DE2653627C2 - Verbrennungsmotor-Zündanalysator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor-Zündanalysator der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Bei derartigen Analysatoren wird beim Leistungssymmetrier- bzw. -ausgleichstest infolge des zur Unterdrückung der Zündung eingestellten Kurzschlusses die Energie der Zündspule nicht über die Zündkerze entladen, und es muß Sorge dafür getragen werden, daß durch die während des Kurzschlusses freiwerdende Energie keine Beschädigung des Zündsystems oder des Analysators erfolgen kann.

Bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung, wie diese in der DE-AS 19 30 975 beschrieben ist, wird die Energie in einem Widerstand vernichtet, der in Reihe mit einem Thyristor steht, der in bestimmter Weise gesteuert wird, um den Spulenstrom auf einem relativ konstanten Wert zu halten. Dennoch bleibt bei der bekannten Vorrichtung noch eine nicht unerhebliche Energiemenge im Magnetfeld der Spule gespeichert, wodurch der Zündzustand aufrechterhalten bleibt und Beschädigungen mit Sicherheit nicht zu vermeiden sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Analysator die Anordnung derart zu treffen, daß die gesamte Energie abgeführt und die Sekundärspannung der Zündspule für eine Zün dung und Aufrechterhaltung des Zündungszustandes zu niedrig wird.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die Erfindung wird eine langsame Entladung der in der Primärwicklung der Zündspule gespeicherten Energie gewährleistet, was mit Sicherheit eine Beschädigung des elektronischen Zündsystems verhindert.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfin-

dung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines elektronischen Zündsystems mit Analysator und diesem vorgeschalteter Span nungsklemmschaltung;

Fig.2 eine perspektivische auseinandergezogene Darstellung des Zündverteilers und des auf ihn aufsetzbaren sekundären Meßfühlerteils;

Fig. 3A und 3B graphische Darstellungen, welche die Primärkreisanzeige für einen einzelnen bestimmten Zylinder unter normalen Betriebsbedingungen sowie die gleiche Anzeige während der Durchführung eines Leistungssymmetrier- bzw. -ausgleichstests veranschaulichen.

Fig. 1 zeigt ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes elektronisches Zündsystem mit einem Verteiler 12 mit den Zündkerzenkabeln 14,16,18 und 20 zu den Zündkerzen

von Molorzylindern Nr. 1. 2, 3 bzw. 4 eines Verbrennungsmotors, . beispielsweise eines Kraftfahrzeugmotors.

In dem Verteiler 12 befindet sich ein Rotor 22 zur Verteilung der am sekundärseitigen Hochspannungsanschlu3 24 der Zündspule 26 anliegenden Energie. Die Primärseite der Zündspule 26 ist über eine Batterieleitung 28 mit der Batterie des Motors verbunden. Der gemeinsame Anschluß der Zündspule 26 ist mit dem Kollektor eines Schalttransistors 30 verbunden, der über einen Emitterwiderstand 32 an Masse liegt. Die Basis des Transistors 30 wird durch eine Schaltung 34 derart gesteuert, daß der Transistor 30 nicht-leitend gemacht wird, wenn die Zündspule 26 bewirken soll, daß die Zündkerze eine Ionisierung einleitet Die Schaltung 34 weist einen magnetischen oder optischen Geber 36 auf, der auf Markierungen 38 auf einer rotierenden Nokkenwelle 40 anspricht und die Betätigung des Schalttransistors 30 mit dem Umlauf des Rotors 22 synchronisiert

Das elektronische Zündsystem 10 ist, bis auf die Zündkerzenkabel 14, 16, 18 und 20, in einen": Gehäuse untergebracht, dessen Zugänglichkeit auf ein Dreileiterkabel beschränkt ist, welches eine Masseleitung, die Batteriezuleitung 28 und eine Tachometerleitung 25 enthält, die mit dem gemeinsamen Punkt der Zündspule 26 und damit mit dem Kollektor des Transistors 30 verbunden ist. Die Leitung 25 ist mit einem nicht dargestellten Tachometeranzeigesystem des Motors verbunden, das zur Anzeige der Motordrehzahl dient. Der sekundärseitige Hochspannungsanschluß 24 der Zündspule ist in dem Gehäuse eingeschlossen und daher nicht in einfacher Weise zur Verbindung mit einem Zündanalysator zugänglich.

