in denen gemäß ihrer unterschiedlichen Winkelstellung bezüglich eines mit der Brennkraftmaschine umlaufenden Magneten zu vprschiedenen Zeiten Strom induziert wird. Die Wicklung mit der geringeren Windungszahl ist dabei bezüglich des umlaufenden Magneten der mit der höheren Windungszahl voreilend angeordnet, so daß wiederum bei jedem Umlauf des Magneten zuerst ein schwächerer und dann ein stärkerer Impuls erzeugt wird. Da die beiden Wicklungen direkt mit dem Steuereingang des Schaltelements verbunden sind, besteht im Bereich der Grenzdrehzahl wiederum die Gefahr, daß das Schaltelement durch den früheren Impuls nur unvollständig eingeschaltet wird und die Zündspannung nicht ihren vollen Wert erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung mit Zündpunkt-Vorverlegung bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenzdrehzahl zu schaffen, bei der auch im Übergangsbereich mit Sicherheit immer ein Zündimpuls erzeugt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Lehre des Patentanspruchs 1. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird danach nicht mit dem Schwellenwert des den Zündstrom triggernden Schaltelements gearbeitet; vielmehr wird durch Umschaltung des verwendeten Gleichrichters vom Einwegbetrieb in den Zweiwegbetrieb der frühere Zündimpuls dem Schaltelement entweder zugeführt oder nicht. Zwar tritt auch bei der Erfindung im (Jbergangsbereich, d. h. im Bereich der Grenzdrehzahl wegen der erwähnten unvermeidlichen Schwankungen die Tatsache auf, daß der den früheren Impuls führende Gleichrichterteil bald wirksam, bald unwirksam ist und daher in diesem Bereich der frühere

Impuls bald auftritt und bald nicht Da jedoch keine Amplitudendiskriminierung zwischen den beiden Impulsen stattfindet, läßt sich dafür sorgen, daß der frühere Impuls dann, wenn er überhaupt die Gleichrchterschaltung passiert, zur vollen Aussteuerung des Schaltelements ausreicht Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es also im Drehzahl-Obergangsbereich bald zu einer früheren, bald zu einer späteren Zündung kommen, was aber den Betrieb der Brennkraftmaschine wesentlich weniger stört als die nach dem Stand der Technik auftretenden Zündausfälle.

Aus der USA.-Patentschrift 34 64 397 ist eine weitere Zündvorrichtung bekannt bei der in zwei gleichen Spulen gleichzeitig gleich große, aber gegeneinander invertierte Signale erzeugt werden, die jeweils einen schwächeren Vorimpuls und einen stärkeren Hauptimpuls entgegengesetzten Vorzeichens umfassen. Die beiden Signale werden derart addiert daß der Vorimpuls des einen Signals und der zeitlich nachfolgende Hauptimpuls des anderen Signals die zur Aussteuerung des Schaltelemente erforderliche Polarität aufweisen. Das mit seinem Vorimpuls wirksame Signal wird dabei über eine Zenerdiode geleitet, so daß dieser Teil der Steuereinrichtung erst bei einer bestimmten Drehzahl und der dementsprechenden Impulshöhe wirksam wird. Zwar ist hier in gewisser Weise ähnlich wie bei der Erfindung der eine Teil der Schaltung nicht direkt mit dem Steuereingang des Schaltelements verbunden; trotzdem besteht auch hier das oten geschilderte Problem. Im Grenzdrehzahlbereich, in dem gerade die Zenerspannung erreicht wird, gelangen nämlich über die Zenerdiode nur die erwähnten Signalschwankungen an den Steuereingang des Schaltelements, so daß in diesem Bereich wiederum die Gefahr einer unvollständigen Umschaltung durch den früheren Impuls besteht. Abgesehen von dem durch die zweite Steuerwicklung bedingten höheren apparativen Aufwind vermag auch die Schaltung nach dieser USA.-Patentschrift die erfindungsgemäße Umschaltung eines Gleichrichters vom reinen Einwegbetrieb in den vollen Zweiwegbetrieb ohne Amplitudendiskriminierung am Schaltelement nicht nahezulegen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Aubführungsform einer Schaltung zum Vorverlegen des Zündzeitpunktes bei einer Brennkraftmaschine,

F i g. 2 eine durch die Schaltung bzw. den Impulsgenerator nach F i g. 1 erzeugte Ausgangsspannungswelle,

