DE2608755A1 - Anordnung zur steuerung der zuendzeit einer brennkraftmaschine - Google Patents
Anordnung zur steuerung der zuendzeit einer brennkraftmaschineInfo
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Description
MOTOEOLA, INC.
5725 North East River Hoad Chicago, 111. 6O63I, U.S.A.
5725 North East River Hoad Chicago, 111. 6O63I, U.S.A.
Anordnung zur Steuerung der Zündzeit einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft allgemein voll-elektronische Zündsysteme
für Brennkraftmaschinen und bezieht sich insbesondere auf eine Einrichtung, welche dazu dient, in solchen Zündsystemen eine
konstante Verweilzeit bzw. Schließzeit zu erreichen.
Herkömmliche Zündsysteme speichern Energie in der Zündspule, welche beim Auslösen der Zündung eine Spannung erzeugt, die
zum Zünden einer Zündkerze ausreicht. Zwischen den einzelnen Zündvorgängen muß die Energie in der Spule erneut aufgebaut
werden. Hier muß ein Kompromiß geschlossen werden. Wenn zu allen Zeiten Energie in die Spule gepumpt wird, zu denen nicht
gerade eine Zündung erfolgt, ist der Energieverbrauch hoch. Wenn jedoch eine unzureichende Energie in der Spule bereitgestellt
wird, nimmt die Zündenergie ab, wodurch der Wirkungsgrad bei der Arbeitsweise der Maschine sinkt.
Dieses Problem ist eine Punktion der Maschinendrehzahl. Bei einer niedrigen Drehzahl liegt eine verhältnismäßig lange Zeit
zwischen einzelnen Zündvorgängen, während hingegen bei einer hohen Drehzahl die Spule rasch neu beaufschlagt werden muß,
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ORIGINAL INSPECTED
um für den nächsten Zündvorgang ausreichend vorbereitet zu
sein.
Herkömmliche Verteiler verwenden Unterbrecherkontakte, um die Menge der Zeit festzulegen, zu welcher die Spule erneut
beaufschlagt wird. Diese Unterbrecherkontakte bestehen einfach aus einem Paar von elektrischen Kontakten, von denen
einer stationär angeordnet ist und der andere derart angebracht ist, daß er auf einem Hocken gleitet, der durch die Maschine
angetrieben wird. Wenn die Kontakte geschlossen werden, wird die Spule mit Energie versorgt. Die Zeitdauer, über welche
die Kontakte geschlossen werden, wird als Verweilzeit oder als Schließzeit bezeichnet. In ähnlicher Weise wird der Winkel auf
dem Nocken, über welchen die Unterbrecherkontakte geschlossen sind, als Schließwinkel bezeichnet. Bei herkömmlichen Systemen
ist der Schließwinkel festgelegt, und dadurch wird die günstigste Möglichkeit zvisehen dem Spulenwirkungsgrad und dem Maschinenwirkungsgrad
nicht erreicht, da ein rascher Abfall im Energiepegel In der Spule zu verzeichnen ist, wenn die Drehzahl der
Maschine ansteigt. Im Idealfalle sollte der Zündenergiepegel über den aktiven Bereich der Maschinendrehzahl konstant bleiben.
Die einzige Veränderliche in der Gleichung für die Zündenergie, welche herkömmlicherweise veränderbar ist, ist diejenige Zeit,
während welcher Energie der Spule zugeführt wird. Somit wird der Weg beschritten, den Schließwinkel zu verändern, um die
Energie konstant zu halten, damit eine konstante Schließzeit gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zündsystem mit einer Einrichtung
zu schaffen, mit welcher der Zündschließwinkel geändert werden kann, um bei normalerBetriebsgeschwindigkeit der Maschine
eine konstante Schließzeit zu erreichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Patentbegehren niedergelegten
Merkmale.
Ein erster Fühler ist gemäß der Erfindung mit der Maschine verbunden und erzeugt Ausgangstriggerimpulse, welche dazu
geeignet sind, die Zündung auszulösen. Ein zweiter Fühler, der ebenfalls mit der Maschine verbunden ist, erzeugt Ausgangspositionsimpulse
mit einer Frequenz, welche für die Drehzahl der Maschine repräsentativ ist, und mit einer Breite, welche
in umgekehrter Beziehung zu der Drehzahl der Maschine steht. Die Positionsimpulse werden in einer ersten Schaltungsanordnung
verarbeitet, von welcher ein Ausgangssignal geliefert wird, welches für die Maschinenposition repräsentativ ist.
Die erste Schaltungseinrichtung wird vor dem Auftreten des
ersten Positionsimpulses nach einem Triggerimpuls auf Null gestellt, so daß sie dadurch für den nächsten Zyklus vorbereitet
ist.
