DE2700677C2 - - Google Patents
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- F02P3/04—Layout of circuits
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach der Gattung des
Hauptanspruchs. Zündanlagen mit Schließwinkelsteuerungsvorrichtungen
sind vielfach bekannt. Bei diesen bekannten Zündanlagen wird zwar
die Schließzeit in Abhängigkeit von der Drehzahl variiert, damit der
Endstufentransistor seinen Regelbereich gerade erreicht, aber mög
lichst nicht in ihm verweilt, jedoch stimmen diese Verhältnisse bei
einer sich verändernden Versorgungsspannung nicht mehr. Ist die
Spannungsquelle z. B. eine Batterie, so muß entweder die Schließzeit
so eingestellt werden, daß bei voller Batteriespannung ein Betrieb
im Regelbereich erfolgt und bei entladener Batterie der Regelbereich
gerade noch erreicht wird, oder aber bei voller Batterie wird der
Regelbereich gerade erreicht und bei entladener Batterie sinkt die
in der Zündspule gespeicherte Energie stark ab. Aus der
DE-OS 24 17 878 ist nunmehr eine Zündanlage bekanntgeworden, bei der
die Schließwinkelsteuerungsvorrichtung ein Zeitglied aufweist, des
sen Standzeit in Abhängigkeit von der Versorgungspannung veränder
bar ist. Zu einer ordnungsgemäßen Funktion der dort gezeigten Zünd
anlage ist jedoch ein zweites Zeitglied erfoderlich, dessen Stand
zeit umgekehrt proportional zur Standzeit des ersten Zeitgliedes
ist, um den Einfluß der Versorgungsspannung auf den Zündzeitpunkt zu
kompensieren. Dies erfordert jedoch eine exakte Abstimmung der
Zeitglieder aufeinander, die auch bei Alterungsvorgängen aufrechter
halten werden muß. Weiterhin ist noch eine Zündanlage gemäß der
DE-OS 26 21 075 bekanntgeworden. Bei der dort gezeigten Zündanlage
geht die Versorgungsspannung zwar ebenfalls in den Schließwinkel
ein, da hier an einem Shuntwiderstand der Stromfluß durch die Zünd
spule gemessen wird und bei zu geringem Stromfluß während eines
Zündvorganges die Standdauer eines Zeitgliedes verlängert wird. Der
Stromfluß wird hierbei durch einen Spannungsabfall an einem Meß
widersand ermittelt, der im Stromkreis zur Zündspule eingeschaltet
ist. Hier muß jedoch in Kauf genommen werden, daß ein Teil der zur
Verfügung stehenden Spannung am Strommeßwiderstand abfällt und daher
nicht für die Zündspule zur Verfügung steht.
Ausgehend von diesem
Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Zündanlage zu
schaffen, deren Zündzeitpunkt exakt vorgegeben ist und es ermög
licht, Versorgungsspannungseinflüsse direkt zu kompensieren. Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs
gelöst.
Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch bei varia
bler Batteriespannung immer eine optimale Schließzeit des Endstufen
transistors erreichbar ist, in dem bei steigender Batteriespannung
die Schließzeit abnimmt und bei sinkender Batteriespannung zunimmt.