F i g. 3 eine Ausgangsspannungswelle, die durch einen Gleichrichterteil der Schaltung nach F i g. 1 erzeugt wird, wenn die Brennkraftmaschine mit einer hohen Drehzahl arbeitet,

Fig.4 in einem Teilschnitt eine praktische Ausführungsform des Impulsgenerators nach F i g. 1,

F i g. 5a und 5b jeweils ein Polstück des Impulsgenerators nach F i g. 4,

Fig.6 in einer graphischen Darstellung den Übergang von Spätzündung auf Frühzündung bei einer Brennkraftmaschine und

F i g. 7 eine weitere Ausführungsform einer Schaltung zum Vorverlegen des Zündzeitpunktes bei einer Brennkraftmaschine.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Schaltung ist eine Ausgangsspule 1 eines Stromerzeugers mit der Primärwicklung eines Zündtransformators 4 über eine Diode 2 und einen Kondensator 3 verbunden und über das andere Ende der Primärwicklung geerdet Die Sekundärwicklung 4b des Zündtransformators ist an eine Zündkerze 5 angeschlossen. Ferner ist ein Thyristor 6 vorhanden, der zwischen der Kathode der Diode 2 und dem Erdungs- oder Masseanschluß liegt und zusammen mit dem Kondensator 3 und der Primärwicklung 4a des Zündtransformators einen geschlossenen Stromkreis bildet Die von der Ausgangsspule 1 des Generators abgegebene Energie wird über die Diode 2 dem Kondensator 3 zugeführt und in diesem Kondensator gespeichert Wird der Thyristor 6 eingeschaltet, entlädt sich die Ladung des Kondensators 3 über den Thyristor und die Primärwicklung 4a des Zündtransformators 4, was zur Folge hat, daß durch die Sekundärwicklung Ab eine hohe Spannung an die Zündkerze 5 angelegt wird. Somit entspricht der Zündzeitpunkt dem Zeitpunkt des Einschaltens des Thyristors 6.

Zu dem Impulsgenerator gehört eine Ausgangsspule 7, die an eine Gleichrichterschaltung angeschlossen ist. welche sich aus einem Thyristor 8 sowie Dioden 9, 12 und 13 zusammensetzt. Die Steuerelektrode des Thyristors 8 ist mit einem Knotenpunkt zwischen zwei einen Spannungsteiler bildenden Widerständen 10 und 11 verbunden. Zwischen einer Ausgangsklemme der Gleichrichterschaltung und der Steuerelektrode des Thyristors 6 liegt ein durch einen Kondensator 14 überbrückter Widerstand 15. Ferner ist zwischen dem Erdungsanschluß und der Steuerelektrode des Thyristors 6 ein durch einen Widerstand 17 überbrückter Kondensator 16 vorhanden.

F i g. 2 zeigt die zwischen den Ausgangsklemmen 7a und Tb der Spule 7 erscheinende Impulsspannung, die dazu dient, den Zeitpunkt zu bestimmen, in dem der Thyristor 6 getriggert wird; gemäß F i g. 2 ist die an der Ausgangsklemme Tb erscheinende Spannung höher als die an der Ausgangsklemme Ta erscheinende Spannung. Arbeitet der Motor mit einer niedrigen Drehzahl, befindet sich der Thyristor 8 im Sperrzustand, da die an seiner Steuerelektrode erscheinende Spannung nicht ausreicht, um den Thyristor einzuschalten. Unter diesen Umständen bewirkt der negative Impuls nicht, daß ein Strom fließt. Wird die an der Klemme 7a erscheinende Spannung höher als die an der Klemme Tb erscheinende, fließt ein Strom über die Diode 12, den Kondensator 14, die Steuerelektrode und die Anode des Thyristors 8 und die Diode 9 zum Erdungsanschluß. In diesem Fall wird der Zündzeitpunkt durch den Zeitpunkt bestimmt, in dem gemäß F i g. 2 der positive Impuls bauftritt.

Sobald die Drehzahl des Motors einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird der Thyristor 8 eingeschaltet, da an seiner Steuerelektrode eine genügend hohe Spannung erscheint. Dies hat zur Folge, daß der Thyristor 6 durch den negativen Impuls a nach F i g. 2 eingeschaltet wird. Hierbei führt die Gleichrichterschal· tung nach F i g. 1 gemäß F i g. 3 zwei positive Ausgangsimpuise a und b dem Kondensator 16 über den Kondensator 14 und den ihn überbrückenden Widerstand 15 zu In dem Kondensator 16 wird eine Spannung gespeichert, die einen in F i g. 2 angedeuteten vorbestimmten Pegel £5 überschreitet so daß der Thyristor 6 eingeschaltet wird. Da nahezu die gesamte in dem Kondensator 3 gespeicherte Energie zum Erzeugen eines Zündfunkens verbraucht wird, sobald der Thyristor 6 durch den Impuls a eingeschaltet wird, ist es dem später eintreffenden Impuls b nicht möglich, einen Zündfunken zu erzeugen.