Eine zweite Schaltung verarbeitet die Positionsimpulse und erzeugt ein für die Drehzahl der Maschine repräsentatives
Ausgangssignal. Da die Zeitdauer der Positionsimpulse in umgekehrter
Beziehung zu der Maschinendrehzahl steht, weist die zweite Schaltungseinrichtung einen modifizierten Integrator
auf, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Spitze die invertierte
Form der Zeitdauer der Positionsimpulse annähert und somit für die Maschinendrehzahl repräsentativ ist. Die Ausgangssignale
von der ersten und der zweiten Schaltung werden einem Komparator zugeführt, der in Reaktion auf eine vorgegebene
Beziehung zwischen den zwei Ausgangssignalen ein Triggersignal erzeugt. Das Triggersignal aktiviert einen Schalter, der seinerseits
die Schließzeit auslöst, wobei dieser Auslösevorgang zeitlich derart gesteuert ist, daß eine konstante Schließzeit
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für die erneute Energieversorgung der Spule vor dem nächsten Zündvorgang gewährleistet ist. Der Schalter löst auch die
Zündung synchron zu einem erzeugten Zündimpuls aus.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:
IPig. 1 in Form eines Blockdiagramms die Bauteile einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems,
Fig. 2 repräsentative Wellenformen, die an verschiedenen Punkten in dem System gemäß Fig. 1 auftreten, und
Fig. J ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform
gemäß der Erfindung.
Ein Zündimpulsgenerator 20 weist einen Fühler auf, der mit der Maschine verbunden ist und Ausgangsimpulse erzeugt, welche dazu
geeignet sind, den zeitlichen Ablauf des Zündsystems zu steuern. Weiterhin ist mit der Kaschine ein Positionsimpulsgenerator
22 verbunden, der Ausgangsimpulse mit einer Häufigkeit erzeugt, welche für die Größe der Drehzahl der Maschine repräsentativ
ist. Die Positionsimpulse haben eine feste Amplitude und haben eine Zeitdauer, welche zu der Drehzahl der Maschine
umgekehrt proportional ist. Weiterhin sind die Positionsimpulse mit den Zündimpulsen synchronisiert, wodurch während des Intervalls
zwischen den Zündimpulsen eine Mehrzahl von Positionsimpulsen erzeugt werden, die bei einer konstanten Drehzahl äquidistant
angeordnet sind. Sowohl der Zündgenerator als auch der Impulsgenerator kann einen an sich bekannten Fühler aufweisen."
Beispielsweise können gemäß der Beschreibung in der US-Patentschrift 3 592 178 (Schiff) Zeitmarkierungen auf kreisförmigen
Bahnen auf einer Scheibe angebracht werden. Die Scheibe ist
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an der Verteilerwelle befestigt, und zwar in der Weise, daß diejenigen Markierungen, welche den Zündimpulsen entsprechen,
gegenüber von einem Triggerfühler zu der gewünschten Zeit einer Zündung einer Zündkerze angeordnet sind, während solche
Markierungen, welche der Maschinenposition entsprechen, gegenüber von einem Positionsfühler angeordnet sind, und zwar unter
vorgegebenen Winkeln der Maschinendrehung. Der Aufnahmefühler kann aus fotoempfindlichen Transistoren bestehen, welche mit
jeder Bahn zur Erzeugung von Impulsen fluchtend ausgerichtet sind, so daß der Durchgang einer Markierung angezeigt wird.
In einer alternativen Ausführungsform können die Generatoren Standard-Magnet-Reluktanz-Aufnahmeeinrichtungen haben, welche
mit einer Welle gekoppelt sind, die von der Maschine angetrieben wird. Grundsätzlich haben solche Systeme eine rotierende
Scheibe, in welcher magnetische Elemente angeordnet sind. Die Achse einer Aufnahmespule ist derart ausgerichtet, daß sie der
Magnetkreisorientierung bei den rotierenden magnetischen Elementen entspricht. Das Zusammenfallen jedes magnetischen Elementes,
welches sich in bezug auf die Achse der elektromagnetischen Spule ausrichtet, induziert in der Spule eine Spannung, welche
dazu geeignet ist, einen Ausgangsimpuls an den Enden der Spule zu erzeugen.
Jeder Generator mit entsprechenden IPühlertypen ist dazu geeignet,
bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung verwendet zu werden. Es werden insbesondere Positionsimpulse in einer vorgegebenen
synchronen Beziehung zu der Maschinenposition und zu dem Zündimpulsintervall erzeugt. Es werden acht Positionsimpulse in dem Intervall zwischen den Zündimpulsen erzeugt,
wobei Jeder Positionsimpuls zu einer Zeit erzeugt wird, welche für einen festen momentanen Drehwinkel der Maschine repräsentativ
ist. Weiterhin ist die Zeitdauer jedes Positionsimpulses umgekehrt proportional zu der Drehzahl der Maschine. Somit
gehen bei einer geringen Drehzahl der Maschine die Zeitmarkierungen auf dem Fotosystem oder den magnetischen Elementen in
dem Reluktanzsystem an ihren entsprechenden Aufnahmeeinrichtungen
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mit geringerer Häufigkeit vorbei, so daß dadurch ausgedehnte Ausgangsimpulse entstehen.