Der Tachometer-Ausgangsanschluß 25 ist über eine Klemmschaltung 80 mit einem Zündanalysator 42 verbindbar, der ein Oszilloskop 44, ein Tachometer 46 und ein Leistungsabgleichteil 48 aufweist.

Der Tachometerteil 46 weist einen monostabilen Multivibrator 50 auf, welchem als Eingangsgröße das im Zylinder Nr. 1 erzeugte Zündsignal, das von einer Sonde 52 abgenommen wird, zugeführt wird. Die Ausgangsgröße des monostabilen Multivibrators 50 wird in einem Kondensator 54 integriert. Die dem Kondensator 54 aufgeprägte Spannung gibt daher die Drehzahl des Verbrennungsmotors wieder und wird an einem Meßgerät 56 als Tachometerablesung angezeigt.

Das Oszilloskop 44 weist einen Bildschirm 58 sowie eine Signalverarbeitungsschaltung 60 auf, welchen als Eingangsgröße die von d*T Sonde 52 des Zylinders Nr. 1 festgestellten Signale zugeführt werden, des weiteren die im Sekundärkreis gebildeten, von einer Sekundärsonde 62 festgestellten Signale, sowie die im Primärkreis gebildeten, von einer Primärsonde 64 festgestellten Signale.

Der Leistungsausgleichsteil 48 des Analysator 42 weist einen Zähler 66 auf, welchem als Zähleingang die Zündsignale im Sekundärkreis des Zündsystems zugeführt sind, derart, daß bei jeder Zündung eines Zylinders eine Zählung im Zähler 66 erfolgt Der Zähler 66, weist falls ein Vierzylindermotor getestet wird, vier Ausgangszustände auf. Als Rücksetzeingangsgröße werden dem Zähler 66 die einem bestimmten Zylinder, der Einfachheit halber als Zylinder Nr. 1 bezeichnet, aufgeprägten Signale zugeiuh-t, derart, daß jeder dieser vier Ausgangszustände einem bestimmten Zylinder zugeordnet werden kann. Diese Amgangszustände sind mit einem Wählschalter 68 verbunden, mittels welchem der Benutzer des Zündanalysators einen der Zylinder auswählet^ kann, indem er einen der entsprechenden Ausgangszustände des Zählers 66 auswählt Der betreffende jewefis ausgewählte Ausgangszustand wird über einen Leistungsausgleichschaiter 70, falls dieser betätigt ist, dem Steuereingang einer KurzschlußschaUung 72 zugeführt Diese Kurzschlußschaltung 72 ist über die Primärsonde 64 mit der Primärseite des Zündsystems verbunden. Die Kurzschlußschaltung 72 weist einen Transistor 73 und eine Hochspannungsdiode 74 auf. Nach Betätigung des Leistungsausgleichsschalters 70 schließt die Schaltung 72 die Motorkontakte (»Unterbrecherkontakte«) während der normalen Zündzeit des mit dem Schalter 68 jeweils ausgewählten Zylinders kurz. In der Nichtbetätigungsstellung des Schalters 70 werden alle Zylinder normal betrieben.

Dem Analysator 42 ist ein Adapter 76 mit einem Sekundärmeßfühlerteil 78 und einer Spaniiungsklemmschaltung 80 vorgeschaltet

Die Spannungsklemmschaltung 80 weist eine Zenerdiode 82 und einen Leistungstrans^rior 84 mit einem Widerstand 86 auf. Die Klemmschaltung 80 liegt zwischen der Leistungsausgleichleitung 88 und der Tachometerleitung 25. Daher wird bei Betätigung des Leistungsausgleichsschalters 70 durch den mittels des Schalten 68 ausgewählten Ausgangszustand des Zählers 66 die Kurzschlußschaltung 72 veranlaßt den Unterbrecherkontaktmeßfühler 64 und damit die Klemmschaltung 80 an Masse zu legen. Hierdurch wird die Tachometerleitung 25 während der normalen Zünddauer des ausgewählten Zylinders auf die durch die Zenerdiode 82 definierte Schaltung festgelegt

Für Wiedergabezwecke kann, wenn gerade kein Leistungsausgleichstest durchgeführt wird, die Primärsonde 64 mit einer Primärleitung 90 verbunden werden, wodurch die Tachometerleitung 25 mit der Signalverarbeitungsschaltung 60 verbunden wird. Die Umschaltung zwischen den Leitungen 88 und 90 kanri entweder durch einen Schalter oder durch Anschluß der Sonde 6* an die Leitung 88 bzw. die Leitung 90 erfolgen.

