DE2505649C3

DE2505649C3 - Zündanordnung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2505649C3
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: 1978-11-02
Also published as: US4019484A; DE2505649A1; DE2505649B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündanordnung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

Gewöhnlich muß ein Strom vorbestimmter Stärke in die Zündspulen-Primärwicklung gespeist werden, damit ausreichende Zündspannung an der Zündkerze einer Brennkraftmaschine liegt. Wenn der Primärstrom 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 Energie verloren. Daher sollte die Zeit, während der der Primärstrom fließt, auf einen Festwert eingeregelt werden.

Ms ist eine Zündanordnung der eingangs erwähnien An 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 Sättigungs-η zuständen 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 43 118), 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,

jo 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

Ji 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 brchzahlbereich 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

4^r> Drehzahl der Brennkraftmaschine eingestellt wird, 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

w 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 erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des

so Patentanspruches I gegeben,

Durch die erfindungsgemäße Zündanordnung kann der Beginn des in die Primärwicklung fließenden Stromes unabhängig von der ZUndperiodc, d. h. dem Ende des Stromflusscs, eingestellt werden, so daß die

b5 Zündperiodc unabhängig von der Drehzahl bzw. der Stellung des Kurbelwinkcls konstant gehalten wird, obwohl sich der Beginn des Primärwicklungsstromes entsprechend der Drehzahl der Brennkraftmaschine

ändert. Damit kann iinnöiigcr fiMergievLTbrmiili vcrhincjeri werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Patentanspruches I ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 4.

Die Erfindung sieht also eine Zündunordnung für Brennkraftmaschinen vor bei der die Erregungszeil der Primärwicklung der Zündspule unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine konstant gehalten wird, wobei die Zündanordnung hierzu mit einem Führungszeitsignal-Generaior ausgestattet ist. Das durch den Führungszeitsignal-Generator erzeugte Führungszeitsignal ist synchron zum Erregungssignal, wobei deren Zeildifferenz durch Gegenkopplung zum Erregungssignal-Generator klein gehalten wird.

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

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 2 ein genaueres Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung dt.i Betriebes der in F i g. 2 dargestellten Schaltung,

Fig. 4 ein genaueres Schallbild eines weite "cn Ausführungsbeispiels der Erfindung.

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

Fig.6 ein genaueres Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In der Fig. 1, die ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels 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 Signal-Generators I und ein Verstärker 3, durch den das Ausgangssignal vom Erregungssignal-Generator 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 Zeildifferenz-Detektor 6 vergleicht das Ausgangssignal des Errcgungssignal-Generators 2 mit dem Ausgangssignal des Führungszeitsignal-Generators 5 und erfaßt so die Differenz dazwischen. Die der durch den Zeitdifferenz-Detcktor 6 erfaßten Zeit entsprechende Spannung wird durch einen Führungsspannungs-Generator 7 erzeugt, dessen Ausgang /um 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 Niihc des Ausgangssignals des Führungszeitsignal-Generators 5 ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit mfhr Einzelheiten wird anhand der F i g. 2 erläutert. In dieser Figur ist eine Sondenspulc 10 zur Erzeugung eines Wechsclstromsignals vorgesehen, deren Ausgangssignal am Eingangsanschluß eines Vergleichers 20 über einen Widerstand R\ und einen Kondensator G liegt. Weiterhin ist eine Diode D\ vorgesehen. Eine Parallelschaltung aus einem Widerstand R₂ und einem Kondensator C₂ bildet den Führiingsspannungs-Gencrator 7 zur Erzeugung einer Führungsspannung für den Vcrglcicher 20. Der Führungszeitsignal-Generator 5 hat einen Vcrgleicher 50 und ein Konstanlzeilglied mit einem Widerstand R<,i ond einem Kondensator C> Der Vcrglcicher 50 vergleicht die Kathodenspannung der Diode D-, mil der .Spannung am Teilungspunki /wischen Widerständen Rn und /?«, wobei auch Widerstände /fo und /?5i vorgesehen sind. Ein NOR-Glied aus Widerständen Rbu Rb2 und Äoj sowie ein Vergleicher 60 bilden den

ί Zeildifferenz-Detektor 6, dessen Ausgangssignal über die Diode Dt am Führungsspannungs-Generator 7 liegt.