Der Zündimpulsgeneratorausgang ist sowohl mit einem Bückstelleingang
51 eines Zählers 30 als auch mit einem Zündsignaleingang
51 einer Schaltanordnung 50 verbunden. Der Ausgang
von dem. Positionsimpulsgenerator 22 ist an einen Eingang 32
des Zählers geführt und an einen Eingang 41 eines modifizierten Integrators 40.
Der Zählerausgang 33 ist an einen Eingang 61 eines Digital-Analog-Wandlers
60 geführt, dessen Ausgang 62 mit einem der Eingänge 71 eines Komparators 70 verbunden ist. Der andere
Komparatoreingang 72 ist mit dem Ausgang 42 des modfizierten
Integrators verbunden. Der Komparatorausgang 73 ist mit der Eingangsklemme 52 der Schaltanordnung verbunden. Der Schaltanordnungsausgang
54 ist mit dem Eingang 81 einer Zündspule 80 verbunden. Schließlich beaufschlagt der Ausgang 82 der
Zündspule 80 eine Zündkerze 90.
Zur Erläuterung der Arbeitsweise des Systems wird wiederholt auf die Fig. 2 Bezug genommen. Es sei angenommen, daß das
System am Anfang eines Zyklus ist, d. h. unmittelbar nach einem Zündimpuls, so daß eine Folge von Positionsimpulsen
sowohl dem Zähler 30 als auch dem modifizierten Integrator
zugeführt wird. Der Zähler 30 erzeugt an seinem Ausgang 33
ein digitales Signal, welches in der Weise kodiert ist, daß es die Anzahl der gezählten Eingangsimpulse angibt. Das digitale
Ausgangssignal vom Zähler wird ein Digital-Analοg-Wandler
60 zugeführt, der seinerseits ein in der Fig. 2 dargestelltes, treppenförmig ansteigendes analoges Ausgangssignal erzeugt,
dessen Momentanwert den Homentanwert des Drehwinkels der
Haschine annähernd wiedergibt. Dieses Signal in Form einer ansteigenden Treppenkurve, welches für die Maschinenposition
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repräsentativ ist, wird einem Eingang 71 des Komparators 70
zugeführt.
Die Positionsimpulse werden in ähnlicher Weise dem modifizierten Integrator zugeführt, der eine Eeihe von Ausgangsimpulsen
erzeugt (siehe Fig. 2), deren Höhe für die momentane Drehzahl
der Maschine repräsentativ sind. Diese Impulse werden wiederum dem zweiten Eingang des Komparators 72 zugeführt. Somit "bekommt
der Komparator Eingangssignale, welche sowohl der momentanen Position der Maschine als auch ihrer momentanen Geschwindigkeit
entsprechen. Der Komparator 70 erzeugt an seinem Ausgang 73
ein Triggerimpulssignal, welches einer vorgegebenen relativen Beziehung zwischen seinen zwei Eingängen entspricht. Ein
Vergleich von Signalen, welche durch den Zähler erzeugt werden, und zwar in Verbindung mit dem Digital-Analog-Wandler und
dem modifizierten Integrator, erfolgt in einer gerichteten Weise derart, daß ein Triggersignal, welches vom Komparator
erzeugt wird, die Schaltungsanordnung 50 zu einer Zeit zündet,
welche dazu geeignet ist, eine feste Verweilzeit bei der vorgegebenen
Drehzahl der Maschine zu erzeugen. Das an den Eingang der Schaltungsanordnung 52 geführte Triggersignal löst
seinerseits eine Verweilzeit aus, indem Energie an die Zündspule 80 geführt wird. Ein nachfolgender Zündimpuls von dem
Generator 20 zündet die Schaltanordnung, so daß die Zündspule dazu gebracht wird, die Zündkerze 90 in an sich bekannter Weise
zum Zünden zu bringen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Aufrecht erhaltung einer festen Verweilzeit während einer normalen
Drehzahl der Maschine eine kontinuierliche Überwachung der Maschinenposition und der Drehzahl der Maschine erfordert.
Wenn die Drehzahl ansteigt, nimmt die Zeit zwischen einzelnen Zündimpulsen ab, und die Zeit, bei welcher die Verweilperiode
anfängt, muß vorgerückt werden, d. h. der Verweilwinkel oder der Schließwinkel muß zunehmen.
