DE2505649B2

DE2505649B2 - Zündanordnung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2505649B2
Application number: DE2505649A
Authority: DE
Inventors: Yasunori Hitachi Mori (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-02-12
Filing date: 1975-02-11
Publication date: 1978-03-09
Also published as: US4019484A; DE2505649C3; DE2505649A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündanordnung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patent- « anspruches1.

Gewöhnlich muß ein Strom vorbestimmter Stärke in die Zündspulen-Primärwicklung gespeist werden, damit ausreichende Zündspannung an der Zündkerze einer Brennkraftmaschine liegt. Wenn der Primärstrom W) größer ist als der Strom, der zum Anlegen einer ausreichenden Zündspannung erforderlich ist, oder wenn der Strom in der Primärwicklung unnötig lang fließt, geht eine beträchtliche Menge der von der Stromquelle für die Zündspannung eingespeisten M Energie verloren. Daher sollte die Zeit, während der der Primärstrom fließt, auf einen Festwert eingeregelt werden.

Es ist eine Zündanordnung eier eingangs erwähnten Art für Brennkraftmaschinen bekannt (DE-AS 14 64 049), die eine Zündspule, einen mit der Brennkraftmaschine synchron arbeitenden Zündverteiler und einen Schalttransistor aufweist, dessen Basis von dem synchron mit dem Zündverteiler arbeitenden Unterbrecher Steuerimpulse zugeführt werden, wobei im Basissteuerkreis des Schalttransistors ein ferromagnetischer Schaltkern angeordnet ist, der in zwei Siittigungszuständen magnetisiert werden kann.

Damit soll bei dieser bekannten Zündanordnung ermöglicht werden, daß die erzeugte Zündenergie von der jeweiligen Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängig ist und keine oder nur eine sehr geringe Verlustleistung bei deren Stillstand und eingeschalteter Zündung auftritt.

Diese bekannte Zündanordnung sieht aber keine Möglichkeit vor, den Strom in der Primärwicklung der Zündspule lediglich während einer festen konstanten Zeitdauer fließen zu lassen.

Es ist weiterhin eine Zündanordnung für Brennkraftmaschinen bekannt (DE-OS 21 4 J 118), bei der die in der Sekundärwicklung induzierte Hochspannung über die Zündkerze entladen wird, nachdem ein Transistor eine bestimmte feste Zeitdauer nach dem Einschalten des Unterbrechers geöffnet wurde.

Bei dieser bekannten Zündanordnung muß die Zündperiode genau entsprechend der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Last gesteuert werden, wobei vorausgesetzt wird, daß die Zündung bei einem konstanten Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine erfolgt. Die Zünddauer wird um diese feste konstante Zeitdauer von dem Zeitpunkt aus verzögert, in dem das Steuersignal eingespeist wird, d. h. in dem der Unterbrecher geöffnet wird, was mit einem Verzögerungsglied aus Widerständen und Kondensatoren erfolgt. Diese feste konstante Zeitdauer hängt von verschiedenen Bedingungen ab und beträgt gewöhnlich einige ms, obwohl sie im hohen Drehzahlbcreich der Brennkraftmaschine verringert ist. Die Zünddauer wird also mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine verzögert, da der Kurbelwinkel so gesteuert ist, daß er mit zunehmender Drehzahl anwächst. Selbst wenn der Kurbelwinkel in geeigneter Weise für eine hohe Drehzahl der Brennkraftmaschine eingestellt w.ird, um die feste konstante Zeitdauer zu verringern, kann ein ausreichender Strom für eine ausreichende Zündung in die Primärwicklung der Zündspule eingespeist werden.

Daher ist diese bekannte Zündanordnung für eine Brennkraftmaschine unzweckmäßig, deren Drehzahl sich in einem weiten Bereich ändert, wie z. B. bei einem Kraftfahrzeug.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Zündanordnung für Brennkraftmaschinen anzugeben, bei der die Durchflußdauer des Primärstromes in der Zündspule zum Zünden der Brennkraftmaschine unabhängig von deren Drehzahl auf einen Festwert regelbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemüß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gegeben.

