DE2712682C2 - Optoelektrische Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

umgekehrt, so daß ein Funke während des gesättigten Zustandes des Phototransistors (22,23) auftritt.

7. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Widerstand (3) der Phototransistor (2) und die erste lichtaussendende Diode (1) in gegenseitiger optischer Kopplung zu einem bügeiförmigen Ganzen (5) zusammengebaut sind, zwischen deren Schenkeln sich eine scheibenförmige Platte (4) dreht, die mit Fenstern (6) versehen ist, wobei der erste Widerstand (9) in einem Modul eingebaut ist, der eine Steuerschaltung (10) zum Löschen der Funken enthält

ίο Die Erfindung bezieht sich auf eine optoelektrische Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer lichtaussendenden Diode, einem Phototransistor, einem Verschlußelement, das von der Maschine angetrieben wird und periodisch den Phototransistor der Strahlung der Diode aussetzt, und mit Mitteln, die einen Funken für jede Periode, in der der Phototransistor der Strahlung ausgesetzt ist, erzeugen, wobei die lichtaussendende Diode in Reihe mit einem ersten Widerstand gespeist wird und der Phototransistor mit einem zweiten Widerstand verbunden ist, wobei der Phototransistor und die lichtaussendende Diode als ein Ganzes mit dem Verschlußmechanismus zusammengebaut sind und die Mittel zum Erzeugen eines Funkens von einem ein Spannungssignal empfangenden Verstärker gesteuert werden.

Bei einer aus der GB-PS 13 88 058 bekannten Zündvorrichtung dieser Art werden die lichtaussendende Diode und der Phototransistor parallel von der mit der Brennkraftmaschine zusammenwirkenden Energiequel-Ie gespeist, während das Signal, von dem der Funke gelöscht wird, einer von der Speiseleitung verschiedenen Leitung entnommen wird und es daher notwendig ist, eine mehrpolige Verbindung zwischen dem den Unterbrecher ersetzenden Gebilde und dem übrigen Teil der Vorrichtung, der durch die Zündspule den Signalverstärker und die anderen erforderlichen Einzelteile gebildet wird, herzustellen. Der Preis der Vorrichtung, ihre Zuverlässigkeit und ihre Kompatibilität mit bekannten Vorrichtungen mit einem mechanischen Unterbrecher, die lediglich eine einpolige Verbindung mit der Masse als Rückleitung notwendig machen, bringen es mit sich, daß eine Vorrichtung zu bevorzugen ist, bei der die Möglichkeit einer einpoligen Verbindung erhalten bleibt.

Die Erfindung hat im wesentlichen die Aufgabe, dieses Problem der Eindrahtverbindung zu lösen und eine optoelektrische Zündvorrichtung mit großer Zuverlässigkeit zu schaffen, wobei die im Zusammenwirken mit einer Brennkraftmaschine erforderlichen Umgebungsso bedingungen, wie Temperatur, Schwingungen und Speisespannung, berücksichtigt werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Zündvorrichtung eingangs erwähnter Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die lichtaussendende Diode in Reihe mit dem Phototransistor und der zweite Widerstand parallel zum Phototransistor geschaltet ist und das den Verstärker steuernde Spannungssignal vom ersten Widerstand abgenommen wird.
Die lichtaussendende Diode und der Phototransistor werden in Reihe gespeist. Durch den zweiten Widerstand wird sichel gcsiclk, daß, wenn der Phototransistor nicht angeregt ist, ein Diodenstrom erhalten wird, der eine geringe Emission erzeugt. Beim öffnen des Verschlusses kann durch diese Emission der Phototransistor leitend gemacht werden, was sich in einer Zunahme des Stromes und einer Vergrößerung der Emission äußert. Die Erscheinung ist kumulativ und der Phototransistor gelangt durch die so herbeigeführte positive Stromrück-

kopplung in den gesättigten Zustand, wobei die maximale Intensität der Emission der lichtaussendenden Di-•xie genügt, um die Sättigung des Phototransistors sicherzustellen.