Vorteilhaft ist hierbei, daß der Zündzeitpunkt durch Batteriespan
nungsänderungen nicht beeinflußt wird und weitere Bauteile, die die
Zündenergie für die Zündspule vermindern können, nicht notwendig
sind.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Zündanlage möglich. Vorteilhaft ist es insbesondere, ein
weiteres Zeitglied zur Vorgabe einer minimalen Offenzeit vorzusehen,
so daß auch bei sehr niedrigen Betriebsspannungen nicht unzulässig
lange Schließzeiten auftreten. Bei analogen Zündanlagen ist es vor
teilhaft, als Zeitglied eine von einem Winkelmarkengeber gesteuerte
Lade-/Entladestromquelle für einen Kondensator in Verbindung mit
einem Komparator vorzusehen, der die Kondensatorspannung mit einem
Schwellwert vergleicht und dessen Ausgangssignal zum Schließen des
elektrischen Schalters diesem zuführbar ist. Eine vorteilhafte al
ternative Möglichkeit ist es, die Vergleichsspannung des Komparators
versorgungsspannungsabhängig zu ändern. Durch beide Maßnahmen läßt
sich auf besonders einfache Art und Weise der Schließwinkel ver
stellen, ohne daß der Zündzeitpunkt beeinflußt wird.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich
nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein erstes Ausführungs
beispiel der Erfindung,
Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Er
läuterung der Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 3 ein Funktionsdiagramm Schließwinkelverhältnis/Dreh
zahl,
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
und
Fig. 5 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungs
weise des zweiten Ausführungsbeispiels.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
ein vorzugsweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine
verbundener Geber 10 mit einer vorzugsweise als Schmitt-Trigger
ausgebildeten Impulsformerstufe 11 verbunden. Der Geber 10
ist in der Darstellung als induktiver Geber ausgebildet,
jedoch ist z. B. auch eine Ausführung als Unterbrecherkontakt
oder als Hall-Geber möglich. Der mit einer Klemme 12 verbun
dene Ausgang der Impulsformerstufe 11 ist über ein ODER-Gatter
13 und weiterhin über ein UND-Gatter 14 mit einer Klemme
15 verbunden, die die Eingangsklemme für eine an sich bekannte
Zündungsendstufe 16 darstellt. Dabei ist die Klemme 15 mit
dem Steuereingang eines elektrischen Schalters 160 verbunden,
der vorzugsweise als steuerbarer Halbleiterschalter, insbe
sondere als Transistor, ausgebildet ist. Eine mit dem posi
tiven Pol einer Versorgungsspannung verbundene Klemme 161
ist über die Primärwicklung einer Zündspule 162 und die
Schaltstrecke des elektrischen Schalters 160 an Masse an
geschlossen. Der Verknüpfungspunkt zwischen der Schaltstrecke
des elektrischen Schalters 160 und der Primärwicklung der
Zündspule 162 ist über die Sekundärwicklung dieser Zünd
spule 162 mit einer Zündstrecke 163 verbunden, deren zweiter
Anschluß an Masse liegt. Die Zündstrecke 163 ist bei einer
Brennkraftmaschine üblicherweise als Zündkerze ausgebildet.
Bei mehreren Zündkerzen kann in bekannter Weise ein Hoch
spannungsverteiler vorgesehen sein.
Die Klemme 12 ist über eine erste Stromquelle 17 und
über einen Kondensator 18 an Masse angeschlossen. Die die
positive Versorgungsspannung führende Klemme 161 ist an
einem Steuereingang der Stromquelle 17 angeschlossen zur
Veränderung des gelieferten Stroms in Abhängigkeit von der
anliegenden Versorgungsspannung. Eine solche Stromquelle
kann in bekannter Weise z. B. dadurch realisiert sein, daß
ein Transistor über einen Spannungsteiler durch die Ver
sorgungsspannung angesteuert wird. Der Verknüpfungspunkt
zwischen der ersten Stromquelle 17 und dem Kondensator 18
ist über einen Komparator 20 an einen zweiten Eingang des
ODER-Gatters 13 angeschlossen. Parallel zum Kondensator 18
ist eine zweite Stromquelle 19 als Entladestromquelle ge
schaltet. Die Auslösung des Entladevorgangs erfolgt über
die Klemme 12. Eine stabilisierte Spannungsquelle 21 ist
über einen aus zwei Widerständen 22, 23 bestehenden Span
nungsteiler an Masse angeschlossen. Der Verknüpfungspunkt
der beiden Widerstände 22, 23 ist an den Vergleichseingang
des Komparators 20 angeschlossen. Der Widerstand 23 ist
als verstellbarer Widerstand zur Einstellung des Vergleichs
werts am Komparator 20 ausgebildet.