Durch die erfindungsgemäße Zündanordnung kann der Beginn des in die Primärwicklung fließenden Stromes unabhängig von der Zündperiode, d. h. dem Ende des Stromflusses eingestellt werden, so daß die Zündperiode unabhängig von der Drehzahl bzw. der Stellung des Kurbelwinkels konstant gehalten wird, obwohl sich der Beginn des Primärwicklimgsstromes entsprechend der Drehzahl der Brennkraftmaschine

iinclcri. Damit kann unnötiger Energieverbrauch verhindert werden.

Vorteilhafte Weilerbildungen des Gegenstandes des Patentanspruches 1 ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 4. ',

Die Erfindung sieht also eine Zündanordnung für Brennkraftmaschinen vor, bei der die Erregungszeit der Primärwicklung der Zündspule unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine konstant gehalten wird, wobei die Zündanordnung hierzu mit einem in Führungszeitsignal-Generator ausgestattet ist. Das durch d<;n Führungszeilsigiiai-Generator erzeugte Führungszeitsignal ist synchron zum Erregungssignul, wobei deren Zeitdifferenz durch Gegenkopplung zum Erregungssignal-Generator klein gehalten wird. ι ">

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. I ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Erfindung,

F i g. 2 ein genaueres Schaltbild eines Auslührungs- _>o beispicls der Erfindung,

Fig. i ein Diagramm /ur Erläuterung des Betriebes der in F' i g. 2 dargestellten Schaltung,

Fig. 4 ein genaueres Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, j-,

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs der in F i g. 4 dargestellten Schaltung und

F i g. 6 ein genaueres Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In der Fig. 1, die ein Blockschaltbild eines Ausfüh- jii rungsbcispiels der Erfindung zeigt, sind vorgesehen: ein Signal-Generator 1, der synchron zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ein Zündstartsignal erzeugt, ein Erregungssignal-Generator 2 zur Erzeugung eines Erregungssignals synchron mit dem Ausgangssignal des r> Signal-Generators 1 und ein Verstärker 3, durch den das Ausgangssignal vom Erregungssignal-Gencrator 2 zu einer Zündspule 4 übertragen wird.

Weiterhin sind vorgesehen ein Führungszeitsignal-Generator 5 zur Erzeugung eines Führungszeitsignals synchron zum Erregungssignal vom Erregungssignal-Generator. Ein Zeitdifferenz-Detcktor 6 vergleicht das Ausgangssignal des Erregungssignal-Gencrators 2 mit dem Ausgangssignal des Führungszeitsignal-Generators 5 und erfaßt so die Differenz dazwischen. Die der -r, durch den Zeitdifferenz-Detektor 6 erfaßten Zeit einsprechende Spannung wird durch einen Führungsspannungsgenerator 7 erzeugt, dessen Ausgang zum Erregungssignal-Generator 2 gegengekoppelt ist.

Die Erregungszeit der Zündspulen 4 wird im wesentlichen unabhängig von der Maschinendrehzahl konstant gehalten, da sie immer so geregelt ist, daß sie in der Nähe des Ausgangssignals des Führungszeitsignal-Generators 5 ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit mehr ■» Einzelheiten wird anhand der F i g. 2 erläutert. In dieser Figur ist eine Sondenspule 10 zur Erzeugung eines Wechselstromsignals vorgesehen, deren Ausgangssignal am Eingangsanschluß eines Vergleichen 20 über einen Widerstand R\ und einen Kondensator Ci liegt, wi Weiterhin ist eine Diode D\ vorgesehen. Eine Parallelschaltung aus einem Widerstand R2 und einem Kondensator C2 bildet den Führungsspannungs-Generator 7 zur Erzeugung einer Führungsspannung für den Vergleicher 20. Der Führungszeitsignal-Generator 5 hat tn einen Vergleieher 50 und ein Konstantzeitglied mit einem Widerstand /?-,i und einem Kondensator G₁. Der Vergleieher 50 vergleicht die Kathodenspannung der Diode D-, mit tier Spannung am Teillingspunkt zwischen Widerständen R^ und Rv,, wobei auch Widerstände R',. und /?-,j vorgesehen sind. Ein NOR-Glied aus Widerständen /?t,i, Rbi und Rbi sowie ein Vergleieher 60 bilden den Zeitdifferenz-Detektor 6, dessen Ausgangssignal über die Diode Db am Führungsspannungs-Generator 7 liegt.

