DE2345556C2

DE2345556C2 - Zündzeitpunkt-Regelanordnung

Info

Publication number: DE2345556C2
Application number: DE2345556A
Authority: DE
Inventors: Yasunori Hitachi Mori; Torazo Mito Nishimiya
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-09-13
Filing date: 1973-09-10
Publication date: 1983-06-01
Also published as: US3935844A; GB1405204A; DE2345556A1; JPS4946030A

Description

— daß der monostabile Multivibrator (30, 31) ein ZeitkofiStantenglitd (36,43) mit einem Widerstand (36) und einem Kondensator (43) hat, und

— daß der Widerstandswert dt; Widerstandes (36) kontinuierlich mit dem Öffnungsgrad der Drosselklappe (6) zur Bestimmung der Impulsdauer änderbar ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündzeitpunkt-Regelanordnung für eine mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zwei Zündker- « zen in jeder Brennkammer und einer Drosselklappe, wobei der Zeitabstand für die Zündung der beiden Zündkerzen eines Zylinders in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen der Brennkraftmaschine veränderbar ist. ^w

Bei Brennkraftmaschinen, die mit Benzin als Kraftstoff arbeiten, ist bereits ein Betrieb mit einem feinen oder mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch diskutiert worden, um im Abgas Kohlenstoffmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NO_x) zu verringern. Jedoch hat diese Anordnung einen grundlegenden Nachteil einer Verschlechterung des Betriebsverhaltens der Maschine aufgrund einer Verringerung der Ausgangsleistung der Maschine.

Durch die US-PS 35 84 608 und die DE-OS 18 10 481 sowie 16 01828 sind Zündeinrichtungen mit zwei Zündkerzen bei Drehkolbenmaschinen bekanntgeworden, bei denen aber die Verhältnisse anders sind als bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen: Die zweite Zündkerze soll restlichen unverbrannten Treibstoff, insbesonde- re bei geringen Drehzahlen und/oder Belastungen verbrennen.

Bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit mehre

ren Zündkerzen, bei der zwei Zündkerzen für jede Brennkammer vorgesehen sind, kann eine Verbesserung der Ausgangsleistung der Maschine eintreten. Diese verbesserte Wirkung wird jedoch durch ein Anwachsen des Stickoxjd-Anteijs aufgehoben. Für eine Verringerung der Stickoxide ist es nützlich, die Zündzeitpunkteinstellung auf einen normalen Betrieb zu verzögern, der weniger Maschinenleistung erfordert

Diese Verzögerung der Zündzeitpunkteinstellung erfüllt die Forderungen einer Verringerung der Stickoxide und einer Verbesserung des Betriebsverhaltens unter normalen Bedingungen. Eine zu lösende Schwierigkeit verbleibt jedoch noch bei dieser Verzögerung der Zündzeitpunktsinstellung. Dies bedeutet, die Ausgangsleistung der Maschine ist um einen zur Verzögerung der Zündzeitpunkteinstellung proportionalen Betrag auf eine Beschleunigung verringert, die eine zusätzliche Maschinenausgangsleistung erfordert Dies führt zu einer Verschlechterung des Betriebsverhaltens der Maschine während der Beschleunigung.

Die Erfindung hat es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, eine Zündzeitpunkt-Regelanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der sowohl im Leerlauf der Maschine als auch bei der Beschleunigung bessere Abgaswerte durch Verminderung der Kohlenmonoxide und der Stickoxide erzielbar sind, wobei die erfindungsgemäße Anordnung bei niedrigen Kosten der Anlage und kleinen Abmessungen ein optimales Betriebsverhalten des Motors über den gesamten Drehzahlbereich sicherstellen soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige weitere Ausbildungen.

Durch die erfindungsgemäße Zündzeitpunkt-Regelanordnung ist die Zündzeitpunkteinstellung de·· einen Zündkerze gegenüber der Zündzeitpunkteinstellung der anderen Zündkerze unter normalen Betriebsbedingungen verzögert, während die verzögerte Frühzündung (Funkenvoreilung) nur dann voreilt, wenn eine besondere Maschinenausgangsleistung, wie bei einer Beschleunigung, erforderlich ist. Die Abnahme der Frühzündung unter normalen Betriebsbedingungen bewirkt eine Verringerung von Stickoxiden und erleichtert eine Oxidation von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid durch Förderung der Wärmereaktion im Reaktionsgefäß, während die wiedergewonnene Maschinenausgangsleistung während der Beschleunigung das Betriebsverhalten verbessert. Weiterhin kann eine integrierte Schaltung für das Impulsverzögerungsglied verwendet werden. Dies verringert mögliche Fehlleistungen aufgrund eines Hochfrequenzrauschens einer Hochspannungsanordnung. Obwohl ein Zweistrecken-Verteiler mit zwei Unterbrecherstrecken bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zwei Zündkerzen erforderlich ist, kann ein herkömmlicher Zweistrecken-Verteiler ohne jegliche Abänderung verwendet werden und es wird kein wesentliches Anwachsen in den Herstellungskosten eintreten. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Anordnung gut für eine Massenproduktion geeignet.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit mehreren Zündkerzen;

F i g. 2 das Schaltbild eines Ausfuhrungsbeispiels;

Fig.3 Signalverläufe zur Erläuterung des Betriebs der in der F i g. 2 gezeigten Schaltung, und

F i gr 4 Fröbzündkiirven, die Versuchsergebnisse einer Tflndzeitpunkteinstellungsregelung zeigen, die mit der erfindungsgern&ßen Anordnung durchgeführt wurde.

