DE2416115A1

DE2416115A1 - Elektronisches zuendsystem fuer brennkraftmotor

Info

Publication number: DE2416115A1
Application number: DE2416115A
Authority: DE
Inventors: Eric Harold Ford
Original assignee: Lumenition Ltd
Current assignee: Lumenition Ltd
Priority date: 1973-04-06
Filing date: 1974-04-03
Publication date: 1974-10-24
Also published as: CA1018245A; AU6704874A; JPS5029930A; JPH028147B2; SE392507B; BR7402727D0; US3896776A; GB1420814A; IT1004459B; DE2416115C2; FR2224646A1; FR2224646B1; ZA741731B; ES425385A1

Description

PAT BNTANW/.'. T H BÜRO 4 DÜSSELDORF SCHÜMANN8TR. 97

PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing. W. COHAUSZ ■ Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER

Lumenition Limited

77-85 Newington Causeway

London S.E.1, England 2. April 1974

Elektronisches Zündsystem für Brennkraftmotor

Me Erfindung betrifft ein elektronisches Zündsystem für einen Brennkraftmotor und insbesondere ein System zur Zeitgabe des Ein- und Ausschaltens des Funkens.

Eine bekannte Ausführung eines Zündsystem für einen Brennkraftmotor arbeitet mit Kontaktunterbrecherpunkten, die von einer Nooke betätigt werden, welche über geeignete Getriebe von der Kurbelwelle des Motors aus angetrieben wird. Bei diesem System werden die Kontakte eine festgelegte Zahl von Graden der Kurbelwellendrehung lang geschlossen und damit die Batterie an die Zündspule angeschlossen, und zwar unabhängig von der Motordrehzahl. Die Dauer des Funken, der beginnt, wenn die Kontaktunterbrecherspitzen geöffnet werden, ist eine Funktion der elektrischen Betriebsgrößen des Systems, und sie ist im wesentlichen unabhänggig von der Motordrehzahl.

Eine andere bekannte Ausführung eines Zündsystems für Brennkraftmotoren arbeitet mit einem magnetischen Trigger, um den Strom zur Zündspule auszuschalten, um damit einen Funken beginnen zu lassen, wobei der Strom zu einer geeigneten Zeit wieder eingeschaltet wird, ehe ein weiterer Funken benötigt wird. Die Zeitdauer zwischen dem Ausschalten der Zündspule und dem Einschalten der Zündspule wird durch geeignete Steuerungen auf die Kotordrehzahl bezogen, so daß die Spule ausreichende "Einschalt"-Zeit hat, damit deren Magnetfeld ausreichende Energie gespeichert hat, um den Funken zu erzeugen.

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Wa/Ti - 2 -

Eine weitere bekannte Ausführung eines Zündsystems wird von optoelektronischen Mitteln bei entsprechenden Kurbelwellenpositionen getriggert, wobei beim Triggern der Strom zur Zündspule unterbrochen wird und die Spule zu einer bestimmten Zeit nach dem Ausschalten wieder mit der Batterie verbunden wird. Bei einem solchen System wird die Kurbelwellenposition, bei der der Funke eingeleitet wird, genau definiert. Die Funkendauer hängt von den elektrischen Betriebsgrößen des Systems ab, wobei das Einschalten der Spule eine bestimmte Zeit nach dem Ausschalten erfolgt, anstatt nach einer bestimmten Zahl von Kurbelwellengraden. Dieses System ist effektiv monostabil, weil der funken durch eine elektronische Schaltung erzeugt wird, die einen stabilen Zustand hat, bei dem die Spule "eingeschaltet" ist, und die in den unstabilen Zustand getriggert wird, um den Strom in der Primärwicklung zu unterbrechen und damit die erforderliche Sekundärspannung beginnen zu lassen, damit der Funken erzeugt wird. Die Schaltung kehrt nach einer bestimmten Zeit danach in den stabilen Zustand zurück.

Eine bekannte Verbesserung des vorstehend genannten monostabilen optoelektronischen geseteuerten Systems ist ein bistabiles System, das in der britischen Patentschrift 1 219 833 beschrieben ist, wobei die Kurbelwellenwinkel, die einem Einschalten und Ausschalten der Spule entsprechen, eine festliegende Winkelversetzung gegeneinander haben.

Die Aufmerksamkeit, mit der man sich neuerdings um die Verunreinigungseffekte der Auspuffemissionen von Kraftfahrzeugen kümmert, hat zu strengeren Forderungen hinsichtlich deren Leistung geführt. Es liegt auf der Hand, daß zur Erzeugung einer richtigen Verbrennung des Kraftstoffs und damit eines sauberen Auspuffs ein richtig zeitlich abgestimmter und ausreichend starker Zündfunken zuverlässig im Brennraum erzeugt werden muß. Ein entscheidender Bauteil des Zündsystems ist die Zündkerze, und damit ist es von vitaler Bedeutung für die Erzeugung eines angemessenen Funkens, daß sich die Zündkerze in einem guten ^ustand befindet. Wenn ein Motor den Vorschriften der Auspuffsverunreingingsgrade lange Zeit gerecht werden soll, müssen die Zündkerzen in einem guten Zustand gehalten werden, und um dieses Ziel ohne mechanischen Eingriff

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zu erreichen, muß eine genauere Kontrolle der Funkenzeitgabe und insbesondere der Winkeldauer erfolgen, als das "bisher aus den folgenden Gründen für notwendig angesehen worden ist.