Das den Funken löschende Signal wird den Klemmen des mit der Speisung der Leuchtdiode und des Phototransistors in Reihe liegenden ersten Widerstandes entnommen; so ist es möglich, den Teil der Vorrichtung, der mit dem Verschlußelement ein Ganzes bildet, mit einem einzigen Draht anzuschließen (wobei die Rückleitung über Masse er'olgt), der über dieses Element ebenso gut wie an jeder anderen Stelle zugänglich sein kann, an der die genannten Mittel zum Erzeugen der Funken angeordnet sind.

Der Strom, der in der Leuchtdiode eine geringe Emission erzeugt, die eben genügt, um die Entsperrung des Phototransistors unter den minimalen Temperatur- und Speisespannungsbedingungen zu sichern, bestimmt den Gesamtwert des ersten und zweiten Widerstandes, die mit der lichtaussendenden Diode in Reihe liegen, wenn der Phototransistor keinen Strom durchläßt

Der in der Leuchtdiode maximal zulässige Strom unter den maximalen Temperatur- und Spannungsbedingungen unter Berücksichtigung des Verhältnisses des Anregungszyklus bestimmt den Wert des ersten Widerstandes. Auf die extremen Temperatur- und Speisespannungsbedingungen wird auf diese Weise Rücksicht genommen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Zündvorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle der Vorrichtung mit einer Klem me an Erde liegt und die Schaltung der lichtaussendenden Diode, des Phototransistors und des zweiten Widerstandes einerseits an Masse liegt und andererseits über eine durch einen einzigen Draht gebildete Verbindung an den ersten Widerstand und an die Mittel zum Erzeugen eines Funkens angeschlossen ist.

Vorzugsweise besteht der Phototransistor aus einem Gebilde von zwei Transistoren in Darlingtonschaltung. Mit dieser Schaltung wird eine große Verstärkung erreicht, die es ermöglicht, ein Signal großer Amplitude zu erhalten, wobei diese Schaltung außerdem den Vorteil aufweist, daß sie für die großen Temperaturänderungen, die in einer auf einer Brennkraftmaschine angeordneten Vorrichtung auftreten können, wenig empfindlich ist

Vorteilhafterweise ist eine zweite lichtaussendende Diode in der Speiseschaltung zu der ersten Diode und dem Phototransistor zwischen der ersten Diode und dem ersten Widerstand angeordnet. Diese zweite Leuchtdiode wird in Durchlaßrichtung geschaltet und an einer sichtbaren Stelle angeordnet, sie dient für die Anzeige der Zündung und kann bei den Vorgängen zur Zündverstellung in bezug auf den Zyklus der Brennkraftmaschine sowie bei der Kontrolle der Wirkung der Vorrichtung verwendet werden.

Der Verstärker, der das den Klemmen des ersten Widerstandes entnommene Signal empfängt, und die von ihm gesteuerten Mittel zum Erzeugen der Funken können von jedem bekannten Typ sein. Vorzugsweise werden diese Mittel durch eine übliche Zündspule gebildet, deren Primärwicklung von einer Transistorschaltung vom Darlingtontyp geschaltet wird. Vorteilhafterweise ist der erste Widerstand mit dem Verstärker verbunden, der die Erzeugung von Funken mit Hilfe eines aus einem Widerstand und einem Kondensator bestehenden Gebildes so steuert, daß die für die- Erzeugung eines Funkens verfügbare Zeit lediglich unterhalb einer bestimmten Geschwindigkeit des Verschlußmechanismus beschränkt wird. Dies ist nicht nur vorteilhaft bei hoher Geschwindigkeit, weil die für das Aufladen der Zündspule verfügbare Zeit der Geschwindigkeit des Verschlußelementes umgekehrt proportional ist, wenn deren zyklisches Verhältnis konstant in. sondern auch bei niedriger Geschwindigkeit, weil die für das Entladen der Zündspule verfügbare Zeit dann langer als erforderlich ist

Andere vorteilhafte Weiterbildungen aer Zündvorrichtung nach der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 6 und 7.

Ausführungsbeispieie nach der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Zündvorrichtung in einer praktischen Ausführungsform, und

F i g. 2 ein Schaltbild eines Beispiels von Mitteln zum Erzeugen von Funken, die mit einer Vorrichtung nach F i g. 1 zusammenwirken können.