In der Fig, t sind vorgesehen eine Batterie 1, ein Zündschalter 2, eine erste Zündspule 3, eine zweite Zündspule 4, transistorisierte Impulsverstärker 5, eine Drosselklappe 6, ein Impulsverzögerungs- und Verstärkungsglied 7, ein erster Verteiler 8, ein zweiter Verteiler 9, eine erste Zündkerze 40, eine zweite Zündkerze 11 und eine Unterbrecherstrecke IZ to

F i g. 2 zeigt ein Schaltungsbild, das einer Transistor-Impulsverstärker 5 aufweist, einschließlich folgender H auptbestandteüe:

Transistoren 13 bis 16, Widerständen 17 bis 26, einen Kondensator 27, eine Diode 28 und eine Z-Diode 29. Bei dieser Schaltung wird ein Strom in der Primärwicklung der ersten Zündspule ,3 nicht direkt durch die Unterbrecherstrecke 12, sondern durch einen Leistungstransistor 16 abgeschaltet, der durch einen verstärkten Impuls gesteuert ist, der auf der Unterbrechung der Unterbrecherstrecke 12 oder einer ähnlichen Einrichtung beruht Aus diesem Grund kann eine Zündenergie erhalten werden, indem lediglich ein kleiner Strom unterbrochen wird. Das Impulsverzögerungs- und Verstärkungsglied 7 umfaßt monostabile Muitivibratoren oder Monoflops 30 und 31, Leistungstransistoren 33 und 34, Widerstände 35 bis 41, Kondensatoren 42 bis 46, eine Diode 47 und eine Z-Diode 48. Das Glied 7 dient zur Erzeugung eines Impulses, der um eine vorbestimmte Zeit gegenüber dem Eingangsimpuls verzögert ist, und danach zur Verstärkung des verzögerten Impulses. Die verstärkten Impulse werden zur Abschaltung des durch die Primärwicklung der zweiten Zündspule 4 fließenden Stromes verwendet. Eine Energiequelle 50 speist elektrische Energie in die Multivibratoren 30 und 31.

Der Betrieb der in der oben beschriebenen Weise aufgebauten Schaltung wird weiter unten näher erläutert Eine Gleichspannung von der Baüeric 1 wird zunächst in ein Steuerglied nach der Einschaltung des Zündschaltprs 2 eingespeist Wenn die Unterbrecherstrecke 12 geschlossen ist, wird der Kondensator 27 mit der in der Fig.2 gezeigten Polarität aufgeladen, wodurch der Transistor 13 abgeschaltet wird. Dies steuert nacheinander den Betrieb der Transistoren 14, 15 und des Leistungstransistors 16, und bewirkt schließlich, daß der Strom durch die Primärwicklung der ersten Zündspule 3 fließt. Das Abschalten des Transistors 13 verursacht somit, daß der Transistor 14 abgeschaltet ist und die Transistoren 15 und 16 leitend sind. Wenn dann die U"terbrecherstrecke 12 betätigt wird, wird die am Kondensator 27 liegende Spannung zur Basiselektrode des Transistors 13 über die Z-Diode 29 gespeist, um dadurch die Transistoren 13 und 14 anzusteuern. Dies bewirkt, daß die Vorspannung an der Basis des Transistors 15 »Null« ist, um dadurch den Transistor 15 und danach den Leistungstransistor 16 abzuschalten. Eine Abschaltung des Transistors 16 verursacht eine Unterbrechung des Primärstromes der ersten Zündspule 3, der seinerseits eine Hochspannung in die Sekundärspule induziert. Die so induzierte Hochspannung wird in eine der Zündkerzen 10 in der ersten Gruppe über den ersten Verteiler 8 eingeprägt und erzeugt eine Bogenentladung in der Zündkerzenstrecke.

Andererseits wird auch ein Ein-Aus-Signal von der Unterbrecherstrecke 12 zum Impulsverzögerungs- und Verstärkungsglied 7 gespeist, wo dieser Impuls in Impulse mit einer gegebenen Impulsbreite und einer Zeitverzögerung umgewandelt wird, die durch eine Schaltungskonstante der monostabilen Multivibratoren 30 und 3J bestimmt ist.

Diese Abwandlung ist in der Fig,3 gezeigt, in der eine Signalform (a) den Ein-Aus-Zustand der Unterbrecherstrecke darstellt

Eine Signalform (b) zeigt die Sekundärspannung der ersten Zündspule.