Der Ausgangsanschluß des Vergleichers 20 ist mit dem Widerstand Rhi des NOR-Gliedes und mit dem Vergleieher 30 des Verstärkers 3 verbunden. !Der Ausgangsanschluli des Vergleichers 30 ist mit der Basis eines Verstärker-Transistors 31 verbunden, dessen Kollektor seinerseits an die Basis eines Darlington-Gliedes 32 angeschlossen ist, das in Reihe mit der Primärwicklung 40 der Zündspule 4 liegt, wobei eine Zündkerze 8 vorgesehen ist.

Der Betrieb dieser Schaltung wird weiter unten näher erläutert.

In der Fig. 3, die das Ausgangssignal V] der Sondenspule 10 zeigt, wird der Zündzeilpunkt auf einem Punkt der Kurve mit steilem negativen Gradienten ausgewählt. Indem die Zeitkonsianle des WC-Gliedes mit dem Widerstand R\ und dem Kondensator C) auf einen größeren Wert als die Zündfrequenz eingestellt wird, wird der Kondensator Ci über die Diode D₁ während der negativen Halbperiode der Detektor-Ausgangsspannung aufgeladen und entsprechend der Zeitkonstanten aufgrund des Widerstandes R\ und des Kondensators Ci gehalten, so daß sich das Eingangssignal Vi parallel in das Signal V2 (F i g. 3) ändert, das von Null ansteigt. Ein Führungssignal V_h für den Vergleicher 20, das auf der Rückkopplung von der folgenden Stufe beruht, wird mit der Eingangsspannung V> im Vergleieher 20 verglichen. Wenn V> größer als Vt, ist, wird das Ausgangssignal Vj des Vergleichers 20 Null, während V₁ gleich zur Quellenspannung V₍ ist, wenn V> kleiner als V_h ist. Mit anderen Worten: Es wird die in der Fig. 3 dargestellte Signalform Vj erhalten. Die Führungsspannung Κ, des Vergleichers 20 wird automatisch so erzeugt, daß die Zeitdauer f, während der die Spannung Vj Null ist, insbesondere die Zeitdauer, während der ein Strom / in der Zündspule fließt, konstant ist. Unter dieser Bedingung wird die Kaihodenspannung der Diode allgemein höher, und deshalb ist die Ausgangsspannung V₁ des Vergleichers 50 Null. Wenn die Ausgangsspannung Vj des Vergleichers 20 von einem positiven Wert auf Null abfällt, bewirkt das Konstantzeitglied aus dem Widerstand R-, und dem Kondensator G, daß das Ausgangssignal des Vergleichers 50 von Null auf einen positiven Wert so ansteigt, wie dies durch das Signal V₄ in der F i g. 3 dargestellt ist. Eine so erzeugte feste Zeitdauer wird als die bereits beschriebene Führungszeit verwendet. Wenn das Signal V₄ für die Führungszeit und das Ausgangssignal Vj des Vergleichers 20 in das NOR-Glied des Zeitdifferenz-Detektors 6 eingespeist werden, wird eine Ausgangsspannung V₅ lediglich während der Zeitdauer positiv, die der Differenz zwischen der Führiingszeit und der Zeit entspricht, während der die Ausgangsspannung Vj des Vergleichers 20 Null ist, wie dies durch das Signal V5 in der F i g. 3 dargestellt ist.