Untersuchungen des Verbrennungsvorgangs in einem Brennkraftmotor haben gezeigt, daß der Yerbrennungsvorgang zwei getrennte Stadien durchläuft. Zunächst ist nach dem Beginnn der Erzeugung des Funken ein Kiederdruekstadium vorhanden, bei dem das Gemisch dabei ist zu zünden und bei dem eine Flamme dabei ist, sich im Brennraum auszubreiten. An einem anschließenden Punkt im Zeitablauf wird eine Diskontinuität im Druck im Zylinder beobachtet, das den Beginn des zweiten explosiven Verbrennungsstadiums kennzeichnet. Während des Anf fangs stadiums der Verbrennung sind die Temperaturen und die Drücke in dem Brennraum niedrig im Vergleich zu den Temperaturen und den Drücken im Brennraum während des zweiten Verbrennungs stadiums.

Untersuchungen über den iiechanismus des Verschliesses von Zündkerzen haben gezeigt, daß dann, wenn eine Kerze während der Anfangsverbrennungsstadien einen Funken erzeugt, diese geringem Verschleiß unterliegt und sehr wenig Metall über den Funkenspalt transportiert wird, um die Elektroden in ihrem Zustand zu verschlechtern. Venn eine Zündkerze jedoch während des zweiten Verbrennungsstadiums einen Funken erzeugt, d.h. wenn die Umgebungstemperaturen und die Umgebungsdrücke sehr hoch sind, wird ein sehr hoher Iietalltransport zwischen deren Slektroden in enormer Weise beschleunigt, und ebenso deren Verschleißgeschwindigkeit.

Mit dem beginn des zweiten Verbrennung^stadiums brennt das Gemisch im Zylinder durchweg, und das Vorhandensein eines Funkens an de? Zündkerze ist irrelevant für den nachfolgenden Verbrennungsvorgang im Zylinder. Falls die Zündkerze weiter während des zweiten Verbrennungsstadiums zünde L, erleidet die Zündkerze ein hohes Iiaß an Ver schice i/i, wie daa vorstehend erläutert worden ist. Um die Zündkerze in einem guten Zustand zu halten, ist es deshalb erforderlich, den ϊ-unken am Inde des ersten Terbrermungsstgtdiums abzuschalten. Versuche haben gezeitept, daß das Ende des ersten Stadiums des Verbrenrmngsvorgengs dann vorliegt, wenn der Kolben einen Bereich erreicht, der zwischen des* oberen Totpunkt

des Zylinders und ca. 5 später liegt.

Ein liachteil aller bekannten Zündsystem ist deren Mangel der Bestimmung des Funkenabschaltpunkts, und damit können bei allen bekannte Zündsystemen oäne Unterbrecher Bedingungen entstehen, bei denen eine Zündkerze während eines Teils des zweiten Yerbrennungsstadiums Funken erzeugt, was zu einem schnellen Zündkerzenverschleiß führt.

Sin weiterer liachteil der bekannten Zündsystems besteht darin, daß deren elektrische Betriebsgrößen so gewählt werden, daßbeiR relativ kurzer Funkenwahl dieser Funken (bei langsamen Motordrehzahlen) vor dem Ende des ersten Verbrennungsstadiums enden kann, während der insgesamt vorzugsweise ein Funken vorhanden ist, um die Zündung zu unterstützen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zündsystem für einen Brennkraftmotor zu schaffen, das teilweise odor insgesamt einige oder alle der vorstehend genannten Nachteile der bekannten Systeme beseitigt.

Erfindungsgemäß ist ein elektronisches Zündsystem für einen Brennkraftmotor vorgesehen, bei dem der Funken an der Zündkerze bei einem bestimmten Kurbelwellenwinkel gelöscht wird, unabhängig von dem Kurbelwellenwinkel, bei dem der Funken beginnt.

Torzugsweise weist das Zündsystem eine Zündspuleneinrichtung zur Speicherung von ausreichender Energie zum Aufrechterhalten eines kontinuierlichen Funkens bei allen Drehzahlen auf, der bei einem Kurbelwellenwinkel beginnen kann, der dem Zündzeitpunkt des Zündsystems bei der jeweiligen Drehzahl entspricht, und der bei einem bestimmten Kurbelwellenwinkel endet.

Vorzugsweise wird der Kurbelwellenwinkel durch Mittel festgestellt, bei denen das Passieeren eineer Strahlung von einer Strahlung aussendenden Vorrichtung zu einer Strahlung feststellenden Vorrichtung bei gewählten Kurbelwellenwinkeln unterbrochen oder wiederaufgenommen wird.