Der Ausgangsanschluß des Vergleichers 20 ist mit

dem Widersland R_bi des NOR-Gliedes und mit dem Vergleicher 30 des Verstärkers 3 verbunden. Der Ausgangsanschluß 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 Sondenspi'le 10 zeigt, wird der Zündzeitpunkt auf einem Punkt der Kurve mit steilem ne'. liven Gradienten ausgewählt, indem die Zeitkonsiantj r!cs /xC-Gliedes mit dem Widerstand R\ und dem Kondensator G auf einen größeren Wert als die Zündfrequenz eingestellt wird, wird der Kondensator G über die Diode D₁ während der negativen Halbperiode der Deiektor-Ausgangsspannung aufgeladen und entsprechend der Zeitkonstanten aufgrund des Widerstandes R\ und des Kondensators G gehalten, so daß sich das Eingangssignal Vi parallel in das Signal Vi (F i g. Z) ändert, das von Null ansteigt. Ein Führungssignal V₆ für den Vergleicher 20, das auf der Rückkopplung von der folgenden Stufe beruht, wird mit der Eingangsspannung V; im Vergleicher 20 verglichen. Wenn V> größer als V₆ ist, wird das Ausgangssignal V₁ des Vergleichers 20 Null, während V₁ gleich zur Quellenspannung Vc ist, wenn Vi kleiner als V₆ ist. Mit anderen Worten: Es wird die in der F i g. 3 dargestellte Signalform V₃ erhalten. Die Führungsspannung Vf, des Vergleichers 20 wird automatisch so erzeugt, daß die Zeitdauer t, während der die Spannung Vj Null ist, insbesondere die Zeitdauer, während der ein St-om ; in der Zündspule fließt, konstant ist. Unter dieser Bedingung wird die Kathodenspannung der Diode allgemein höher, und deshalb ist die Ausgangsspannung V₄ 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 C5, 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 V₁ für die Füh^r|jrgszeit und das Ausgangssignal Vj des Vergleichers 20 in das NOR-Glied des Zeitdifferenz-Detektors 6 eingespeist weH-an, wird eine Ausgang^spannung V-, lediglich während der Zeitdauer positiv, die de' Differenz zwischen der Führungszeit und der Zeit entspricht, während der die Ausgangsspannung Vj des Vergleichers 20 Null ist, wie dies durch das Signal V₅ in der Fig. 3dargestellt ist.

Wenn die Ausgangsspannung V-, des Verglek-hers 20 positiv ist, wird der Kondensator C> über einen Widerstand Rn und eine Diode Dh aufgeladen, wobei die Ladungsmenge proportional zu der Zeitdauer ist.

während der die Ausgangsspannung V₅ positiv ist. Der Kondensator C₂ wird mit einer vorbestimmten Zeitkonstanten mittels des Widerstandes R₂ entladen, der parallel angeschlossen ist, so daß die Spannung V_b mit

wachsender Abweichung von dec I ührungs/cii steigt. Als Ergebnis wird die Aiisgiingsspiinnung V₁ lies Vergleiehers 20 für eine kürzere /eildmier auf Null gehallen, wodurch die Abweichung durch Gegenkopplungsregelung möglichst klein gemacht wird. Das so geregelle Signal Vi wird /ur Verstärkung in den Vergleicher 30 eingespeist und weiter im Transistor 31 verstärkt. Das Ausgangssignal des Transistors31 wird in die Basis eines Sehali-I.eisiungsiransistors 32 eingespeist, so da 13 dieser in Übereinstimmung mil dem Signal V₁ betätigt wird, wodurch ein Strom in die Primärwicklung 40 tier Zündspule 4 eingespeist wird. Kille Hochspannung Ir wird auf der .Sekundärseite tier Zündspule 4 im Absehall/eiipunki des Transistors 32 erzeugt, wodurch ein Funken in der Zündkerze 8 hervorgerufen wird.

Entsprechend dem oben erläuterten Schaltbild wird die Durchfluß/eil lies ii. die Zündspule gespeisten Stromes unabhäiiizii: von der Masehinendreh/ahl konstant gehalten, und daher wird ein Stromverlust in i\^f Zündspule vermieden, wodurch die durch die Zündanordnung insgesamt ».iveugie Wärme möglichst klein gemacht wird. Da kein Stromverlust im Schalt-I.eistimgstransislor 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 St:.nnbegren/er-Widerstand. der sonst in Reihe mit der Zündspule vorgesehen sein muß. weggelassen «eitlen. Da schließlich tier Stromverbrauch proportional /ur Maschinendrehzahl ist. kann ein erhöhter Wirkungsgrad bei niedriger Drehzahl im Vergleich mit einer herkömmlichen Anordnung ohne Regler erhalten vv eitlen.