'·": einem komplexen Kraftfahrzeug-Zündanalysator etwa der durch den Analysator 42 in F i g. 1 wiedergegebenen Art sind die von den Meßfühlern aufgenommenen Signale kritisch. Noch bedeutsamer ist, daß in den komplexen Schaltungen in dem Analysator die Signale zur Durchführung bestimmter Aufgaben, wie etwa des oben beschriebenen Leistungsausgleichstests, verwendet werden, wobei eine Zeitgabe auf den Bruchteil einer Sekunde kritisch ist. Infolge begrenzter Abmessungen und des Fehlens eines Abschirmgehäuses, wie es in einer herkömmlichen Kraftfahrzeugzündspule verwendet wird, erzeugt die Zündspule eines HEI-Zündsyste:ns drei voneinander verschiedene Magnetfelder. Außerdem erzeugen die übrigen Teile des Zünd- und elektronischen Systems, wie etwa die Leitungen zu den Zündkerzen usw., Magnetfelder. Eines dieser vorstehend genannten Magnetfelder besteht um die Drähte der Primärwicklung herum. Ein zweites (und zwar das Haupt-) Magnetfeld besttin parallel zum Kern — ausgehend vom einen Stirnende des Kerns und in das andere Stirnende eintretend. Das dritte, auch als Quadraturfeld bezeichnete Magnetfeld ist senkrecht zu dem zweiten Feld gerichtet, d. h. es tritt an der Oberseite aus und an der Seite ein (bezogen auf die Anordnung in einem HEl-Verteiler). Im Unterschied zu den ersten beiden Feldern, bei welchen der Magnetfluß außer Phase mit dem Strom in dem untersuchten Zündsystem sein kann, besitzt das Quadraturfeld die besonders wünschenswerte

Eigenschaft, daß es in Phase mit dem Strom ist. D;i ferner das Quadraturfeld senkrecht zu dem magnetischen Hauptfeld (d. h. dem oben erwähnten /weiten Feld) gerichtet ist und in einem 90°-Quadranten verläuft, eignet es sich seiner Lage nach gut zum Nachweis und zur Messung, ohne größere Störung durch die anderen in dem allgemeinen Bereich vorliegenden Magnetfelder.

Der Sekundär-Meßfühlertcil 78 weist einen L-förmigen Elektromagnetkern solcher Größe auf, daß er in Paßsitz gegen den Umfang des Gehäuses für die Zündspule 26 innerhalb deren Quadraturfeld zu liegen kommt. Ein L-förmiger Querschnitt wurde gewählt, um eine möglichst große magnetische Flußkopplung für den Meßfühler zu erreichen. Falls zweckmäßiger, kann die Form des Kerns auch halbkreisförmig sein. Wegen der konstruktiven Ausbildung der Gehäuse wird jedoch ein L-förmiger Kern im Quadraturfeld der Zündspule vorgezogen; er liefert ein besseres Signal unter gleichzeitiger Unterdrückung äußerer, von anderen Magnetfeldern des Motors her induzierter Spannungen, als dies mit einem geradlinigen Kern im direkten Flußweg möglich wäre. Ein Schenkel des L- Kerns ist mit einer Geberwicklung bewickelt. Die konstruktive Ausbildung der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen ist am besten aus F i g. 2 ersichtlich.

Fig.2 zeigt in perspektivischer und auseinandergezogener Darstellung ein elektronisches Zündsystem 10 und einen Adapter 76. Der Adapter 76 weist ein Gehäuse 100 auf, das in der Zeichnung teilweise aufgeschnitten ist. um den Sekundär-Meßfühlerteil 78 mit dem L-Kern 102 und der Wicklung 104 sichtbar zu machen. Das eine Ende der Wicklung 104 ist mit dem einen Anschluß einer Koaxialbuchse 106 verbunden, an welchen die Sekundärsonde 62 des Analysators 42 angeschlossen ist; das andere Ende der Wicklung 104 ist mit dem anderen Anschluß der Koaxiaibuchse iö6 verbunden, die ihrerseits an Masse liegt. Ebenfalls in dem Gehäuse 100 ist eine Platine 108 untergebracht, welche die elektronischen Bauteile der Klemmschaltung 80 trägt. Bei 90 und 88 sind die Anschlüsse für die oben beschriebene Primärleitung und die Leistungssymmetrier- bzw. -ausgleichleitung vorgesehen: diese Anschlüsse sind mit der Schaltung auf der Schaltungsplatte 108 verbunden. Ebenfalls mit der Schaltung verbunden ist die Tachometerleitung 25, die mit einem Tachometereingang eines Verbindungsgliedes 112 verbunden sein kann.