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Torzugsweise entspricht die Wiederaufnahme der Strahlungsubertragung zwischen der aussendenden und der empfangenden Vorrichtung dem Kurbelwellenwinkel, bei dem der Funken ausgehen soll.

Vorzugsweise entspricht die Unterbrechung der Strahlungsübertragung zwischen der aussendenden und der empfangenden Vorrichtung dem maximalen Vorlaufwinkel zum Einleiten des Funken, der unter irgendwelchen Motorbedingungen gefordert wird.

Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, mittels derer ein Einleiten des Funken um eine entsprechende Zahl von Kurbelwellengraden aus der maximalen Vorlaufposition des Funken verzögert wird, wobei die Verzögerung von der Motorlast und/oder von Drehzahlbedingungen abhängt.

Vorzugsweise weisen die Mittel, mittels derer das Einleiten des Funken in bezug auf den maximalen Vorlaufwinkel verzögert wird, einen Sekundärstrahlungsweg auf, der in kleinen Schritten des Kurbelvellenwinkels unterbrochen und wiederhergestellt wird, wobei die Zahl der kleinen Schrrfc te des Kurbelwellenwinkels, die nach der Unterbrechung des ersten Strahlungswegs gezählt werden, die Verzögerung bestimmen.

Vorzugsweise weist das elektronische Zündsystem für einen Brennkraftmotor Mittel zur Erzeugung einer ersten Folge von Rechteckwellen-Spannungsimpulsen synchron zu den Motorumdrehungen zur Lieferung einer Folge von abwechselnden Höhen und Tiefen, Mittel zur Erzeugung einer zweiten Folge von Rechtweckwellen-Spannunegsimpulsen mit einer Frequenz, die wesentlich höher als die der ersten Folge ist, Mittel zum Zählen einer bestimmten Zahl der zweiten Folge von Spannungsimpulsen von einem bestimmten Punkt aus in bezug auf die erste Folge von Spannungsimpulsen und Mittel zur Erzeugung eines Ausgangs einer bestimmten Höhe von den Mitteln zum Zählen auf, nachdem die Zählung abgeschlossen ist, ferner Mittel zum Feststellen des Vorhandenseins sowohl eines Signals bei der bestimmten Höhe von den ersten Mitteln zur ERzeugung der ersten Impulse als auch eines Signals von den Mitteln zum Zählen zum Hervorrufen dee Beginns des Funkens, wobei ein Erlöschen des Funken bewirkt wird, wenn das

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Signal von den Mitteln zur Erzeugung der ersten Impulse sich auf die entgegengesetzte Höhe ändert, und Mittel zur Änderung der Zählung der Mittel zum Zählen entsprechend der Drehzahl und/oder der Lastbedingungen am Motor.

Vorzugsweise bestimmt die elektronische Vorrichtung den Vorlauf und den Nachlauf der Zündung, wobei die Mittel zum Zählen von der Positiion des maximalen Vorlaufs mit dem Zählen beginnen. Ein Signal an der genannten bestimmten Höhe vom ersten Trigger leitet also die Zählung der Kittel zum Zählen ein, die dann die Zahl abzählt, auf die sie eingestellt worden sind, ehe ein Signal an der bestimmten Höhe geliefert wird, derart, daß der Beginn des Funken bewirkt wird.

Bei den Mitteln zum Zählen handelt es sich vorzugsweise um einen Frequenzteiler.

Vorzugsweise handelt es sich bei den Mitteln zur Änderung der Zählung des Frequenzteilers um einen Computer, dessenDigitalausgang entsprechend Digitalinformationen geändert wird, die ihm hinsichtlich der Drehzahl und/oder der Lastbedingungen des Motors zugeführt worden sind.

Die erste und die zweite Folge von erzeugten Impulsen können durch eine Triggerschaltnng echnellgeschaltet und stromverstärkt werden, die aus mehreren Easkadentransistören besteht, welche zum Schalten in umgekehrter Beziehung relativ zueinander so angeordnet sind, daß zu irgendeinem Zeitpunkt mindestens ein Transistor immer voll gesättigt ist, während dessen unmittelbare Nachbarn hart ausgeschaltet sind.

Die Ausgänge vom ersten Trigger und die Mittel zum Zählen betätigen vorzugsweise eine» Leistungstransistorstufe mit einer oder mehreren Vorverstärkungsstufen, um den Beginn des Funken durch Unterbrechen des Siroms durch die Primärwicklung der Zündspule zu bewirken.