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Der Integrator 40 ist derart ausgebildet, daß er ein Ausgangssignal
erzeugt, welches für die Drehzahl der Maschine repräsentativ
ist. Wenn die Drehzahl der Maschine abnimmt, nimmt die Zeitdauer der Positionsimpulse zu, und ein Standardintegrator
würde einen Ausgangsimpuls erzeugen, dessen Amplitude in
direkter Beziehung zu der Zeitdauer der Eingangsimpulse steht.
Ein solcher Ausgang entspricht dem Reziprokwert der gewünschten Größe. Deshalb ist der Integrator derart modifiziert,
daß er ein Ausgangssignal erzeugt, welches in umgekehrter Beziehung zu dem Eingangssignal steht, d. h. der Ausgang
ist die hyperbolische Übertragung des Eingangs. Die kauerte hyperbolische Funktion kann etwa eine exponentielle Übertragungsfunktion
sein, beispielsweise eine Standard-EC-Schaltung. Gemäß der Erfindung besteht der modifizierte Integrator aus
einem Widerstand, einem Kondensator, einer Spannungsquelle und einem Schalter. Der Widerstand und der Kondensator sind
in Reihe parallel zu den Ausgangsklemmen der Spannungsquelle geschaltet. Der Schalter liegt parallel zu dem Kondensator,
wodurch der Kondensator kurzgeschlossen wird, wenn kein Eingangspositionsimpuls
empfangen wird. Wenn ein Positionsimpuls empfangen wird, öffnet der Schalter, wodurch der Kondensator
die Möglichkeit hat, über den Widerstand auf den Wert der Spannungsquelle aufgeladen zu werden. Die Funktion, mit welcher
die Spannung an dem Kondensator ansteigt, ist als Exponentialfunktion ausgebildet, um eine hyperbolische Funktion anzunähern.
Wenn die Dauer der Positionsimpulse zunimmt, was einer Abnahme
der Drehzahl der Maschine entspricht, um so größer wird die Ladung auf dem Kondensator, bevor der Schalter schließt, wenn
ein Positionsimpuls abgeschlossen ist. Wenn die Drehzahl der Maschine abnimmt, nimmt somit die Spitzenamplitude des Ausgangssignals
von dem modifizierten Integrator zu und die vorgegebene Beziehung zwischen dem ersten Eingang 7I und dem zweiten Eingang
72 zu dem Komparator tritt später im Zündzyklus auf, so
daß der Verweilwinkel oder der Schließwinkel abnimmt, um eine
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konstante Verweilzeit oder Schließzeit aufrecht zu erhalten.
Wenn hingegen die Drehzahl der Maschine zunimmt, nimmt der Spitzenwert des Ausgangssignals vom Integrator in entsprechender
Weise ab, so daß vom Komparator ein früheres Triggerausgangssignal im Zyklus auftritt, um die konstante Verweilzeit
oder Schließzeit beizubehalten.
Bei einer sehr geringen Drehzahl, beispielsweise im Leerlauf, und bei einer außerordentlich hohen Drehzahl ist es erwünscht,
das System auf einen konstanten Verweilwinkel oder Schließwinkel zurückzuführen. Der erste Positionsimpuls eilt dem
Zündimpuls in der Weise nach, daß das System bei höheren Drehzahlen keine Schließzeit auslösen kann, bis ein festes Intervall
im Zyklus erreicht ist. Dieses Intervall ist in der Weise gewählt, daß ein bestimmter Schließwinkel gegeben ist. Der
letzte Positionsimpuls eilt dem folgenden Zündimpuls in der Weise um einen vorgegebenen Wert voraus, daß die Schließzeit
bei einem bestimmten minimalen Schließwinkel auftreten muß.