Die in F i g. 1 dargestellte Zündvorrichtung enthält eine optoelektrische Anordnung mit einer lichtaussendenden Diode 1 und einer Photodarlingtonschaltung 2, die aus einem Phototransistor 2a und einen Verstärkertransistor 2b besteht. Ein Widerstand 3 ist zu der Photodarlingtonschaltung 2 parallel geschaltet. Die Leuchtdiode 1, die Photodarlingtonschaltung 2 und der Widerstand 3 sind in gegenseitiger optischer Kopplung in einem Block 5 zu einem Ganzen zusammengebaut; der Block 5 weist z. B. die Form eines Bügels auf, zwischen deren Schenkeln sich eine Scheibe 4 dreht, die mit einer Anzahl von Fenstern 6 (ein Fenster pro Zylinder für einen Kraftwagenmotor) versehen und auf einer Welle 7 angeordnet ist, die vom Motor angetrieben wird. Die drehbare Scheibe 4 bildet ein Verschlußelement und wird derart betätigt, daß die Photodarlingtonschaltung 2 der Strahlung der Diode 1 ausgesetzt wird, jeweils wenn ein Fenster 6 durch die Bahn des emittierten Lichtbündels geht.

Das optoelektrische Gebilde 2 wird von einer Batterie 8, die die elektrische Energiequelle der Vorrichtung bildet, über einen ersten Reihenwiderstand 9 gespeist Der Strom fließt über Masse zurück.

Eine Steuerschaltung tO ist an die Klemmen des ersten Widerstandes 9 angeschlossen. Die Schaltung 10 enthält Mittel, mit deren Hilfe jeweils ein Funke erzeugt werden kann, wenn über ein Fenster 6 der Lichtstrahl den Phototransistor 2a erreicht. Die Schaltung 10 wird derart betätigt, daß die Primärwicklung 1 la einer Zündspule 11 jeweils entladen wird, wenn die Spannung an den Klemmen des Widerstandes 9 einen bestimmten Wert erreicht. Die Entladung der Primärwicklung 11a der Zündspule 11 führt-in deren Sekundärwicklung 116 einen Impuls hoher Spannung herbei, der von einem Verteiler 12 zu einer Zündkerze 13 über eine seiner Kontaktflächen, z. B. 14, geschickt wird. Der Einfachheit halber ist in der Figur von dem Verteiler 12 her die Hochspannungsschaltung nur für eine einzige Zündkerze dargestellt.
Der Widerstand 9 kann in der Steuerschaltung 10 eines durch einen einzigen Block gebildeten Moduls 15 integriert werden, der an einer geeigneten Stelle angeordnet ist Die Verbindung zwischen dem Modul 15 und dem optoelektrischen Gebilde 5 wird mittels eines einzigen Drchtes hergestellt. Die Reihenanordnung der Diode 1 und der Photodarlingtonschaltung 2 führt zu einer positiven Stromrückkopplung, wobei der Widerstand 3 diese Rückkopplung dadurch einleitet, daß er zu der Leuchtdiode 1 einen Strom durchläßt, der eenüeend

groß ist, damit diese Leuchtdiode 1 eine Strahlung emittiert, die die Photodarlingtonschaltung 2 entsperren kann, sobald über ein Fenster 6 die optische Verbindung zwischen 1 und 2 hergestellt worden ist.

In F i g. 2 ist das Schaltbild einer Anordnung mit einem Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung 10 nach F i g. 1 dargestellt.

tn Reihe mit einer lichtaussendenden Diode 21 und einer Photodarlingtonschaltung 22 sind eine weitere lichtaussendende Diode 31, die im sichtbaren Spektrum emittiert, und ein erster Widerstand 29 angeordnet Ein zweiter Widerstand 23 ist zu der Photodarlingtonschaltung 22 parallel geschaltet Die beschriebene Reihenschaltung, die durch 29,31,21, 22 und 23 gebildet wird, wird zwischen Masse 30 und der positiven Klemme 32 der elektrischen Energiequelle gespeist.