Die Leistungstranseistorstufe kann aus einem Darlington-Paar mit einer gemeinsamen Kollektorelektrode, einer Zenerdiode und einem Reihenwiderstand oder alternativ einem Varistor bestehen, geschaltet zwischen die

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gemeinsamen Kollektoren und die Steuerelektrode dee ersten Transistors des Paars. Der Kollektor des letzten Transistors des Triggers ist vorzugsweise mit der Steuerelektrode des ersten Transistors des Darlington-Paars über eine Diode und Reaktanzmittel in Reihen schaltung verbunden, wobei die Punktion der letzteren darin besteht, die Schaltgeschwindigkeit des Darlington-Paars zu verlangsamen. Die Reaktanzmittel können ein Eisenkern-Induktor sein.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Pig. 1 ein Schaltbild (teilweise in Blockform) eines Ausführungsbeispiels einer Funkensteuervorrichtung zur Verwendung in einem Funkenzündsystem eines Brennkraftmotors,

Fig. 2 eine Vorderansicht der in Pig. 1 gezeigten Scheibe,

Fig. 3 ein Schaltbild mit Einzelheiten der elektronischen Steuervorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist,

Fig. 4 ein Satz Wellenformen, die die Beschreibung der Arbeitsweise der in Fig. 3 gezeigten Schaltung unterstützen, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung, aus der sich die Arbeitsweise der Funkensteuervorrichtung bei verschiedenen Motordrehzahlen ableiten läßt.

Es folgt nun eine Bechreibung des Zündungssteuersystems gemäß der Erfindung im Zusammenhang mit einem Vierzlyinder-Brennkraftmotor.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 bis 3 erreicht die Vorrichtung eine elektronische Steuerung des Vorlaufs und deas Nachlaufs des Beginns des Funkens und das Ende des Funkens und weist eine Strahlungszerhackervorrichtung 1, eine erste Schnellumkehrschalt-Triggersehaltung 11, eine zweite Schnellumkehrschalt-Triggerschaltung 12, einen Frequenzteiler 14» einen Computer 16 und eine Verstärker- und Leistungstransistorstuf· 18 auf.

Die Strahlungszerhackervorrichtung 1 besteht aus einem Gehäuse 2, einer Scheibe 3, einer die Scheibe 3 tragenden Welle 4, Infrarot-Strahlungs-

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quellen 5 und 6 und Strahlungsdetektoren 7 und 8. Die Infrarot-Strahlungsquellen 5 und 6 sind vorzugsweise Galliumarsenidlampen, und die Strahlungsdetektoren sind vorzugsweise Phototransistoren. Diese Elemente sind alle am Gehäuse 2 befestigt. Die Welle 4 ist in Lagern (nicht dargestellt) im Gehäuse 2 gelagert und wird mit der ITockenwellendrehzahl dee Motors angetrieben.

Die Zerhacker scheibe J> besteht aus zwei Folgen von konzentrischen Löchern 9 und 10. Es sind vier große Löcher 9 im gleichen Abstand relativ zueinander und eine große Zahl kleiner Löcher bzw. Schlitze 10 (z.B. 3,chtundf?echzig) vorgesehen. Die Löcher 9 gestatten ein Einfallen von Infrarotstrahlung von der Lampe 5 auf den Phototransistor 7» ^un<3· die Schlitze 10 gestatten ein Einfallen von Infrarotstrahlung von der Lampe 6 auf den Phototransistor 0. Die Lampen 5 und 6 werden von einer gemeinsamen stabilisierten Spannungsquelle 20 aus mit Strom versorgt.

Der Ausgang von den betreffenden Phototransistoren 7 und 8 wird zu den Eingängen von betreffenden Echnellumkehrschalt-Triggern 11 tind 12 geschickt. Der Ausgang des zweiten Triggers 12 geht zum !Frequenzteiler 14, der normalerweise einen "0"-Ausgang liefert, der jedoch bei Abschlui? der Abzählung, die ihn ihn eingegeben worden ist, und zwar vom Comuter 16, einen "^-Ausgang liefert. Die in den Frequenzteiler I4 eingegebene Zählung wird vom Computer 16 durch vier Ausgangsleitungen 22a bis 22d gesteuert, von denen jede sich entweder auf einem hohen Spannungswert zur Wiederga.be einer ⁿ1^M oder auf einem niedrigen Spannungswert zur Wiedergabe einer "0" entsprechend der binären Kennung befindet. Der Computer 16 erhält an zwei Eingängen 24a und 24b Information in Digitalform bezüglich der Drehzahl und der Last am Motor, und diese Information wird von irgendeiner bekannten Analogmeßvorrichtung erhalten und dann in digitale Form umgewandelt, so daß der Computer die erforderliche Abzählung berechnen kann, ehe der Frequenzteiler I4 einen "1"-Ausgang liefert, um den richtigen Torlauf oder Nachlauf des Zündzeitpunkts zu erhalten. In diesem Ausführungsbeispiel hat der Computer eine maximale Zäh-, lung von sechzehn. Die Verstärker- und Lgistungstransistorstufe 18 bestimmt den Stromdurchfluß durch die Primärwicklung der Zündspule 26.

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Wenn die Ausgänge von den Stufen 11 und 14 entweder "O" und "1" oder "1" und "0" oder "o" und "0" sind, fließt Strom durch die Primärwicklung der Zündspule 26, wenn jedoch beide Ausgänge sich auf dem hohen Wert "1" befinden, wird der Strom duerch die Spule unterbrochen, was zum Zusammenbrechen des magnetischen Feldes und zur damit einhergehenden hohen Sekundärspannung führt, die für den Funken erforderlich ist.