Die Klemme 12 ist weiterhin über eine monostabile Schalt
stufe mit einem zweiten Eingang des UND-Gatters 14 verbun
den. Die die Versorgungsspannung führende Klemme 161 ist mit
einem Steuereingang zur Veränderung der Standzeit der mono
stabilen Schaltstufe in Abhängigkeit von der Versorgungs
spannung verbunden. Solche einstellbaren monostabilen
Schaltstufen sind an sich bekannt und können z. B. dadurch
realisiert sein, daß zur Aufladung des Kondensators in der
monostabilen Schaltstufe eine spannungsgesteuerte Strom
quelle geschaltet ist. Eine weitere Möglichkeit besteht
z. B. darin, die Versorgungsspannung über einen aus zwei
Widerständen bestehenden Spannungsteiler so anzukoppeln,
daß die geteilte Spannung das Emitterpotential des Schalt
schwellentransistors der monostabilen Schaltstufe darstellt.
Um einen Ruhestrom zu vermeiden ist die stabilisierte Spannungsquelle
21 weiterhin über einen Ladewiderstand 25 und
einen zweiten Kondensator 26 mit Masse verbunden. Parallel
zum Kondensator 26 ist die Schaltstrecke eines Entlade
transistors 27 geschaltet, dessen Steuereingang über ein
Differenzierglied 28 an die Klemme 12 angeschlossen ist.
Der Verknüpfungspunkt zwischen dem Ladewiderstand 25 und
dem Kondensator 26 ist über eine vorzugsweise als Z-Diode
ausgebildete Schwellwertstufe 29 mit dem Steuereingang
eines weiteren Transistors 30 verbunden, dessen Schalt
strecke die Klemme 15 mit Masse verbindet.
Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel soll
im folgenden unter Zuhilfenahme der Fig. 2 und 3 erläutert
werden. Ein Signal des Gebers 10 wird in der Impulsformer
stufe 11 in ein Rechtecksignal A umgewandelt. Durch die
Rotorgeometrie des Gebers kann z. B. ein Tastverhältnis von
40% eingestellt werden. Durch ein solches Signal A wird
die erste Stromquelle 17 eingeschaltet und die zweite Strom
quelle 19 gesperrt. Dadurch lädt sich der Kondensator 18
entsprechend dem Signalverlauf B auf. Mit dem Signalende
eines Signals A wird die erste Stromquelle 17 gesperrt und
die Entladestromquelle 19 eingeschaltet. Der Kondensator
18 entlädt sich. Durch den Spannungsteiler 22, 23 wird am
Komparator 20 ein Schwellwert Us eingestellt. Ist der Schwell
wert Us durch die Kondensatorspannung des Kondensators 18
unterschritten, so gibt der Komparator 20 ein Signal C ab.
Dieses Signal C summiert sich durch das ODER-Gatter 13 mit
dem Signal A, wodurch am Ausgang des ODER-Gatters 13 das
Signal D anliegt. Durch die Abfallflanke des Signals A
wird die monostabile Schaltstufe 24 ausgelöst, wodurch für
die Dauer ihrer Standzeit an ihrem Ausgang das Signal E
verschwindet. Dadurch ergibt sich an der Klemme 15 der
Signalverlauf F. Dieses Signal F dient zur Ansteuerung,
gegebenenfalls über Treiberstufen, des Endstufentransistors
160 und gibt dessen Schließzeit vor. Während dieser Schließ
zeit baut sich ein Strom in der Primärwicklung der Zünd
spule 162 auf, wodurch am Ende der Schließzeit ein Zünd
funke an der Zündstrecke 163 ausgelöst wird. Die Schließ
zeit ist dabei so eingestellt, daß der Strom gerade seine
Sättigung erreicht, jedoch nicht im Sättigungsbereich ver
weilt, um eine möglichst geringe Verlustleistung und eine
Schonung der beteiligten Bauelemente zu erreichen.
Bei niedrigen Drehzahlen wird die Schwellspannung Us durch
die Kondensatorspannung des Kondensators 18 für eine lange
Zeit überschritten, so daß das Signal F im wesentlichen
dem Signal A entspricht. Das Tastverhältnis Schließwinkel/
Offenzeit bleibt ungefähr konstant. Bei steigender Dreh
zahl wird der Schwellwert Us für eine immer kürzere Zeit
überschritten, da die Lade- und Entladezeit des Kondensators
18 immer geringer wird. Mit steigender Drehzahl nimmt somit
das prozentuale Schließwinkelverhältnis zu, wie es in Fig. 3
dargestellt ist. Dieser Anstieg dauert solange, bis die
durch die monostabile Schaltstufe 24 eingestellte Offen
zeit erreicht ist, d. h. bis das Signal D länger wird als
das Signal E. In diesem Falle stimmt das Signal F nicht mehr
mit dem Signal B sondern nunmehr mit dem Signal E überein.