Die Spannung an den Klemmen des ersten Widerstandes 29 wird zwischen der Basis und dem Emitter eines pnp-Transistors 33 über einen Widerstand 34 und einen Kondensator 35 angelegt Eine Diode 36 wird zu dem Basis-Emitter-Übergang des Transistors 33 parallel geschaltet. Der Transistor 33, der einen Transistor 37 steuert, ist mit einem Belastungswiderstand 28 versehen, der zwischen der Basis des Transistors 37 und Erde angeordnet ist

Eine Zenerdiode 38 und ein Kondensator 39 sind zwischen den Speiseklemmen 30 und 32 parallel geschaltet. Ein Dariingtontransistorgebilde 40 wird von dem Transistor 37 über eine Brücke von Widerständen 41, 42 gesteuert, durch die die Steuerspannung bestimmt wird.

Die Primärwicklung einer nicht dargestellten Zündspule liegt über die Verbindung 43 in Reihe mit dem Speisekreis des Darlingtongc bildes 40. Ein Kondensator 44 und ein Widerstand 45 werden zu dem Speisekreis des Gebildes 40 parallel geschaltet Eine Zenerdiode 47 und ein Widerstand 48 werden in Reihe geschaltet und zwischen der Basis und dem Kollektor des Darlingtongebildes 40 angeordnet.

Die lichtaussendende Diode 21 und die Phototransistordarlingtonschaltung 22 liegen in Reihe; die sich daraus ergebende Stromrückkopplung bewirkt, daß die Leuchtdiode 21 nur während der unbedingt notwendigen Zeitdauer mit Volleistung angeregt wird. Der Widerstand 23 ermöglicht die Einleitung der Stromrückkopplung. Die Leuchtdiode 31 dient als Anzeige der Zündung und ermöglicht es, unter optimalen Bedingungen die der Zündung vorangehende Regelvorgänge einzuleiten. Dem ersten Widerstand 29 wird die Spannung zum Löschen des Funkens über den Kondensator 35 und den Widerstand 34 entnommen, wobei diese kapazitive Verbindung es ermöglicht, die langsamen Potentialänderungen, z. B. die infolge von Leckstromänderungen der Schaltung 22, 21,31 mit der Temperatur auftretenden Änderungen, zu beseitigen. Die kapazitive Verbindung 34, 35 ermöglicht es weiter, bei niedrigen Geschwindigkeiten die Dauer der Sättigung des Transistors 33 auf die Zeitdauer zu beschränken, die unbedingt notwendig ist, um einen Funken optimaler Dauer zu erhalten. Die Dauer der Sättigung des Transistors 33 ist bei großen Geschwindigkeiten ebenfalls durch die Zeit ω des Passierens der Fenster des Verschlußmechanismus beschränkt, und diese Zeit ist wieder von der Drehgeschwindigkeit und dem Öffnungswinkel der Fenster abhängig. Mit der Diode 36 kann erreicht werden, daß die elektrischen Ladungen schnell abgeführt werden, wenn die Phototransistordarlingtonschaltung 22 in den gesperrten Zustand übergeht. Der Transistor 33 bewirkt die Art des dem Widerstand 29 entnommenen Signals sowie eine Verstärkung und Umkehr dieses Signals. Der Transistor 37 verstärkt dieses Signal wieder. Mit dem Darlingtongebilde 40 wird der Magnetisierungsstrom in der Primärwicklung der Zündspule geschaltet.

Die Zenerdiode 38 und der Kondensator 39 sorgen dafür, daß die Schaltung vor Einschalterscheinungen, Störungen in den Verbindungen und Überspannungen jeder Art geschützt wird. Die Zenerdiode 47 schützt das Darlingtongebilde 40 dadurch vor Überspannungen, daß sie dieses Gebilde entsperrt, sobald eine abnormale Überspannung auftritt. Der Widerstand 48 bewirkt eine Temperaturunabhängigkeit der Spannung, die die Diode 47 wirksam macht. Das aus dem Kondensator 44 und dem Widerstand 45 bestehende Gebilde ermöglicht die Regelung der Zunahme der Spannung und der Entladung der Zündspule.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung besteht die lichtaussendende Diode aus Galliumarsenid und emittiert im Infrarotbereich; das als Phototransistor dienende Darlingtongebilde besteht aus Silicium. Die Speisespannung, die normalerweise 12 V beträgt, kann sich z. B. zwischen 6 V und 24 V ändern, während sich die Temperatur in der Nähe der Brennkraftmaschine, auf der die Vorrichtung angeordnet ist, zwischen -40° C und +120° C ändern kann.