Ein vollständiges Schaltschema der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in der Fig. 3 wiedergegeben. Gemäß der
Darstellung ist der Zündimpulsgenerator 20 mit dem Hückstelleingang
31 eines Zählers 30 und mit dem Zündeingang 51 eines
Schalters 50 verbunden. Der Ausgang des Positionsimpulsgenerators
22 ist gemäß der Darstellung mit dem Eingang 32 des Zählers 30 und mit dem Eingang 41 des modifizierten Integrators
verbunden, der in seiner Gesamtheit bei 40 dargestellt ist. Der Zähler ist ein Standardzähler mit einem dreistelligen,
binär kodierten Dezimalausgang. Die erste Ausgangsleitung 33 stellt die erste Stelle einer binär kodierten Dezimalzahl
dar, die zweite Ausgangsleitung 34- stellt die zweite Stelle
und die dritte Ausgangsleitung 35 stellt die dritte Stelle
der binär kodierten Dezimalzahl dar. Somit bewirkt ein erster
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Impuls an dem Zählereingang 32, daß die erste Ausgangsleitung 33 hochgelegt wird. Ein nachfolgender Impuls führt dazu, daß
die zweite Ausgangsleitung hochgelegt wird usw., wie es an sich "bei binär kodierten Dezimal zählern der Fall ist. Da der
Zähler nur drei Ausgangsstellen hat, bringt der achte gezählte Impuls den Zähler bei allen Ausgängen auf einen tiefen Zustand
zurück. Jeder Zählerausgang ist über einen Begrenzungswiderstand 33a-34a-35a mit der Basis eines npn-Transistors 36, 37
bzw. 38 verbunden. Der Emitter jedes Transistors 36 bis 38
ist mit einem Bezugspotential oder dem Hassepotential verbunden. Der Kollektor des Transistors ist über einen Widerstand
36a bis 38a mit einem bestimmten Wert an einen gemeinsamen Knoten 39 geführt. Der gemeinsame Knoten ist über einen Teilerwiderstand
130 an eine Bezugsspannung I3I geführt. Der gemeinsame
Knoten ist weiterhin über einen Eingangswiderstand 132
an den Invertiereingang 133 eines Verstärkers 135 geführt. Ein
nicht-invertierender Eingang I36 des Verstärkers 135 ist mit
der Bezugsspannung I3I verbunden. Der Ausgang 137 des Verstärkers
135 ist über einen Rückführwiderstand I38 mit dem Invertiereingang
133 verbunden. Der Ausgang 137 ist auch über einen Keihenwiderstand 150 mit dem Invertiereingang 71 des Komparators
70 verbunden. Der Komparatorausgang 72 ist mit der Triggereingang
skiemme 52 des Schalters 50 verbunden. Der Ausgang des
Schalters 54- ist mit der Zündspule 80 verbunden.
Die Integratoreingangsklemme 4-1 ist über einen Widerstand 140
mit der Basis 141 eines npn-Transistors 142 verbunden. Der Transistor 142 hat seinen Emitter 143 mit dem Erdpotential
150 verbunden, und sein Kollektor 144 ist über einen Lastwiderstand
145 mit einer Vorspannung 146 verbunden. Der Kollektor 144 ist auch über einen Widerstand 15I mit der Basis 152 eines
zweiten npn-Transistors 153 verbunden. Der Transistor 153
seinen Emitter 154 mit dem Erdpotential I50 verbunden, und
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sein Kollektor 156 ist über einen Zeitsteuerwiderstand 157
mit der Basisstromversorgung 146 verbunden. Der Kollektor
156 ist auch über einen ZeitSteuerkondensator 158 mit dem
Massepotential I50 verbunden. Die Basis 152 des Transistors
153 ist über einen Teilerwiderstand 160 mit dem Massepotential
150 verbunden, und in ähnlicher Weise ist die Basis 141 des
ersten Transistors 142 über einen Teilerwiderstand 161 mit dem Massepotential 150 verbunden. Weiterhin ist mit der
Integratoreingangsklemme 41 eine Impulsdehnschaltung 170
verbunden. Die Dehnschaltung weist einen Gleichspannungsblockierkondensator
169 auf, "welcher von der Integratoreingangsklemme 41 eine Verbindung zu der Basis eines pnp-Transistors
171 herstellt. Der Transistor I7I hat seinen Emitter I73
mit dem Basispotential 146 verbunden, und sein Kollektor ist zunächst über einen Lastwiderstand 174 mit dem Massepotential
150 verbunden und außerdem über einen Widerstand 175 niit der
Basis 141 des Transistors 142. Ein Vorspannungswiderstand 177 ist zwischen der Emitterklemme 172 und der Basis des Transistors
171 angeordnet. Der Ausgang von der Dehnschaltung, der an der
Kollektorklemme 173 abgeleitet wird, ist an den zweiten Eingang 53 des Schalters 50 geführt.