Das prozentuale Schließwinkelverhälntis ändert sich mit
steigender Drehzahl n nicht mehr.
Durch die Steuerung der Stromquelle 17, sowie der monostabilen
Schaltstufe 24 durch die Versorgungsspannung wird die in Fig. 3
dargetellte Kurve bei sinkender Versorgungspannung angehoben.
Die Kurve U 1 zeigt die Verhältnisse bei höherer und die Kurve
U 2 die Verhältnisse bei geringerer Versorgungsspannung. Die
Anhebung des waagerechten Teils der Kurve ist dabei durch die
spannungsabhängige Steuerung (höhere Spannung → längere Stand
zeit) der monostabilen Schaltstufe 24 vorgegeben und die
Anhebung des ansteigenden Teils der Kurve durch die spannungs
abhängige Steuerung (höhere Spannung → höherer Strom) der
Stromquelle 17.
Statt der spannungsabhängigen Steuerung der Stromquelle 17
ist prinzipiell auch eine spannungsabhängige Steuerung der
Stromquelle 19 oder aber eine spannungsabhängige Steuerung
beider Stromquellen 17, 19 möglich. Weiterhin kann, wie in
den Fig. 4 und 5 noch näher erläutert wird, auch der Span
nungsteiler 22, 23 mit der Versorgungsspannung beaufschlagt
werden, um eine spannungsabhängige Verschiebung des Schwell
werts zu erreichen.
Das in Fig. 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ist
ähnlich aufgebaut. Bereits beschriebene Bauteile tragen die
selben Bezugszeichen. Die Ladestromquelle 17 für den Konden
sator 18 ist als Widerstand ausgebildet und somit nicht
steuerbar. Die Entladestromquelle 19 ist parallel zur Lade
stromquelle 17 geschaltet und besteht ebenfalls aus einem
Widerstand 190, sowie einer Entkopplungsdiode 191. Der
Spannungsteiler 22, 23 ist an die die Versorgungsspannung
führene Klemme 161 angeschlossen. Die Klemme 12 ist über
einen Inverter 21 an einen Eingang eines NOR-Gatters 32
angeschlossen, dessen Ausgang mit einer Klemme 33 verbunden
ist. Soll das an der Klemme 33 anliegende Signal die Schließ
zeit des Transistors 160 vorgeben, so muß die Klemme 33 mit
der Klemme 15 verbunden sein. Soll dagegen eine minimale
Offenzeit gemäß Fig. 1 zusätzlich vorgesehen werden, so ist
die Klemme 33 anstelle des Ausgangs des ODER-Gatters 13
an einen Eingang des UND-Gatters 14 anzuschließen. Der
Ausgang des Komparators 20 ist an einen zweiten Eingang
des NOR-Gatters 32 angeschlossen. Zwischen den Ausgang
und den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 20
ist ein Mitkopplungswiderstand 34 zur Einstellung der
Hysterese des Komparators geschaltet. Parallel zum Wider
stand 23 ist ein Entstörkondensator 35 geschaltet. Dieser
Entstörkondensator greift in die Mitkopplung ein und re
duziert durch dieses Zusammenwirken vorteilhaft Störungen.
Die Wirkungsweise des in Fig. 4 dargestellten zweiten
Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand des in
Fig. 5 dargestellten Signaldiagramms erläutert werden.
Die Erzeugung der Signale A, B, C erfolgen analog dem
ersten Ausführungsbeispiel. Soll die Ladung und Entladung
des Kondensators 18 symmetrisch erfolgen, so kann die
zweite Stromquelle 19 entfallen und der Kondensator 18
entlädt sich ausschließlich über den Widerstand 17. Zweck
mäßigerweise wird jedoch der Entladevorgang beschleunigt
ausgelegt, um bei hohen Drehzahlen keine Schwierigkeiten
zu bekommen. Das Signal G ist das invertierte Signal A.