Obwohl sich die obigen Erläuterungen auf ein •Vusführungsbeispiel beziehen, bei dem die Batteriespannung als konstant angenommen wird, so ist diese bei Brennkraftmaschinen doch Schwankungen unterworfen. I's sollen bezeichnet werden: mit Λ die Induktivität der Zündspule, mit Rderen Widerstand und mit l'₍ die Batteriespannung. Dann kann der Primärstrom /, tier Zündspule durch die folgende Gleichung angegeben werden:

['s muß deshalb die Führungs/eit unter Beachtung von Änderungen der Batteriespannung verstellt werden. Hin -\usfuhrungsbeispiel der Erfindung mit derartigen Eigenschaften ist in der F i g. 4 dargestellt. Hin wesentliches Merkmal des betrachteten Ausfiihrungsbeispiels liegt darin, daß der Führungszeitsignal-Generator 5 mit dem Vergleicher 50. den Widerständen /?-,! bis R-,-,, den Dioden D-, und D_b und einer Z-Diode (Zenerdiode) ZD-, ein Ausgangssignal erzeugt, das sich mit der Batteriespannung V₁ ändert. Das Diagramm der Fig. 5 zeigt die Spannungssignale V₁₀ bis Vu. die an verschiedenen Punkten der erwähnten Schaltung auftreten.

Wenn sich bei dem Führungszeitsignal-Generator 5 der F i g. 4 die Spannung V_1n von V₍ nach Null ändert, so ändert sich die Spannung V_n von Vz+ VVd nach V/n wobei V^die Spannung an der Z-Diode ZD,und V/pden Spannungsabfall in Durchlaßrichtung an der Diode D-, bedeutet.

Danach wächst die Spannung V,i nach einem Abfall in Smfenform von Vs+ Viη nach Vm mit einem Gradienten an. tier durch die Zeitkonsianle ties Wi -Gliedes aus dem Widerstand W-,.-und dem Kontlcnsalor ('-, bestimmt ist. Wenn diese Spannung die Zener-Spanniing 1 / üherschrcilei. wird der Vergleichet· 50 umgekehrt, und er erzeugt ein." mit einer Zeitdauer ι wie die Spannung l'n. Die Beziehung zwischen den obenerwähnten Spannungen ist gegeben durch:

Yy =(!·,■-

Wegen \ , *· \)n kai
werden in:

Iz =

die Gleichung (2) imii:elon'

Die Gleichungen (I) und (3). die ähnliche lon,. ¹T besitzen, stimmen e;\n/ überein, wenn die Schallunsiskonstanten so bestimmt sind, daß sie die Gleichungen (4) erfüllen (vgl. unten). Als Ergebnis wachs! .!ic Führungszeit I mit abfallender Bültcriespanming V, an. und umgekehrt, wodurch tier Primär-Abschalistrom /, konstant gehalten wird.

LR = C₅K₅₂

Die Gleichung (4) muß jedoch nicht genau erfüllt sein Zur Verwirklichung der obenerwähntem Regelung wird das im ( ührungszeitsignal-Generalor 5 erzeugte Führungszeitsignal, wie oben erwähnt in den Eingang ties

Γι Spannungsvergleichers 20 wie bei einer herkömmlichen Anordnung eingespeist und mit der Durchflußzeit des Primärstromes in der Zündspule verglichen, die durch die Sonderspule 10 erfaßt und geregelt wird. Das Ausgangssignal des Vergleiehers 20 wird in das

4ii Darlington-Glied 32. das einen l.eistungstransistor bildet, über den Vergleicher 30 und den Transistor 31 eingespeist, wodurch die Durchflußzeit des Primärstromes in der Zündspule 4 eingestellt wird.