Das elektronische Zündsystem 10 weist ein Rotorbasisteil 114 auf, in bzw. an welchem der Rotor 22 und eine elektronische Schaltung 116 angeordnet ist, weiche den Schalttransistor 30 und die zugehörige Schaltung, wie in F i g. 1 dargestellt, enthält Mit dieser Schaltung ist ein Kabel 118 verbunden, das in dem Verbindungsglied 112 endet Auf dem Gehäuse 114 ist eine Verteilerkappe 120 angeordnet mit welcher die Zündkerzenleitungen 14, 16,18 und 20 verbunden sind.

Die Zündspule 26 ist in einer Ausnehmung in der Oberseite der Verteilerkappe 120 untergebracht und von einem Verteilerdeckel 124 abgedeckt der die übrigen Teile des Zündsystems gegen die Umgebung ab- ω schließt Der Deckel 124 weist ein Formteil 126 auf, das um die Zündspule 26 paßt Im zusammengebauten Zustand verläuft das Quadraturfeld in der durch Pfeile 127 angedeuteten Richtung.

Das Gehäuse 100 ist so ausgebildet, daß es in der Weise auf dem Deckel 124 angebracht werden kann, daß der L-Magnetkern 102 die Zündspule 26 teilweise umeibt Der Kern 102 unterbricht daher die Flußlinien

des Quadraturfeldes 127 der Zündspule 26. wodurch ein maximales Nui/.signal erzeugt wird, bei gleichzeitiger gcringstmöglicher Ansprechempfindlichkc'u gegenüber anderweitigen Magnetfeldern.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtungen unter Bezugnahme auf die Fig. 3Λ und 3B beschrieben. Fig. 3A ist eine graphische Darstellung des im Primärkreis des Zündsystems cr/eugten Signals wie es von der mit der Leitung 90 verbundenen Meßsonde 64 festgestellt und auf dem Bildschirm des Os/illoskops dargestellt wird. Zum Zeitpunkt 7|i wird der Schalttransistor 30 durch die Schaltung 34 nicht-leitend gemacht, wodurch die Zündspule 26 ihre Energie über den Verteilerfinger oder -rotor 22 in die entsprechende Zündkerze entlädt. Dies hat eine Spannungsspitze von 300 bis 400 V in der Primärschaltung zur Folge, wie in F i g. 3A veranschaulicht. Im Zeitpunkt T, am Ende dieses anfänglichen Nadelimpulses fällt die Spannung über der Zündkerzcnfunkenstrecke auf einen Punkt ab, bei welchem der Primärschaltung etwa 20 V aufgeprägt werden, d. h. auf den Pegel, bei welchem die Ionisation aufrechterhalten wird. Im Zeitpunkt Tj reicht die Energie nicht mehr zur Aufrechterhaltung der Ionisation aus und die Spannung im Primärkreis sinkt auf die Batteriespannung von etwa 12 V ab. Im Zei-.punkt 7j sinkt die Spannung auf etwa Null ab, nachdem der Transistor 30 wieder zu leiten begonnen hat.

Für einen Leistungssymmetrier- bzw. -ausgleichstest jo an dem in F i g. 3A dargestellten Zylinder würde man die Sonde 64 mit der Leitung 88 verbinden. Am Oszilloskop 58 würde dann eine Spannungsanzeige gemäß F i g. 3B erscheinen. Statt die Leitung 25 an Masse zu legen, wird durch die Klemmschaltung 80 die Spannung im gemeinsamen Knotenpunkt der Zündspule auf 15 V festgeklemmt, was ausreicht, damit die Spule 26 sich durch die Klemmschaltung 80 und die Kurzschiuüschaitung 72 entladen kann, was jedoch nicht für eine Ionisation der Gase im Motorzylinder ausreicht. Auf diese Weise kann an einem elektronischen Zündsystem ein Leistungssymmetrier- bzw. -ausgleichstest vorgenommen werden, ohne daß das elektronische Zündsystem dabei !Schaden nimmt.