Beim Einschalten sind die Zählerausgänge 33 bis 35 alle auf Null gestellt oder tiefgelegt. Wenn anschließend Positionsimpulse vom Generator 22 empfangen werden, bewirken nacheinander
auftretende Ausgangssignale den Übergang in den aktiven Zustand, indem nacheinander die Transistoren 36 - 38 aktiviert
werden. Beispielsweise aktiviert der erste Positionsimpuls den ersten binär kodierten Dezimalausgang 33» so daß dieser
hochgelegt wird, wobei der Transistor 36 in die Sättigung
getrieben wird. Dadurch ergibt sich eine resultierende Spannung am gemeinsamen Knoten 39 >
die eine Funktion der Bezugsspannung 131» des Abfallwiderstandes I30 und des Kollektorwiderstandes
36a ist. Wenn danach weitere Positionsimpulse
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vom Zähler 30 empfangen werden, werden die entsprechenden Transistoren 36 bis 38 in die Sättigung getrieben, wodurch
sich eine entsprechende Spannung am gemeinsamen Knoten 39 ergibt. Kollektorwiderstände 36a bis 38a· sind derart gewählt,
daß die Spannung am Knoten 39 anschließend für jeden empfangenen .Positionsimpuls um einen vorgegebenen Betrag abnimmt. Die
Spannung am Knoten 39 wird invertiert und durch den Verstärker 135 verstärkt, so daß ein treppenförmiges Ausgangssignal
erzeugt wird, wie es bei 200 dargestellt ist. Somit arbeiten die Transistoren 36 bis 38 und ihre zugehörigen Widerstände
in Kombination mit dem Verstärker 135 als ein Digital-Analog-Wandler,
welcher die Positionsimpulse in ein treppenförmiges
analoges Ausgangssignal umformt, welches für die Maschinenposition repräsentativ ist. Der Positionsimpulsgenerator ist
derart ausgebildet, daß er zwischen einzelnen Zündimpulsen acht Positionsimpulse erzeugt. Somit stellt der achte Positionsimpuls den Zähler wieder auf Null, und zwar auf allen BCD-Leitungen
(BCD ■ binär kodierte Dezimalstelle). Um zu gewährleisten, daß der Zähler 30 am Ende eines Zyklus auf Null
zurückgestellt wird, wird dem Zähler auch ein Rückstellimpuls
zugeführt, und zwar an seinem Euckstelleingang 31» so daß
der Zähler zwangsweise in den Zustand Null zurückkehrt.
Wenn keine Eingangsimpulse an den Integrator angelegt werden,
ist der Transistor 142 über den Widerstand 161 in den gesperrten Zustand vorgespannt. Somit liegt der Kollektor 144 auf
einer hohen Spannung, so daß der Transistor 153 eingeschaltet wird und die Spannung an dem Zeitsteuerkondensator 158 auf
der Nähe des Massepotentials gehalten ist. Wenn ein Positionsimpuls am Integratoreingang 141 auftritt, wird der Transistor
142 eingeschaltet, sein Kollektor 144 nähert sich dem Massepotential, und der Transistor 153 wird in den gesperrten
Zustand vorgespannt. Dadurch bekommt der Zeitsteuerkondensator
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die Möglichkeit, sich über den Zeitsteuerwiderstand 157 auf
die vorgegebene Vorspannung 14-6 aufzuladen. Die Anstiegsfunktion der Spannung am Kondensator 158 und somit sein
Spitzenwert während der Periode eines Positionsimpulses hängen von dem Wert der Vorspannung 14-6 ab, und sie hängen
weiterhin von dem Produkt aus dem Widerstand des Zeitsteuerwiderstandes 157 und <3.er Kapazität des Zeitsteuerkondensators
Ί58 ab. Diese Anstiegsfunktion stellt sich als Exponentialfunktion
dar, wodurch die kritischen Schaltungswerte in der Weise vorgegeben sind, daß ein Abschnitt der hyperbolischen
Punktion angenähert wird. Auf diese Weise wird ein Ausgangssignal erzeugt, welches für die invertierte Zeitdauer der
Positionsimpulse repräsentativ ist. Somit ist das Ausgangssignal für die gewünschte Größe repräsentativ, d. h. für die
Maschinengeschwindigkeit.
Das repräsentative Integratorausgangssignal enthält eine Reihe von exponentiell festgelegten Impulsen, wie es bei 201 dargestellt
ist. Diese Impulse werden an den nicht-invertierenden Eingang 73 des Komparators 70 geführt. Es ist ersichtlich,
daß der Komparator einen hochgelegten Zustand einnimmt, wenn der Momentanwert der Geschwindigkeitsimpulse 201 den Momentanwert der Treppenspannung 200 überschreitet. Andernfalls ist
der Ausgang des Komparators tiefgelegt. Der Wert der Bezugsspannung 131 ebenso wie die inkrementalen Spannungsstufen der
treppenformigen Wellenform 200 sind derart gewählt, daß sie dem Spitzenwert entsprechen, der am Zeitsteuerkondensator erzeugt
wird, und zwar in der Weise, daß der Momentanwert der gerade vorhandenen Treppenspannung, welcher die Spitzengeschwindigkeitsspannung
übersteigt, derjenigen Maschinenwinkelposition
entspricht, welche einer konstanten Schließzeit bei der momentanen Maschinendrehzahl entspricht.