Eine Signalform (c) zeigt den Ausgangsimpuls des monostabilen Multivibrators 30. Eine Signalform (d) zeigt einen Ausgangsimpuls des monostabilen Multivibrators 31. Signalformen (e) und (f) zeigen die Sekundärspannungen der zweiten Zündspule 4, wobei die Signalform (e) vorliegt, wenn die Zeitverzögerung möglichst klein gewählt ist, und die Signalform (Q, wenn die Zeitverzögerung auf einen möglichst großen Wert eingestellt ist Die Zeitverzögerung Tc\ oder die Breite des Ausgangsimpulses des monostabilen Multivibrators 30 ist durch eine Zeitkonstante bestimmt, die von den Werten das Widerstandes 36 und des Kondensators 43 abhängt Versuche haben ergebe-, daß es praktisch zweckmäßig ist, eine Zeitverzögerung im Bereich von 200 us bis 3 ms vorzusehen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das öffnen der Drosselklappe der Maschine so mit dem einstellbaren Abgrri des Stellwiderstandes 36 eingestellt, daß, wenn die Maschine eine große Ausgangsleistung erfordert, wie beispielsweise bei einer Beschleunigung, d. h. wenn die Drosselklappe weit geöffnet ist, der Widerstandswert des Widerstandes 36 klein ist, während, wenn ein normaler Betrieb vorliegt oder die Drosselklappe wenig geöffnet ist, der Wert des Widerstandes 36 groß ist. Jedoch ist es selbstverständlich, daß auch andere Maßnahmen oder Anordnungen für die Beziehung zwischen der Maschinenausgangsleistung und der Breite des Ausgangsimpulses des Multivibrators 30 sowie für das Signalübertragungsverfahren getroffen werden können.

Der vom monostabilen Multivibrator 31 erhaltene Ausgangsimpuls hat eine konstante Impulsbreite Tc₂, die durch eine Zeitkonstante bestimmt ist, die von der Kapazität des Kondensators 45 und dem Wert des Widerstandes 37 abhängt

Dies bedeutet die von den monostabilen Multivibratoren 30, 31 erhaltenen verzögerten und durch den Verstärker 32 verstärkten Impulse steuern den Schaltbetrieb des Transistors 34. Diese Schaltsteuerung verursacht eine zeitweilig aussetzende Unterbrechung des Primärstromes der zweiten Zündspule 4, wodurch eine Hochspannung in die Sekundärwicklung der zweiten Zündspule 4 induziert wird. Die Hochspannung wird in eine Zündkerze, die durch den zweiten Verteiler 9 ausgewählt ist, in der zweiten Gruppe der Zündkerzen eingeprägt und bewirkt eine Bogenentladung in der Zündkerzenstrecke.

Auf diese Weise ist es möglich, den Zündabstand zwischen der ersten und zweiten Gruppe von Zündkerzen 5 durch Veränderung der Schaltungskonstante in Beziehung mit der Ausgangsleistung der Maschine zu steuern.

Fig.4 zeigt Versuchsergebnisse des Betriebs der erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig.4 zeigt die Beziehung der Frühzündung zur Maschinendrehiahl und insbesondere den Unterschied der Frühründung zwischen der ersten und zweiten Gruppe von Zündkerzen, die Frühzündung im Leerlauf (600 U/min) für die erste Gruppe von Zündkerzen, die

10° vor dem oberen Totpunkt eingestellt ist. Dieser Versuch zeigt, daß der Zündabstand zwischen den beiden Zündkerzengruppen über einen Bereich von 15° des Kurbelwellenwinkels verändert werden kann. Auf diese Weise kann die Verzögerung der Zündzeitpunkteinstellung der zweiten Zündkerze hinsichtlich zur Zündzeitpunkteinstellung der ersten Zündkerze ohne Beeinflussung des Funken-Voreil-Betriebs einer automatischen Funken-Voreil-Anordnung gesteuert werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Zündzeitpunkt-Regelanordnung für eine mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zwei Zündkerzen in jeder Brennkammer und einer Drosselklappe, wobei der Zeitabstand für die Zündung der beiden Zündkerzen eines Zylinders in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen der Brennkraftmaschine veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitabstand für die Zündung der beiden Kerzen (10,11) kontinuierlich entsprechend der Zunahme der öffnung der Drosselklappe (6) abnimmt, wodurch die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine kontinuierlich in Abhängigkeit von der Betätigung des Gaspedals regelbar ist

2. Zündzeitpunkt-Regelanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen monostabilen Multivibrator (30, 31), dessen Ausgangsimpuls eine Impulsdauci hat, die kontinuierlich mit zunehmendem Öffnungsgrad der Drosselklappe (6) abnimmt, so daß der Zeitabstand durch Ansteuern des monostabilen Multivibrators (30, 31) abhängig von der Zündung einer der Zündkerzen (10, 11) einstellbar ist, um einerseits den Ausgangsimpuls zu erzeugen und um andererseits abhängig vom Ende des Ausgangsimpulses die andere Zündkerze (11) zu zünden.

3. Zündzeitpunkt-Regelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,