Zu der Vorrichtung nach F i g. 1 zum Vorverlegen des Zündzeitpunktes gehören somit ein Impulsgenerator

zum Erzeugen von in verschiedenen Zeitpunkten auftretenden positiven und negativen Impulsen, eine in der positiven Richtung wirkende Einrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem positiven Impuls, eine in der negativen Richtung wirkende Einrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem negativen Impuls sowie eine Steuereinrichtung, die dazu dient, in Abhängigkeit von der jeweiligen Motordrehzahl das zum Triggern der Zündschaltung dienende Ausgangssignal aus den beiden Ausgangssignalen der in der positiven bzw. in der negativen Richtung wirkenden Einrichtungen auszuwählen.

Zu der in der positiven Richtung wirkenden Einrichtung gehören die Dioden 9 und 12, während zu der in der negativen Richtung wirkenden Einrichtung der Thyristor 8 und die Diode 13 gehören. Es ist jedoch auch möglich, diese Einrichtungen aus anderen Schaltungselementen aufzubauen. Beispielsweise könnten die Ausgangsklemmen la und Tb mit den Basiselektroden eines NPN- bzw. eines PNP-Transistors über die Steuereinrichtungen verbunden sein, mittels welcher die Transistoren gesteuert werden. Die Ausgangssignale dieser Transistoren werden dann dem Eingang der Zündschaltung über weitere Schaltungen zum Formen der Wellen zugeführt.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 ist auf sehr einfache Weise aufgebaut, da es möglich ist, die in der positiven bzw. der negativen Richtung wirkenden Einrichtungen als Gleichrichterschaltungen auszubilden. Geht die Drehzahl des Motors zurück, arbeiten die beiden Einrichtungen als Einweg- oder Halbwellengleichrichter, während sie bei zunehmender Motordrehzahl als Vollweggleichrichter arbeiten. Der Übergang vom Einweggleichrichterbetrieb auf den Vollweggleichrichterbetrieb und umgekehrt wird durch Steuereinrichtungen bewirkt zu denen die Widerstände 10 und 11 sowie der Thyristor 8 gehören, welch letzterer nicht nur als Gleichrichter, sondern auch als Steuereinrichtung zur Wirkung kommt.

Die an der Steuerelektrode des Thyristors 8 erscheinende Spannung wird in Abhängigkeit von der Motordrehzahl variiert Zu diesem Zweck wird der Impulsgenerator mit der Spule 7 und den einen Spannungsteiler bildenden Widerständen 10 und 11 gleichzeitig als Detektor für die Drehzahl des Motors benutzt. Wenn eine Spannung zur Verfugung steht die in Abhängigkeit von der Motordrehzahl variiert, ist es möglich, diese Spannung als Eingangssignal für die Steuerelektrode des Thyristors 2x1 verwenden. Es ist jedoch auch möglich, der Steuerelektrode des Thyristors 8 ein Ausgangssignal von einem anderen Generator aus zuzuführen, der nur die Aufgabe hat, den Thyristor zu triggern, oder der auch noch anderen Zwecken dient

Fig.4, 5a und 5b zeigen verschiedene Teile eines Impulsgenerators. Zu diesem Generator gehören eine Nabe 41, die ein Schwungrad 42 trägt, mehrere Magnete 44, von denen in F i g. 4 nur einer dargestellt ist, sowie ein mit einer Welle des Motors drehfest verbundenes Polstück 45. Das Schwungrad 42 ist mit der Nabe 41 durch Nieten 43 verbunden, von denen in Fig.4 nur eine zu erkennen ist Ferner ist ein H-förmiger Eisenkern 48 vorhanden, auf dem eine zum Erzeugen von Impulsen dienende Spule 47 angeordnet ist, und der an einem Basisteil 46 befestigt ist Wird die Nabe 41 durch den Motor gedreht, erzeugt die mit den Magneten 44 gekoppelte Spule 47 Ausgangsimpulse.