Gemäß der Barstellung in Fig. 3 weist der erste bzw. der zweite Trigger 11 bzw. 12 erste Transistoren 30a und 30b, zweite Transistoren 32a und 32b, erste Kollektorlastwiderstände 34a und 34b, zweite Kollektorlastwiderstände 3^a und 36b und Rückkopplungswiderstände 38a und 38b auf. Der erste und der zweite Transistor jedes Triggers sind in Kaskade geschaltet, um in umtegekehrter Beziehj^ng zueinander zu schalten, so daß dann, wenn einer voll gesättigt (eingeschaltet) ist, der andere voll nicht leitend (ausgeschaltet) ist. Ferner ist der Ausgang von den Phototransistoren 7 und 8 mit den Steuerelektroden der betreffenden ersten Transistoren 30a und 30b verbunden, derart, daß dann, wenn die Phototransistoren leiten, die ersten Transisotren ausschalten, und umgekehrt. Die betreffenden Dioden 40a und 40b sind zum Kollektor/Emissionselektrodenweg der Phototransistoren 7 ^un(i 8 parallgelschaltet, um ein sauberes Schalten dieser Teile sicherzustellen.

Die Galliumarsenidlampen 5 lind 6 sind in Reihe mit jeweiligen Widerständen 42a und 42b geschaltet und parallel zueinander an das +12-Volt-33atterienetz über einen Widerstand 43 angeschlossen. Eine Zenerdiode 44 ist zu den parallelgeschalteten Galliumarsenidlampen 5 und 6 parallelgeschaltet, um eine stabilisierte Spannung zu liefern. Die Spannung an den Phototaransi stören 7 und 8 wird ebenfalls mittels der Zenerdiode 44 stabilisiert, wobei die Phototransistoren in Reihe zu betreffenden Widerständen 46a und 46b geschaltet sind.

Der Ausgang vom Kollektor des Transistors 32a des ersten Triggers 11 wird direkt an die Steuerelektrode eines Transistors 450 angelegt, der die Yerstärkerstufe der Leistungstransistorstufe 18 bildet, ferner auch an den Soll/Rückstell-Eingang des Frequenzteilers 14· Der Ausgang vom KoI-

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lektor des Transistors 32b des zweiten Triggers 12 wird indirekt an die Steuerelektrode des Transistors 50 über den Frequenzteiler 14 angelegt. Der Transistor 50 leitet nur dann, wenn die Ausgänge von den Stufen 11 und I4 sich, auf dem hohen Vert befinden, der eine "1" darstellt. Dieser Transistor ist damit normalerweise unter allen drei Bedingungen ausgeschaltet, außer dem doppelten Hochwert, wenn er voll gesättigt wird. Ein Widerstand 52 ist in leihe mit dessen Kollektor vorgesehen.

Die Leistunegstransistorstufe 18 weist ferner zwei Leistungstransistoren 54 und 56 auf, die als ein Darlington-Paar geschaltet sind, ferner Dioden 58» 60 und 62, eine Zenerdiode 64 und Widerstände 66, 68 und 70. Die Leistungstransistoren 54 und 56 sind durch die Zenerdiode 64 und die Diode 62 voll gescheutzt. Die Zenerdiode ist zum Leiten über einem bestimmten Spannungswert eingerichtet, so daß dann, wenn irgendwelche positiven Spannungsstöße auftreten, die in der Schaltung induziert werden, das Darlington-Paar ausschaltet und damit die Zenerdiode 64 zusammenbricht, die leitet, und zwar durch den Widerstand 66 zur Steuerelektrode des Leistungstransistors 54· In einer anderen Schaltungsausführung kann ein Varistor anstelle des Widerstands 66 verwendet werden. Das Darlington-Paar wird dann zum Einschalten in kontrollierter Weise für die Dauer dieser Spannungsstoße veranlaßt, so daß keine Gefahr besteht, daß der eine oder der andere Teil des Darlington-Paars zusammenbricht, falls hohe positive Spannungsstöße auftreten. Negative Spannungsstöße, die auftreten, wenn das Darlington-Paar ausgeschaltet wird, werden über die Diode 62 zur Erde abgMetet. Die Aufgabe der Diode 58 besteht darin, zu verhindern, daß die durch die Zenerdiode 64 gehende Spannung über den Transistor 50 zur Erde abfließt.

Die Sekundärwicklung der Zündspule ist mit den Zündkerzen 7²& »bis 72d über einen Verteiler 64 in der üblichen Weise verbunden.

In einer Variante weist die Schaltung ein erstes Paar Kondensatoren auf, die zwischen die Kollektoren der betreffenden Phototransistoren und Erde geschaltet sind, ferner ein zweites Paar Kondensatoren, die parallel zu den betreffenden Widerständen 38a und 58b geschaltet sind.