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Die Impulsdehnschaltung 17O gewährleistet, daß ein Triggerimpuls
nur dann erzeugt wird, wenn der Komparator eine Spitzengeschwindigkeitsspannung mit einer analogen Positionsspannung vergleicht. Die Positionsimpulse werden durch den
Kondensator 169 und dem Widerstand 17O differenziert, wodurch
der Transistor 171 Spannungen in Form von Zackenimpulsen
empfängt, wie sie bei 204 dargestellt sind, und zwar an seiner Basis. Der negative Zackenimpuls treibt den Transistor 171
in den durchlässigen Zustand, wodurch ein Impuls sehr kurzer Dauer an seinem Kollektor 173 erzeugt wird. Diese inkrementalen
Zeitimpulse sind synchron zu dem Abschluß der Positionsimpulse. Der Transistor 142 wirkt in der Weise, daß die Positionsimpulse
und die Dehnimpulse summiert werden, wodurch das Ausgangssignal am Kollektor 144 der Summe dieser beiden Signale
entspricht. Deshalb wirkt der modifizierte Integrator 40 über eine etwas längere Zeit als die Dauer des Positionsimpulses
selbst. Weiterhin werden die gedehnten Impulse 203 dem zweiten Eingang 52 des Schalters 50 zugeführt. Der interne Schalter
50 enthält ein Gatter bzw. eine logische Verknüpfungsschaltung
55» die zwei Eingänge hat, von denen der eine mit dem Ausgang des Komparators 72 verbunden ist und der andere zur
Aufnahme der gedehnten Impulse dient. Die logische Verknüpfungsschaltung
arbeitet in der Weise, daß sie ein Ausgangssignal nur während der Zeit erzeugt, in welcher gleichzeitig ein
hochgelegtes Eingangssignal bei 53 und ein tiefgelegtes Eingangssignal
bei 52 auftreten. Ein hochgelegtes Eingangssignal bei 53 entspricht einem gedehnten Impuls und ein tiefgelegtes
Eingangssignal bei 52 entspricht der treppenförmigen Wellenform
200, welche den Wert des Spitzenspannungsimpulses 201 übersteigt. Somit bewirkt die Impulsdehnschaltung I70 in Verbindung
mit der logischen Verknüpfungsschaltung 1555 daß ein Ausgangssignal
nur dann erzeugt wird, wenn der Momentanwert der Maschinenpositionsspannung den Spitzenwert der Maschinengeschwindigkeitsimpulse
überschreitet. Der dabei auftretende
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Ausgangsimpuls triggert den Schalter 50, der seinerseits
die Schließzeit auslöst, indem die Spule beaufschlagt wird. Wenn der Schalter 50 an seinem Zündeingang 51 einen Zündimpuls
empfängt, bringt der Schalter die Spule 80 dazu, daß sie zündet, wodurch die Zündung ausgelöst wird.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist das augenblickliche Ansprechen auf Veränderungen in der Drehzahl. Zwischen den
einzelnen Zündvorgängen wird die Maschinenposition bis zu acht Mal mit der Maschinengeschwindigkeit verglichen. Somit
drückt sich eine Veränderung in der Drehzahl praktisch unverzüglich in einer Veränderung des Spitzenwertes der
Geschwindigkeitsspannung 201 aus, welche eine momentane Veränderung im Schließwinkel hervorruft, und zwar im Hinblick
darauf, eine konstante Verweilzeit oder Schließzeit zu erreichen. Während in einer bevorzugten Ausführungsform
acht Positionsimpulse pro Umdrehung gewählt wurden, könnte jedoch mit einer größeren Anzahl von Positionsimpulsen pro
Umdrehung das System auf momentane Veränderungen in der Drehzahl noch rascher ansprechen.
Die bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung ist darauf gerichtet, eine konstante Verweilzeit oder Schließzeit von
3,33 Millisekunden über einen Drehzahlbereich der Maschine von 375 bis 3000 U/min zu erreichen. Bei geringen Geschwindigkeiten,
beispielsweise im Leerlauf, überschreitet die treppenförmige Signalspannung den Spitzenwert der Geschwindigkeitswellenform
niemals. Jedoch ist der letzte Positionsimpuls in bezug auf den nachfolgenden Zündimpuls derart angeordnet, daß
der Komparatorausgang einen Triggerimpuls an den Schalter für
ein konstantes Tastverhältnis von 8,3 % des gesamten Zündzyklus liefert. Bei Drehzahlen, welche höher liegen als 3000
U/min, ist der erste Positionsimpuls in einer vorgegebenen
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Beziehung zu dem Zündimpuls derart, daß das System keine Verweilzeit
oder Schließzeit für ein Tastverhältnis oberhalb von 66,7 % aufbauen kann.
Die nachfolgend genannten Werte der Bauelemente erzeugen bei einer Verwendung in der Schaltung gemäß Fig. 3 die angegebene
konstante Verweilzeit oder Schließzeit gemäß der Erfindung.