Wenn die Ausgangsspannung V5 des Vergleichers 20 positiv ist, wird der Kondensator C2 über einen Widerstand Rn und eine Diode D_b aufgeladen, wobei die Ladungsmenge proportional zu der Zeitdauer ist, während der die Ausgangsspannung V5 positiv ist. Der Kondensator Ci wird mit einer vorbestimmten Zeitkonstanten mittels des Widerstandes Ri entladen, der parallel angeschlossen ist, so daß die Spannung V_h mit

wachsender Abweichung von der Eührungszeil Meigi. Als Ergebnis wird die Ausgangsspannung V) des Vergleichen 20 für eine kürzere Zeitdauer auf Null gehalten, wodurch die Abweichung durch Gegenkopplungsregclung möglichst klein gemacht wird. Das so geregelte Signal Vi wird zur Verstärkung in den Vergleiche!- 30 eingespeis! und weiter im Transistor 3! verstärkt. Das Ausgangssignal des Transistors 31 wird in die Basis eines Schah-Lcistungstransistors 32 eingespeist, so daß dieser in Übereinstimmung mit dem Signal Vj betätigt wird, wodurch ein Strom ; in die Primärwicklung 40 der Zündspule 4 eingespeist wird. Eine Hochspannung Vi wird auf der Sekundärscite der Zündspule 4 im Abschaltzcitpunkt des Transistors 32 erzeugt, wodurch ein Tunken in der Zündkerze 8 hervorgerufen wird.

Entsprechend dem oben erläuterten Schaltbild wird die Durchflußzeit des in die Zündspule gespeisten Stromes unabhängig von der Maschinendrehzahl konstant gehalten, und daher wird ein .Stromverlust in der Zündspule vermieden, wodurch die durch die Zündanordnung insgesamt erzeugte Wärme möglichst klein gemacht wird. Da kein Stromverlust im Schalt-Leistungstransistor auftritt, brauchen keine besonderen Einrichtungen gegen die erzeugte Wärme vorgesehen werden, wodurch es möglich ist, einen Transistor mit geringstem Aufwand zu verwenden. Weiterhin kann ein Strombegrenzer-Widerstand, der sonst in Reihe mit der Zündspule vorgesehen sein muß, weggelassen werden. Da schließlich der Stromverbrauch proportional zur Maschinendrehzahl ist, kann ein erhöhter Wirkungsgrad bei niedriger Drehzahl im Vergleich mit einer herkömmlichen Anordnung ohne Regler erhallen werden.

Obwohl sich die obigen Erläuterungen auf ein Ausführungsbeispiel beziehen, bei dem die Batteriespannung als konstant angenommen wird, so ist diese bei Brennkraftmaschinen doch Schwankungen unterworfen. Es sollen bezeichnet werden: mit /. die Induktivität der Zündspule, mit Rderen Widerstand und mit V,'die Batlcricspannung. Dann kann der Primärstrom /,der Zündspule durch die folgende Gleichung angegeben werden:

ten an. der durch die Zeilkonstante des RC -Gliedes aus dem Widerstand /?■-,! und dem Kondensator ('-,bestimmt ist. Wenn diese Spannung die Zener-Spannung l> überschreitet, wird der Vergleichet· 50 umgekehrt, und er erzeugt eine mit einer Zeitdauer f wie die Spannung Vi ι. Die Beziehung zwischen den obenerwähnten Spannungen ist gegeben durch:

Wegen V< > Vn> kann die Gleichung (2) umgeformt werden in:

Es muß deshalb die Rihrungszcit unter Beachtung von Änderungen der Balteriespannung verstellt werden. Ein Ausführungsbcispicl der Erfindung mit derartigen Eigenschaften ist in der E i g. 4 dargestellt. Ein wesentliches Merkmal des betrachteten Ausfiihrungsbcispiels liegt darin, daß der Eührungszcilsignal-Gcncrator 5 mit dem Vergleichcr 50, den Widerständen W',i bis Rv,, den Dioden D-, und IX und einer Z-Diode (Zencrdiode) Z/>, ein Ausgangssignal erzeugt, das sich mit der [latlcricspannung V< ändert. Das Diagramm der E ig. 5 zeigt die Spannungssignale Vm bis Vu, die an verschiedenen Punkten tier erwähnten .Schaltung auftreten.