Die Form von Teilen des Polstücks 45 ist aus F i g. 5a und 5b ersichtlich. Das Polstückteil 55 weist Ausschnitte 50, 52 und 53 auf, um Änderungen der Flußdichte herbeizuführen.

Wenn sich der H-förmige Eisenkern 48 dem Polstück 55 nähen und einen Rand a des Ausschnitts 53 erreicht, wird durch die Spule 47 der in Fig.2 dargestellte negative Impuls a erzeugt, während beim Erreichen des Randes b des Ausschnitts 50 der positive Impuls b erzeugt wird. Der Phasenwinkel zwischen den Impulsen a und b wird gemäß F i g. 3 und 5a durch den Abstand / zwischen den Rändern a und oder Ausschnitte 53 und 50 bestimmt. Soll der Frühzündungswinkel θ nach F i g. 3 geändert werden, muß man den Abstand /entsprechend ändern. Bei dem Impulsgenerator nach Fig.4 wird das Umschalten von Spätzündung auf Frühzündung und umgekehrt in der weiter oben beschriebenen Weise in Abhängigkeit von der Motordrehzahl bewirkt. Dieser Vorgang ist auch in Fig.6 dargestellt Sobald die Motordrehzahl den vorbestimmten Wert So erreicht, erscheint an der Steuerelektrode des Thyristors 8 eine Spannung, deren Pegel so hoch ist, daß der Thyristor eingeschaltet wird.

Das Schaltverhalten von Thyristoren wird durch die Umgebungstemperatur beeinflußt, so daß sich die Lage des Schaltpunktes in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur verändert Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann man gemäß Fig.7 einen Heißleiter 718 zwischen dem Widerstand 710 und der Steuerelektrode des Transistors 78 anordnen. Zu der Zündschaltung gehören gemäß Fig.7 eine Generatorspule 71, eine Diode 72, ein Thyristor 76, ein Kondensator 73. eine Zündkerze 75 sowie ein Transformator 74 mit einer Primärwicklung 74a und einer Sekundärwicklung 74b; diese Zündschaltung arbeitet auf ähnliche Weise wie die anhand von F i g. 1 beschriebene. Zu der Schaltung nach F i g. 7 zum Vorverlegen des Zündzeitpunktes gehören eine Impulsgeneratorspule 77, Widerstände 710, 711₁ 715, 717, Dioden 79, 712, 713, Kondensatoren 714, 716 ein Thyristor 78, und der Heißleiter 718. Erhöht sich die Umgebungstemperatur, verringert sich der Widerstanc des Heißleiters 718, so daß der Thyristor 78 unabhängii von der Umgebungstemperatur jeweils bei einei vorbestimmten Motordrehzahl leitfähig wird. Hat dei Heißleiter solche Eigenschaften, daß sich sein Wider stand bei zunehmender Umgebungstemperatur vergrö Bert wird er zwischen dem Widerstand 711 und de Steuerelektrode des Thyristors 78 angeschlossen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

" Patentansprüche:

1. Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen, wobei der Zündstrom über ein impulsgesteuertes Schaltelement auslösbar ist, mit einem für jede Zündung nacheinander zwei Impulse entgegengesetzter Polarität erzeugenden Impulsgenerator und einem daran angeschlossenen Gleichrichter, der einen die positiven Impulse an das Schaltelement hindurchlassenden Teil und einen die negativen Impulse an das Schaltelement hindurchlassenden Teil umfaßt, wobei unterhalb einer vorgegebenen Drehzahl nur der jeweils spätere Impuls das Schaltelement triggert, gekennzeichnet durch eine die Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelnde Einrichtung (10, 11; 710, 711, 718), die unterhalb der vorgegebenen Drehzahl den den jeweils früheren Impuls durchlassenden Gleichrichterteil (8,12; 78,712) unwirksam macht

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter als Diodenbrücke (8, 9,12,13; 78,79,712,713) ausgebildet ist, in der eine Diode in dem den jeweils früheren Impuls durchlassenden Teil durch einen Thyristor (8; 78) ersetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die die Drehzahl ermittelnde Einrichtung ein mit dem Ausgang des Impulsgenerators (7; 77) verbundener Spannungsteiler (10, U; 710, 711, 718) ist, dessen Abgriff an die Steuerelektrode des Thyristors (8; 78) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (710, 711, 718) einen Heißleiter (718) umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, · dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gleichrichter (8, 9, 12, 13; 78, 79, 712, 713) und dem Schaltelement (6; 76) eine Impulsformerstufe (14... 17; 714... 717) eingeschaltet ist