R 33a-35a | 10 kOhm | 4,7 kGhm | " 0,068 uF | R 138 | 10 kOhm | /-3,0 VoI |
R 36a | 4 kOhm | Zeitsteuerkondensator | R 150 | 10 kOhm | ||
R 37a | 2 kOhm | c 158 | +5 Volt | R 177 | 2,2 kOhm | 0,027yUF |
R 38a | 1 kOhm | Vorspannung | R 174 | 470 kOhm | ||
R 130 | 100 Ohm | 146 | R 140 | 10 kOhm | ||
R 132 | 2,2 kOhm | R 175 | 10 kOhm | |||
R 177 | 2,2 kOhm | |||||
Zeitsteuerwiderstand | B e zug s sp annung | |||||
R 157 | 131 | |||||
C 169 | ||||||
- Patentansprüche -
609838/0671
Claims (8)
- 26U8755PatentansprücheOrdnung zur Steuerung der Zündzeit einer Brennkraftmaschine, mit einem Zündimpulsgenerator,der mit der Maschine verbunden ist und Ausgangsimpulse erzeugt, welche dazu dienen, die Zündung auszulösen, dadurch g e k e η η ζ eichnet, daß ein Positionsimpulsgenerator vorgesehen ist, welcher mit der Maschine verbunden ist und Ausgangsimpulse mit einer Häufigkeit erzeugt, welche für die Drehzahl der Maschine repräsentativ ist, daß weiterhin eine erste Schaltung (30, 60) vorhanden ist, welche dazu dient, die Positionsimpulse zu verarbeiten und ein Ausgangssignal zn erzeugen, welches für die Maschinenposition repräsentativ ist, wobei die erste Schaltung vor dem Auftreten des ersten Positionsimpulses nach einem Triggerimpuls in den Ausgangszustand zurückstellbar ist, daß weiterhin eine zweite Schaltung (40) vorhanden ist, um die Positionsimpulse zu verarbeiten und ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches für die Drehzahl der Maschine repräsentativ isi:, daß weiterhin ein Komparator (70) vorgesehen ist, um das Ausgangssignal der ersten Schaltung (30, 60) mit dem Ausgangssignal der zweiten Schaltung (4-0) zu vergleichen und in Reaktion auf eine vorgegebene Beziehung zwischen den zwei Ausgangssignalen ein Triggersignal zu erzeugen, und daß weiterhin ein Schalter (50) vorgesehen ist, welcher eine Verweilzeit bzw. Schließzeit in Reaktion auf ein Triggersignal von dem Komparator auslöst und die Zündung (80, 90) in Reaktion auf einen Zündimpuls zündet.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsimpulse eine Zeitdauer haben, welche zu der Drehzahl der Maschine umgekehrt proportional ist, wobei die Positionsimpulse zueinander äquidistant angeordnet sind,609838/0671und daß die Positionsimpulse zwischen den Zündimpulsen synchron derart angeordnet sind, daß der erste Positionsimpuls dazu ausgewählt ist, die maximal zulässige Verweilzeit oder Schließzeit anzugeben, während der letzte Positionsimpuls dazu dient, die minimal zulässige Verweilzeit oder Schließzeit festzulegen.
- 3· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (30, 60) eine Treppenkurven-Signalerzeugungseinrichtung aufweist.
- 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (40) eine Schaltungsanordnung aufweist, welche dazu dient, eine hyperbolische übertragungscharakteristik anzunähern.
- 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Approximierschaltung einen Widerstand (157)» einen Kondensator (158), eine Spannungsquelle (146) und einen Schalter (153) aufweist, wobei das Produkt aus dem Widerstand und der Kapazität einen vorgegebenen Wert hat, wobei die Spannungsquelle einen vorgegebenen Wert hat und wobei der Schalter in Reaktion auf Eingangspositionsimpulse von einem geschlossenen in einen geöffneten Zustand zu bringen ist, daß der Kondensator und der Widerstand in Reihe zwischen den Klemmen der Spannungsquelle angeordnet sind und daß der Schalter parallel zu dem Kondensator angeordnet ist, wodurch das Signal, welches an dem Kondensator erzeugt wird, eine skalierte . hyperbolische übertragung der Positionsimpulse annähert.609838/0671
- 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (70) einen Triggerimpuls erzeugt, wenn das Ausgangssignal der ersten Schaltung (3O5 60) den Maximalwert des Ausgangs der zweiten Schaltung (40) übersteigt.
- 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator eine Impulsdehnschaltung (170) aufweist, um den Positionsimpuls um ein vorgegebenes Intervall zu dehnen, und daß der Schalter (50) eine logische Verknüpfungsschaltung aufweist, welche derart betätigbar ist, daß die Verweilzeit bzw. Schließzeit nur während des gedehnten Intervalls auslösbar ist.
- 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. die vorgegebene Beziehung zwischen dem ersten Ausgang und dem zweiten Ausgang einer vorgegebenen konstanten Verweilzeit bzw. Schließzeit für einen vorgegebenen Bereich der Maschinendrehzahl entspricht, wodurch die Zündspule (80) über einen vorgegebenen Bereich auf einen im wesentlichen konstanten Energiepegel gebracht wird.
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