Wenn sich bei dem I'ührungszeilsigriiil-Gcncralnr 5 der I' i g. 4 die Spannung Vm von V, nach Null ändert, so ändert sich die Spannung Vn von V/+ Vm nach \'u>. wobei V/die Spannung an der Z-Diode ZD, und Vi 1> ilen Spannungsabfall in DurchlaHrichtiing an der Diode I), bedeutet.

Danach wachs! die Spannung V\< nach einem Abfall in Sitifcnform von !',.·! I'//ι nach \)n mit einem Graclieii- V₃, = v_cy\-, cL·).

Die Gleichungen (I) und (3). die ähnliche l'ormeln besitzen, stimmen ganz überein, wenn die Schaltungs-2(i konstanten so bestimmt sind, daß sie die Gleichungen (4) erfüllen (vgl. unten). Als Ergebnis wächst die Eührungs zeit t mit abfallender Batteriespannung V< an, und umgekehrt, wodurch der Primär-Abschaltstrom /< konstant gehalten wird.

V₇. = RI₁ LIR = C₅R₅₂

Die Gleichung (4) muß jedoch nicht genau erfüllt sein. Zur Verwirklichung der obenerwähnten Regelung wird das im Führungszeitsignal-Generator 5 erzeugte Eührungszeitsignal, wie oben erwähnt in den Eingang des Spannungsvergleichers 20 wie bei einer herkömmlichen Anordnung eingespeist und mit der Durchflußzeit des Primürstromcs in der Zündspule verglichen, die durch die Sonderspule 10 erfaßt und geregelt wird. Das Ausgangssignal des Vcrgleichers 20 wird in das Darlington-Glied 32, das einen Leistungstransistor bildet, über den Vergleichcr 30 und den Transistor 31 eingespeist, wodurch die Durchflußzeit des Primärstromcs in der Zündspule 4 eingestellt wird.

Auf diese Weise ist es möglich einen konstanten Primär-Abschaltstrom zu erzeugen, so daß eine gegenüber Änderungen der Batteriespannung im wesentlichen konstante Spannung bzw. Energie auf der Sckundärseitc der Zündspule 4 erzeugt werden kann.

Ein weiteres Ausführungsbcispicl der Erfindung ist in der E ig. b gezeigt. Das Ausgangssignal des Vcrgleichers 20 des Errcgungssignal-Gcncrators 2 wird über eine Diode />,j zum tungang des Verglcichcrs 60 des Zeitdifferenz-Detektors 6 gespeist, während das Ausgangssignal des Vcrgleichers 50 des Eührungszcitsignal-Generators 5 in den Eingangsanschluß des Vergleichen 60 des Zeitdifferenz-Detektors 6 über einen Kondensator Ch und einen Widerstand Rm eingespeist wird.

Das Ausgangssignal des Zcitdifferenz-Dclektors 6 licgl über einen Kondensator Ch am RihrungsspaniHings-Gcneralor 7, wodurch es in ein Signal umgewandelt wird, das der Größe der Zeitdifferenz entspricht.