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Es folgt nun eine Besdreibung der Arbeitsweise der elektronischen Funkens teuervorri oh tung unter Zuhilfenahme der drei Wellenformen, die in Fig. 4 gezeigt sind. Mit dem Drehen der Scheibe 5 ^mit der Kurbelwellendrehzahl des Motors fällt die Infrarotstrahlung von den Lampen 5 und 6 auf die betreffenden Phototransistoren 7 und 8 durch die Löcher 9 und die Schlitze 10. Dematsprechend erzeugt der Phototransistor 7 vier Stromimpulse pro Umdrehung der Scheibe 3, während der Photοtransistor 8 eine große Zahl (z.B. achtundsechzig) Impulse pro Umdrehung erzeugt.Die beiden Tri=fegger 11 und 12 schalten schnell und verstärken diese Impulse, um die Wellenform (a) bzw. (b) zu erzeugen. Während der ÜJeii to bis ti wird der Phototransistor 7 durch Infrarotstrahlung erregt und ist damit eingeschaltet. Die Transistoren JOa und 52a sind jeweils ausgeschaltet bzw. eingeschaltet, was bedeutet, daß der Ausgang vom ersten !Trigger sich auf einem niedrigen l.'ert befindet, der eine ⁿ0" darstellt. Bei ti wird die Infrarotstrahlung abgeschnitten, und der Ausgang vom ersten Trigger wird hoch, was eine "1" darstellt. Dieser Ausgang wird Bowohl an den Frequenzteiler 14 als auch an den Transistor 50 der Stufe 18 gelegt. Der Frequenzteiler 14 zählt nun die Impulse vom zweiten Trigger 12 entsprechend der in ihn vom Computer 16 eingegebenen Zahl. Der Ausagang des Frequenzteilers 14 befindet sich auf dem niedrigen Wert "0" von der Zeit to bis zu und über die Zeit ti hinaus, außer wenn der Computer nach einem maximalen Vorlauf der Zündung ruft. Wenn der Trigger 11 deshalb einen Ausgang hohen Werts erzeugt, werden die Leistungstransistoren nicht geschaltet, und zwar wegen des weiteren Yorhandenseiens eines Ausgangs niedrigen "Werts vom Frequenzteiler 14· In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Frequenzteiler 14 zum Abzählen einer Summe von sechs Impulsen eingerichtet, ehe sich sein Ausgang auf den hohen Wert umschaltet. Wenn deshalb zur Zeit t2 die Zahl sechs abgeschlossen worden ist, wird der Ausgang beim siebten Impuls hoch, und der Transistor 50 schaltet sich ein. Dadurch wiederum werden die LeiBtungstransiBotren des Drarlington-Paars 54-56 ausgeschaltdb, um den Stromfluß in der Primärwicklung der Zündspule auszuschalten und um damit den Funken durch die hohe induzierte Sekundärspannung bei Zusammenbrechen des Felds in der Primärwicklung der Spule beginnen zu lassen. Zum Zeitpuntkt t5 kehrt sich der Ausgang des ersten Triggers auf den niedrigen Wert um, um damit den Funken zu

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erlöschen und den Frequenzteiler zurückzustellen, der ebenfa-lls zum niedrigen Wert zurückkehrt, wie das durch die Wellenform (c) gezeigt ist. Diese Vorkommen treten beide auf, wenn der Phototransistor 7 erneut durch Infrarotstrahlung erregt wird.

Kit der Änderung und bei Änderung der Last und/oder der Drehzahl des llotors rechnet der Computer 16 von der ihm zugeführten Information neu nach, uia dene neuen Viert für die Zählung zu erhalten, die an dessen Ausgang in digitaler Form angelegt wird. Der frequenzteiler 14 zählt nun nach dem starten weniger oder mehr Impulse, ehe er einen Ausgang hohen yerts liefert, um damit die Zeitgabe des Beginns der Zündung zu ändern, so da3 dadurch ein Yorlauf oder ein nachlauf gegenüber der vorhergehenden Position erreicht wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Computer einen maximalen digitalen Ausgang von sechszehn, so daß die Zählung des Frequenzteilers sich von lull bis zu fünfzehn ändern kann, wobei Full die Zählung für den maximalen Vorlauf und fünfzehn für den maximalen Nachlauf ist.