Auf diese Weise ist es möglich einen konstanter

-r, Primär-Abschaltstrom zu erzeugen, so daß eine gegenüber Änderungen der Batteriespannung im wesentlichen konstante Spannung bzw. Energie auf dci Sekundärseite der Zündspule 4 erzeugt werden kann.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ir

>ii der F i g. 6 gezeigt. Das Ausgangssignal des Vergleichers 20 des Erregungssignal-Generators 2 wird ''Vr eine Diode D-,i zum Eingang des Vergleiehers 60 de< Zeitdifferenz-Detektors 6 gespeist, während das Ausgangssignal des Vergleiehers 50 des Führungszeitsignal· Generators 5 in den Eingangsanschluß des Vergleichen 60 des Zeitdifferenz-Detektors 6 über einen Kondensa tor G, und einen Widerstand Ww eingespeist wird.

Das Ausgangssignal des Zeitdifferenz-Detektors 6 liegt über einen Kondensator C« am Führungsspan· nungs-Generator 7. wodurch es in ein Signal umgewandelt wird, das der Größe der Zeitdifferenz entspricht.

Der Vergleicher 30 des Vergleichergliedes 3 bilde! eine logische Summe aus dem Ausgangssignal de; Vergleichers 50 und dem Ausgangssignal des Vergleichers 60. Dies ist gleichwertig der direkten Einspeisung des Ausgangssignals des Vergieichers 20 in den Eingang des Vergleiehers 30. bis auf die Ausnahme, daß bei einei Regelanordnung, bei der das Ausgangssignal de<

Vergleichen 20 direkt in den Vergleicher 30 eingespeist wird, das Ausgangssignal des Vergleichen 20 selbst dann konstant erzeugt wird, wenn die Brennkraftmaschine mit fließendem Primärstrom anhält, was oft zu einem F.ncrgieverlusi in der Primärspulc führt. Im Gegensatz zu einer derartigen herkömmlichen Anordnung irctcn die Vergleichet' 50 und 60 η,κΐι dem Annähen der Maschine in einen stabilen Zustand ein. und es wird von ihnen kein Ausgangssignal er/euet s< daß kein Strom in der Primärwicklung fließt, unabhängig davon, ob ein Ausgangssignal vom Vergleiche!" 20 er/engt uirdodii iiichl.

Hei den Ausliihrungsbeispielen der Fig. 2. 4 und h

wird das Zündsignal von der Somlerspule 10 in dcit I ingangsarischluß des einen Operationsverstärker aufweisenden Vergleichers 20 gespeist. Der Vergleicher 20 hai eine große Eingangsimpedanz. und der für den Betrieb erforderliche Kingangsslrom ist sehr klein. Insbesondere kann der Vergleichcr 20 als Bauelement betrachtet werden, das auf die Spannung der Sonderspule 10 anspricht. Wenn die Verzögerung des in der Sonderspulc 10 fließenden Stromes zu deren Spannung aufgrund des hohen Blindwiderstandes der Sonderspulc zu groß wird, wird diese Verzögerung durch Verwendung des Operationsverstärkers als Vergleicher ausgeschlossen.

Hierzu (■> Wall ZeichnunL'cii

Claims

Patentansprüche:

1. Zündanordnung für Brennkraftmaschinen zur Regelung der Erregung der Zündspulen-Primärwicklung, 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-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 Brennkraftmaschinen-Zylinders induzierte Hochspannung zu entladen, gekennzeichnet durch einen Führungszeitsignal-Generator (5) zur Erzeugung eines vorbestimmten Führungszeitsignals synchron zum Erregungssignal, deren Zeitdifferenz durch Gegenkopplung zum Erregungssignal-Generator (2) klein gehalten wird.

2. Zündanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Führungsspannungs-Generator (7) zur Erzeugung einer Führungsspannung, durch deren Vergleich mit dem Ausgangssignal des Signal-Generators das Erregungssignal die Erregungszeit der Zündspule (40) festlegt und einen Zeitdifferenz-Detektor (6) zur Erfassung der Zeitdifferenz zwischen der Dauer des Führungszeitsignals und der Dauer des Erregungssignals, wobei eine vom Zeitdifferenz-Detektoi abgeg bene und zur Zeitdifferenz proportionale Ausgangsspannung entsprechend ihrer Größe die vom Fülv ;ngsspannungs-Generator erzeugte Führungsspannung ändert.

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

4. Zündanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Schaltglied ein Schalt-Transistor ist, der auf das Ausgangssignal eines Vergleichers im Erregungssignal-Generator anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (20) einen mit dem Signal synchron zur Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Führungsspannung beaufschlagten Operationsverstärker hat.