Im NOR-Gatter 32 werden die Signale C und G zum Signal H
verknüpft, d. h. vom Signal A wird der überlappende Teil
des Signals C abgezogen. Die prozentuale Signallänge des
Signals A muß für dieses Ausführungsbeispiel größer ausge
legt werden. Eine Absenkung der Versorgungsspannung bewirkt
eine Absenkung des Schwellwertes Us, wodurch das Signal C
verkürzt wird. Eine Verkürzung des Signals C bewirkt wiederum
eine Verlängerung eines Signals H. Dies führt entsprechend
dem esten Ausführungsbeispiel zu einer Anhebung der pro
zentualen Schließzeit bei sinkender Versorgungsspannung.
Unter Wegfall des Inverters 31 und des NOR-Gatters 32
kann der Ausgang des Komparators 20 direkt mit der Klemme
33 verbunden werden, wenn die durch die Entladestromquelle
19 festgelegte Zeitkonstante hinreichend klein gemacht
wird, d. h. der Entladevorgang hinreichend schnell erfolgt.
In diesem Fall ist das Signalende des Signals A nahezu
identisch mit dem Signalbeginn des Signals C. Wird nun der
invertierende und der nichtinvertierende Eingang des Kompara
tors 20 vertauscht, so ist das Signal C nahezu identisch
mit dem Signal H.
Die beschriebenen Schaltungen können auch lediglich zur
Korrektur einer aufwendigeren, insbesondere digitalen,
Schließwinkelsteuerungsvorrichtung vorgesehen sein. In
diesem Falle wird die Klemme 12 nicht mit dem Geber 10
sondern mit dem Ausgang einer solchen Schließwinkelsteue
rungsvorrichtung verbunden.
Claims (6)
1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einer Zündspule, in deren
Primärstromkreis ein elektronischer Schalter und in deren Sekundär
stromkreis wenigstens eine Zündstrecke geschaltet ist, und mit einer
mit einem Winkelmarkengeber verbundenen Schließwinkelsteuerungsvor
richtung für den elektrischen Schalter, durch den die Schließzeit
des elektrischen Schalters beeinflußbar ist, und mit Schalteinrich
tungen zur Beeinflussung der Schließwinkelsteuervorrichtung durch
die Versorgungsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltein
richtungen (10 bis 17) zur Beeinflussung der Schließwinkelsteuervor
richtung durch die Versorgungsspannung als Zeitglied ausgebildet
sind, wobei das Zeitglied das Signal der Schließwinkelsteuervorrich
tung bei einer steigenden Vesorgungsspannung durch differenzbilden
de Überlagerung verkürzt und bei einer sinkenden Versorgungsspan
nung durch additive Überlagerung verlängert.
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schließwinkelsteuervorrichtung ein weiteres Zeitglied (24) zur Vor
gabe einer minimalen Offenzeit aufweist.
3. Zündanlage nach einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen (10 bis 17) zur Beein
flussung der Schließwinkelsteuervorrichtung durch die Versorgungs
spannung einen Kondensator (18) umfassen, der durch eine von der
Versorgungsspannung steuerbaren Lade- und/oder Entladestromquelle
(17, 19) be- und entladbar ist und daß dem Kondensator (18) ein Kom
parator (20) nachgeschaltet ist.
4. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schalteinrichtungen zur Beeinflussung der Schließ
winkelsteuervorrichtung durch die Versorgungsspannung einen Konden
sator (18) umfassen, der durch eine Lade- und Entladestromquelle
(17, 19) be- und entladbar ist und daß dem Kondensator (18) ein Kom
parator (20) nachgeschaltet ist, dessen Schwellwert in Abhängigkeit
von der Versorgungsspannung änderbar ist.
5. Zündanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schwellwert für den Komparator (20) durch einen an die Versorgungs
spannung angelegten Spannungsteiler bestimmt ist.
6. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Ruhestromabschaltvorrichtung (25 bis 30) vor
gesehen ist.
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