Der Vergleiche!· 30 des Verglcichcrglicdes 3 bililei eine logische Summe aus dem Ausgangssignal des Vcrgleichers 50 und dem Ausgangssignal des Vergleichers 60. Dies ist gleichwertig der direkten Einspeisung des Ausgangssignals des Verglcichcrs 20 in den Eingang des Verglcichcrs 30, bis auf die Ausnahme, daß bei einer Regelanordnung, bei der das Ausgangssignal des

Vergleichers 20 direkt in den Vergleichen .30 eingespeist wird, das Ausgangssignal des Vergleichers 20 selbst dann konstant erzeugt wird, wenn die Brennkraftmaschine mit fließendem Primärstrom anhält, was oft zu einem Energieverlust in der Primärspule führt. Im Gegensatz /u einer derartigen herkömmlichen Anordnung treten die Vergleiche!· 50 und 60 nach dem Anhalten der Maschine in einen stabilen Zustand ein, und es wird von ihnen kein Ausgangssignal erzeugt, so daß kein Strom in der Primärwicklung fließt, unabhängig davon, ob ein Ausgangssignal vom Vergleicher 20 erzeugt wird oder nicht.

Bei ilen Aiisfülirungsbeispielen der F i g. 2, 4 und ο

κι

wird das /iindsignal von der Sonderspule IO in den Kingangsanschlul.i ties einen Operationsverstärker aufweisenden Vergleichers 20 gespeist. Der Vergleiche!' 20 hat eine große Eingangsimpedanz, und der für den Betrieb erforderliche Eingangsstrom ist sehr klein. Insbesondere kann der Vergleicher 20 als Bauelement betrachtet werden, das auf die Spannung der Sonderspule 10 anspricht. Wenn die Verzögerung des in der Sonderspule 10 fließenden Stromes zu deren Spannung aufgrund des hohen Blindwiderstandes der Sonderspule zu groß wird, wird diese Verzögerung durch Verwendung des Operationsverstärkers als Vergleicher ausgeschlossen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zündanordnung für Brennkraftmaschinen zur Regelung der Erregung der Zündspulen-Primär- ^r> wicklung, mit einem Signal-Generator zur Erzeugung eines Signals synchron zur Drehzahl der Brennkraftmaschine, mit einem Erregungssignal-Generator zur Erzeugung eines Erregungssignals und mit einem Schaltglied in Reihe zur Zündspulen- κι Primärwicklung, das zu deren Erregung durch das Erregungssignal eingeschaltet und durch das Signal synchron zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ausgeschaltet ist, um eine in der Zündspulen-Sekundärwicklung der Zündkerze jedes Brennkraftma- r> schinen-Zylinders induzierte Hochspannung zu entladen, gekennzeichnet durch einen Führungszeitsignal-Generator (5) zur Erzeugung eines vorbestimmten Führungszeitsignals syncnron zum Erregungssignal, deren Zeitdifferenz durch Gegenkopplung zum Erregungssignal-Gcnerator (2) klein gehalten wird.

2. Zündanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Führungsspannungs-Generalor (7) zur Erzeugung einer Führungsspannung, durch 2^r> deren Vergleich mit dem Ausgangssignal des Signal-Generators das Erregungssignal die Erregungszeit der Zündspule (40) festlegt und einen Zeitdiffercnz-Deiektor (6) zur Erfassung der Zeitdifferenz zwischen der Dauer des Führungszeitsignals und der Dauer des Erregungssignals, wobei eine vom Zeitdifferenz-Detektor abgegebene und zur Zeitdifferenz proportionale Ausgangsspannung entsprechend ihrer Größe die vom Führungsspannungs-Generalor erzeugte Führungsspannung ändert. ti

j. Zündanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszcitsignal-Generator (5) ein Glied zur Änderung der Zeitdauer des Führungszeitsignals entsprechend der Größe der Batteriespannung aufweist.

4. Zündanordnung nach einem der Ansprüche I bis 3, bei der das Schaltglied ein Schah-Transistor ist. der auf das Ausgangssignal eines Vergleichers im Erregungssignal-Generator anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (20) einen mit 4"> dem Signal synchron zur Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Führungsspannung beaufschlagten Operationsverstärker hat.