In Pig. 5 ist die Zeitgabe für den Beginn des Funken gezeigt, angegeben in Kurbelwellenwinkel vor dem oberen Totpunkt, bezogen auf Basis Motordrehzahl pro Minute χ 10^. Jedes Loch 9 in der Scheibe ist so angeordnet, daS die Zählung bei 30 vor oberem Totpunkt angfängt, wenn die Strahlung von der Lampe 5 abgeschnitten wird. Bei einer Motordrehzahl pro Minute von mehr als 4·6θθ wird die Spule bei 26 vor dem oberen Totpunkt abgeschaltet. Zwischen 2.100 und 4.6ΟΟ UpM wird die »Spule bei einem Winkel ausgeschaltet, der sich linear von 16 zn 26 vor dem oberen Totpunkt ändert, d.h. eine Steigung von 500 uBi/2° hat. Zwischen 6OO und 2.100 UpM wird die Spule bei einem Winkel ausgeshaltet, der sich linear von 6 bis 16 vor dem oberen Totpunkt ändert, d.h. eine Steigung von 300 TJpM/ hat. Wenn die Infrarotstrahlung von der Lampe 5 auf den Phototransistor 7 einfällt, erzeugt der Trigger 11 einen Ausgang niedrigen Werts, der die Leistungstransistoren 54» 56 und die Spule einschaltet, um den Funken ausgehen zu lassen. Das Erlöschen des Funken hängt also von der Position des vorderen Rands jedes Lochs 9 i» bezug auf die Kurbelwelle ab. In jdem Fall wird die Spule wieder bei Null Grad vor dem

oberen Totpunkt eingeschaltet, d.h. am oberen Totpunkt.

Me Funkendauer in Einheiten Kurbelweinkel wird damit von einem geringsten Wert von 6° bei 600 TIpM bis zu einem höchsten Wert von 26 bei Drehzahlen von 4·6θθ upM und mehr gesteuert.

Das vorstehend beschriebene System liefert damit die elektronische Steuerung des Yorlaufs und Nachlaufs der Einleitung des Funkens bei einem Brennkraftmotor und die elektronische Steuerung des Erlöschungspunkts des Funkens, wobei der Grad des Vorlaufs oder des Nachlaufs des Funken von der Drehzahl und/oder von den Lastbedingungen des Motors abhängt und der Erlöschungspunkt des Funken von dem Kurbelwellenwinkel des Motors abhängt .

Das vorstehend beschriebene elektronische Zündsystem hat den Yorteil gegenüber bekannten Systemen, daß der Funken bei einem bestimmten Kurbelwinkel erlöscht, wobei der Funken aufrechterhalten wird, bis dieser Winkel erreicht ist.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

1. Elektronisches Zündsystem für einen Brennkraftmotor, gekennzeichnet durch Mittel zum Beginnenlassen eines !Funken bei einem Kurbelwellenwinkel, dessen Position zwischen zwei bestimmten Grenzwerten in jedem Augenblick entsprechend der Drehzahl und der Last am Motor bestimmt ist, und durch Mittel zum Erlösohenlassen des Funken an der Zündkerze bei einem bestimmten Kurbelwellenwinkel unabhängig von dem Kurbelwellenwinkel, bei dem der Funken beginnt.

2. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Passieren eineer Strahlung von einer Strahlung aussendenden Vorrichtung zu einer Strahlung empfangenden Vorrichtung bei gewählten Kurbelwellenwinkels unterbrochen oder wiederhergestellt wird.

3. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederherstellung der Strahlungsübertragung zwischen der aussendenden und der empfangenden Vorrichtung dem Kurbelwellenwinkel entspricht, bei dem ein Erlöschen des Funken vorgesehen ist, und daß die Unterbrechung der Strahlungsübertragung dem maximalen Vorlaufwinkel für den Beginn des Funkens entspricht, der unter irgendwelchen Motorbedingungen erforderlich ist.

4. Elektronisches Zündsystem nach-Anspruch 3» gekennzeichnet durch Mittel zur Verzögerung des "Beginns des Funkens tun eine entsprechende Zahl von Kurbelwellengraden aus der maximalen Vorlaufposition des Funken, wobei die Verzögerung von der Hotorlast und/oder von den Motordrehzahlbedingungen abhängt.

5. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verzögerung des Beginns des Funkens in bezug auf den maximalen Vorlaufwinkel einen Sekundärstrahlungsweg aufweisen, der in kleinen Kurbelwellenwinkelschritten unterbrochen und wiederhergestellt wird, wobei die Zahl kleiner Schritte des Kurbelwellenwinkels nach der Unterbrechung des ersten Strahlungswegs die Verzögerung bestimmt.

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6. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung, eine Strahlungssensoreinrichtung und zwischen desnMittelizur Erzeugung der Strahlung und der Strahlungssensoreinrichtung sitzende Mittel zum Unterbrechen der Strahlung, die synchron mit der Kurbelwelle des Motors angetrieben werden, derart, daß bei einem Abschneiden der Strahlung bei einem bestimmten Kurbelwellenwinkel d£as die beiden Grenzwerte bestimmt, zwischen denen der Funken entsprechend der Drehzahl und der Last des Motors beginnt, und bei einem erneuten Empfangen der Strahlung durch die Sensoreinrichtung das den Punkt bestimmt, bei dem der Funken erlöscht.

7- Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung einer ersten Folge von Kechteekwellen-Spannungsimpulsen synchron zu den Motorumdrehungen zur Lieferung einer Folge abwechselnder Hochs und Tiefs, Mittel zur Erzeugung einer zweiten Folge von Rechteckwellen-Spannungsiiapulsen bei einer Frequenz, die sehr viel.höher als die der ersten Folge von Impulsen ist, Mittel zum Zählen einer bestimmten Zahl der zweiten Sige von Spannungsimpulsen von einem bestimmten Punkt aus in bezug auf die erste Folge von Spannnngsimpulsen, Mittel zur Erzeugung eines Ausgangs in einem bestimmten Wert von den Mitteln zum Zählen nach Abschluß der Zählung, Mittel zum Feststellen des Vorhandenseins sowohl eines Signals bei dem bestimmten Wert von den Mitteln zur Erzeugung der ersten Folge von Impulsen und auch von den Mitteln zum Zählen zum Hervorrufen des Beginns des Funkens, wobei das Erlöschen des Funken bewirkt wird, wenn das Signal von den Mitteln zur Erzeugung der ersten Folge von Impulsen auf den entgegengesetzten Wert umwechselt, und Mittel zur Änderung der Zählung der Mittel zum Zählen entsprechend den Drehzahl- und/oder Lastbedingungen am Motor.

8. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Infrarot-Strahlungsquelle, einen ersten und einen zweiten Phototransistor in Zuordnung zu der ersten bzw. zweiten Infrarot-Strahlungsquelle, ein lichtundurchlässiges Element mit einem ersten Satz bogenförmiger Löcher zur Erzeugung der ersten Folge von Eechteck-

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wellen-SpannungBimpulsen und mit einem zweiten Saetz "bogenförmiger Löcher zur Erzeugung der zweiten Folge von Spannungsimpulsen, wobei das lichtundurchlässige Element zwischen den £trahlungsquellen und den Phototransistören angeordnet ist, der erste Satz bogenförmiger Löcher so angeordnet is,t, daß die Infrarotstrahlung bei einer ersten Position vor dem oberen Totpunkt zum Beginnen der Zählung für die genaue Zeitgabe des Funken entsprechend der Drehzahl und der Last am Motor unterbrochen wird und die Infrarotstrahlung an einer zweiten Position vriederhergestellt wird, die etwa am oberen !Totpunkt liegt, derart, daß der Funken unabhängig von der Position erlöscht-, bei der er begonnen hat.

9· Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 7* gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung der Hochs •a&der ersten Folge von Spannungsimpulsen bei 50 vor dem oberen Totpunkt der betreffenden Zylinder des Motors, Kittel zum Festlegen des maximalen Vorlaufs der Zündung bei 26 vor dem oberen Totpunktund des maximalen Nachlaufs auf 6° vor dem oberen Totpunkt, derart, daß der Funken im Bereich 26 - 6° vor dem oberen Totpunkt entsprechend der Drehzahl des Motors und der Last am Motor beginnt, und Mittel zur Erzeugung der Tiefs der ersten Folge von Spannungsimpulsen bei 0° vor dem oberen Totpunkt der betreffenden Zylinder des Motors.

10. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 7> dauruch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zählen ein Frequenzteiler und die Mittel zur änderung der Zählung dieses Teilers ein Gomputer sind, dessen digitaler Ausgang entsprechend digitaler Information modifiziert wird, die ihm hinsichtlich der Drehzahl des Motors und d?r Last am Motor zugeleiieb worden ist.

11. Elektronsisehes Zündsystem nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Triggerschaltung zum Schnellschalten und zum Stromverstärken der ersten und der zweiten Folge von Rechteckwellen-Spannungsimpulsen, wobei jede Triggerschaltung eine Anzahl Easkadenförmig angeordneter Transistoren aufweist, die zum Schalten in umgekehrter Beziehung zueinander eingerichtet sind, derart, daß zu irgendeinem Zeitpunkt mindestens ein Transistor immer ganz gesättigt ist, während dessen unmittelbare Nachbarn hart ausgeschaltet sind.

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12. Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch mindestens einen Leistungstransistör und eine oder mehrere Yorverstärkungsstufen zwischen dem Leistungstransistör und dem Ausgang von der ersten Triggerschaltung und den Mitteln zum Zählen, wobei der Leistungstransistor in Reihe mit der Primärwicklung der Zündspule geschaltet ist, derart, daß der Funken "bei Unterbrechung des Stroms durch die Primärwicklung der Zündspule dann beginnt, wenn der Leistungstransistor nicht leitend wird.

15· Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungstransistör aus einem Darlington-Paar mit einer gemeinsamen Kollektorelektrode, einer Zenerdiode und einen Eeihenwiderstand oder einem Varistor zwischen den gemeinsamen Kollektoren und der Steuerelektrode des ersten Transistors des Paars besteht.

14· Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des letzten Transistors der Triggerschaltung mit der Steuerelektrode des ersten Transistors des Darlington-Paars über eine Diode und Reaktanzmittel in Reihe verbunden ist, wobei die Funktion der letzteren die ist, daß die Schaltgeschwindigkeit des Darlington-Paars verlangsamt wird.

15· Elektronisches Zündsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanzmittel ein Eisenkernindiisbor sind.

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