Die Verschlußscheibe weist vier Fenster für einen Motor mit vier Zylindern auf, die je durch eine Ausschneidung mit einem öffnungswinkel von 18° gebildet werden, was eine Aufladezeit der Zündspule von 80% der Gesamtzeit darstellt.

Mit einem ersten Widerstand von etwa 500 Ω, dessen Klemmen das den Funken löschende Signal entnommen wird, und einem zweiten Widerstand von etwa 4000 Ω, der zu der Photodarlingtonschaltung parallel geschaltet ist, liegt der Strom in der lichtaussendenden Diode im unbelichteten Zustand des Photodarlingtongebildes in der Größenordnung von I mA und im angeregten Zustand des Photodarlingtongebildes oberhalb 20 mA.

Die kapazitive Verbindung zwischen dem ersten Widerstand und dem Signalverstärker wird durch einen Kondensator von 1 μΡ und einen Widerstand von 150 Ω gebildet; auf diese Weise wird erreicht, daß bei Motorgeschwindigkeiten von weniger als 3000 Umdrehungen/ min die für das Entladen der Zündspule verfügbare Zeitdauer auf 1,6 msec beschränkt wird und daß bei Motorgeschwindigkeiten von mehr als 3000 Umdrehungen/ min diese Zeitdauer nur durch die Zeitdauer des Passierens jedes Fensters des Verschlusses beschränkt wird. In beiden Fällen bleibt die Dauer des erzeugten Funkens innerhalb kleiner Grenzen in der Nähe der optimalen Dauer.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Optoelektrische Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer lichtaussendenden Diode, einem Phototransistor, einem Verschlußelement, das von der Maschine angetrieben wird und periodisch den Phototransistor der Strahlung der Diode aussetzt, und mit Mitteln, die einen Funken für jede Periode, in der der Phototransistor der Strahlung ausgesetzt ist, erzeugen, wobei die lichtaussendende Diode in Reihe mit einem ersten Widerstand gespeist wird und der Phototransistor mit einem zweiten Widerstand verbunden ist, wobei der Phototransistor und die lichtaussendende Diode als ein Ganzes mit dem Verschlußmechanismus zusammengebaut sind und die Mittel zum Erzeugen eines Funkens von einem ein Spannungssignal empfangenden Verstärker gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende Diode (I; 21) in Reihe mit dem Phototransistor (2; 22) und der zweite Widerstand (3; 23) parallel zum Phototransistor geschaltet ist und das den Verstärker steuernde Spannungssignal vom ersten Widerstand (9; 29) abgenommen wird.

2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (8) der Vorrichtung mit einer Klemme an Erde liegt und die Schaltung (5) der lichtaussendenden Diode (1), des Phototransistors (2) und des zweiten Widerstandes (3) einerseits an Masse liegt und andererseits über eine durch einen einzigen Draht gebildete Verbindung an den ersten Widerstand (9) und an die Mittel (11 bis 14) zum Erzeugen eines Funkens angeschlossen ist.

3. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phototransistor (2) aus einem Gebilde zweier Transistoren (2a, 2 b)\n Darlingtonschaltung besteht.

4. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite lichtaussendende Diode (31) in der Speiseschaltung zu der ersten Diode (21) und dem Phototransistor (22, 23) zwischen der ersten Diode und dem ersten Widerstand (29) angeordnet ist.

5. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (29) mit dem Verstärker verbunden ist, der die Erzeugung von Funken mit Hilfe eines aus einem Widerstand (34) und einem Kondensator (35) bestehenden Gebildes so steuert, daß die für die Erzeugung eines Funkens verfügbare Zeit lediglich unterhalb einer bestimmten Geschwindigkeit des Verschlußmechanismus beschränkt wird.

6. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Mittel zum Erzeugen eines Funkens im wesentlichen eine Zündspule (11) enthalten, deren Entladung von einem Darlingtontransistorengebilde (40) gesteuert wird, diese Mittel mindestens einen Transistor (33; 37) enthalten, der das den Klemmen des ersten Wi-