Die Spannungsklemmschaltung braucht nicht notwendigerweise im Adapter untergebracht zu sein, sondern könnte einen Teil des Zündanalysators bilden, mit entsprechender Umschaltung, falls der Analysator in Verbindung mit älteren Zündsystemen mit mechanischer Unterbrechung bzw. mit den neueren elektronisehen Zündsystemen verwendet werden soll.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

65

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verbrennungsmotor-Zündanalysator zur Verwendung beim Leistungssymmetrie- bzw. -ausgleichstest eines Verbrennungsmotors mit einem elektronischen Zündsystem mit einem Tachometer-Primär-Ausgangsanschluß, wobei der Analysator eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Impulses in zeitlicher Beziehung zur Zündung eines ausgewählten Motorzylinders sowie eine Kurzschlußschaltung der Art aufweist, die gewöhnlich über den (Unterbrecher-)Kontakten eines herkömmlichen Zündsystems liegt und während des Impulses zur Sperrung des Zündsystems betätigt wird, um eine Zündung des ausgewählten Zylinders zu verhindern, gekennzeichnet durch eine Spannungsklemmschaltung (80) zur Begrenzung der Spannung zwischen dem Tachometer-/Primär-Ausgangsanschluß (25) und der Ktitzschlußschaltung (72) auf einen vorgegebenen Pegel, der über dem Spannungspege! der Motorbatterie (28) und unter dem für eine Ionisation der Gase in dem ausgewählten Zylinder erforderlichen Pegel liegt sowie durch Schaltmittel zum Anschluß der Spannungsklemmschaltung (80) in Reihenschaltung zwischen dem Tachometer-ZPrimär-Ausgangsanschluß (25) und der Kurzschlußschaltung (72) derart, daß während der normalen Zündperiode des jeweils ausgewählten Zylinders die Spannung an dem Tachometer-ZPrimär-Ausgangsanschluß (25) f.'f dem fixierten vorgegebenen Pegel gehalten wird.

2. Gerät r>ach Anspruch I, üadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Spannungspegel etwa 15 Volt beträgt.

3. Gerät nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsklemmschaltung (80) eine Reihenschaltung aus einer Zenerdiode (82) und einem Widerstand (86) zwischen dem Tachometer-/Primär-Ausgangsanschluß (25) und der Kurzschlußschaltung (72) aufweist sowie einen Leistungstransistor (84), der mit seinen Eingangs- und Ausgangselektroden in Parallelschaltung zum Reihenschaltungsglied aus der Zenerdiode (82) und dem Widerstand (86) geschaltet ist und dessen Steuerelektrode mit dem Knotenpunkt zwischen der Zenerdiode (82) und dem Widerstand (86) verbunden ist.

4. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Sekundärmeßfühlerteil (78) mit einer mit dem Analysator zum Nachweis von Zündsignalen des Zündsystems verbundenen Wicklung (104, F i g. 2) auf einem Magnetkern (102) in solcher Anordnung, daß der Magnetkern (102) im Quadraturfeld (127) der Zündspule (26) liegt, derart, daß das Quadraturfeld die induktive Primärquelle für die Erzeugung eines Meßsignals in der Wicklung darstellt.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung des Kerns (102) so gewählt ist, daß sich eine maximale Magnetflußkupplung zwischen der Zündspule (26) und dem Kern (102) durch das verfügbare Quadraturfeld ergibt, derart, daß das von dem Quadraturfeld induzierte Signal einen möglichst großen Betrag, von anderweitigen Magnetfeldern des Motors induzierte Spannungen jedoch einen möglichst kleinen Betrag erhalten.

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsvorrichtung für den die

mit dem Quadraturfluß (127) der Zündspule (26) verkettete Wicklung (104) tragenden Kern (102). ein Gehäuse (JOO) sowie Vorrichtungen zur Befestigung dieses Gehäuses an dem Verteiler (10,124) aufweist, derart, daß der Magnetkern (102) eng benachbart im Quadraturfeld (127) der Zündspule (26) gehalten ist. derart, daß das durch das Quadraturfeld induzierte Nutzsignal einen möglichst großen, durch anderweitige Magnetfelder des Motors induzierte Spannungen jedoch einen möglichst geringen Wert erhalten.