DE2812291C3 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Zündanlage mit einer Schließwinkelsteuerung aus der DE-OS 22 44 781 bekannt, bei der sich der Schließwinkel in Abhängigkeit von der Drehzahl verändert. Bei einer Drehzahländerung, die aufgrund einer Beschleunigung auftritt, ändert sich der Schließwinkel stetig, und zwar auf die Weise, daß je­ weils eine Drehzahlinformation während eines Zündzyklus zur Korrek­ tur des Schließwinkels für den nächsten Zyklus dient. Bei starken Beschleunigungsvorgängen kann durch dieses Nachhinken der Schließ­ winkelveränderung ein zu kleiner Schließwinkel auftreten, was zu einer verminderten Zündenergie führt. Dies ist jedoch gerade bei Be­ schleunigungsvorgängen unerwünscht.

Weiterhin ist es aus der DE-OS 24 29 431 bekannt, den Schließwinkel in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine zu regeln. Dadurch wird erreicht, daß die Leistungsaufnahme der Zündanlage aus dem Bordnetz im gesamten Drehzahlbereich optimal ist. Es sind jedoch ebenfalls keine Maßnahmen vorgeschlagen, bei Beschleunigungsvor­ gängen sehr schnell einen entsprechend großen Schließwinkel zur Ver­ fügung zu stellen. Aus der DE-OS 21 33 313 ist des weiteren eine Zündanlage bekannt, bei der der Zündzeitpunkt bei plötzlich auf­ tretenden Beschleunigungen dieser Beschleunigung unverzüglich folgt, indem eine rasche Verstellung der Verteilerplatte vorgenommen wird. Zwar wird bei dieser Entgegenhaltung in Abhängigkeit von der Be­ schleunigung der Zündzeitpunkt verstellt, eine Schließzeitänderung ist jedoch nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schließwinkel­ steuerung so auszugestalten, daß auch bei großen Beschleunigungsvor­ gängen immer eine möglichst große Zündenergie zur Verfügung steht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei Auftreten einer Beschleunigung der Schließwinkel sprunghaft vergrößert wird, vorzugsweise auf seinen maximalen Wert, der durch eine verbleibende minimale Offenzeit begrenzt ist. Der Stromfluß durch die Zündspule wird zwar dadurch zu hoch, bzw. dauert bei einer Strombegrenzung zu lange, eine ausreichende Zündenergie ist jedoch gewährleistet, was bei Beschleunigungsvorgängen besonders wichtig ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich. Besonders vorteilhaft ist es, zur Beschleunigungserkennung ein Signal zu erzeugen, mit diesem Signal ein Zeitglied auszulösen, am Ende der Haltezeit des Zeitglieds den zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Signalwert des veränderlichen Sig­ nals in einer Speichervorrichtung zu speichern, einen Komparator vorzusehen zum Vergleich des gespeicherten Signalwerts mit einem zu einem entsprechenden Zeitpunkt des darauffolgenden Zyklus vorliegen­ den Signalwertes sowie bei Abweichung dieser Werte voneinander um mehr als einen vorgebbaren Prozentsatz ein Schließwinkel-Auslöse­ signal zu erzeugen.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, einen Komparator vorzusehen zum Vergleich des veränderlichen oder sich zyklisch wiederholenden Signals mit dem Ausgangssignal einer Integrierstufe mit nacheinander wechselnder Integrationsrichtung, wobei die Integrationszeit in einer der Integrationseinrichtungen durch die Haltezeit des durch ein Gebersignal triggerbaren Zeitglieds festlegbar ist und wobei das Ausgangssignal des Komparators jeweils die Schließzeit festlegt. Diese Maßnahmen dienen als Ausgestaltung der Erfindung für den statischen Betrieb sowie im Verzögerungsfall. Mit diesen Maßnahmen ist eine günstige Steuerung durch Beeinflussung der Integrations­ konstanten für die Integrierstufe möglich. Diese Beeinflussung kann aufgrund eines Regelvorgangs, insbesondere einer Stromregelung in der Zündspule erfolgen; es ist jedoch auch eine Steuerung durch andere Parameter der Brennkraftmaschine möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schaltungsmäßige Ausge­ staltung eines Ausführungsbeispiels und

Fig. 2 ein Signal­ diagramm zur Erläuterung des in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsbeispiels.

Beschreibung der Erfindung

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine als Rampengeber ausgebildete Geberanordnung 10 über einen vorzugsweise als Differenzverstärker ausgebildeten Linearverstärker 11 mit dem Triggereingang eines vorzugs­ weise als monostabiler Multivibrator ausgebildeten Zeit­ glieds 12 verbunden. Ein solcher Rampengeber 10 erzeugt über einen bestimmten Drehwinkel einer vorzugsweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenen Geberscheibe 100 eine linear ansteigende Spannung. Bei höheren Drehzahlen erfolgt entsprechend ein schnellerer Spannungsanstieg. Ein solcher Spannungsanstieg kann durch geometrische Ausgestaltung von Gebersegmenten 101 erfol­ gen, die an einem z. B. als Hall-Element ausgebildeten Auf­ nehmer 102 vorbeigeführt werden. Solche Rampengeber wur­ den bereits in den deutschen Patentanmeldungen 27 26 132.1 und 2 70 30 309.9 vorgeschlagen.

Der Ausgang des Zeitglieds 12 ist sowohl mit dem Speicher­ befehlseingang einer Sample-and-Hold-Schaltung 13, wie auch mit einem Eingang eines UND-Gatters 14 sowie einem Steuereingang einer Integrierstufe 15 verbunden. Der Ausgang der Sample-and-Hold-Schaltung 13 ist mit einem Eingang eines ersten Komparators 16 verbunden, dessen zweiter Eingang an den Ausgang des Linearverstärkers 11 angeschlossen ist. Dieser das verstärkte Rampensignal des Rampengebers 10 führende Ausgang des Linearverstärkers 11 ist weiterhin mit der Sample-and-Hold-Schaltung 13, einem Eingang eines zweiten Komparators 17 sowie einem Eingang einer z. B. als Schmitt-Trigger ausgebildeten Impuls­ formerstufe 18 verbunden. Der Ausgang des Komparators 16 ist über eine z. B. als Transistor ausgebildete Tor­ stufe 19 sowohl mit einem Eingang eines ersten ODER- Gatters 20 sowie mit einem Eingang eines zweiten ODER- Gatters 120 verbunden. Der Ausgang des Komparators 16 ist über ein UND-Gatter 14 mit einem zweiten Eingang des zweiten ODER-Gatters 21 verbunden, dessen Ausgang an den Steuereingang der Torstufe 19 angeschlossen ist. An weite­ re Eingänge des ODER-Gatters 20 sind die Ausgänge der Im­ pulsformerstufe 18 sowie des zweiten Komparators 17 an­ geschlossen. Der Ausgang dieses ODER-Gatters 20 ist mit dem Steuereingang einer an sich bekannten Zündungsendstufe 22 verbunden, die üblicherweise aus einem Leistungstran­ sistor 220 im Primärstromkreis einer Zündspule 221 be­ steht, in deren Sekundärstromkreis wenigstens eine, bei einer Brennkraftmaschine als Zündkerze ausgebildeten Zünd­ strecke 222 geschaltet ist. Eine solche Zündungsendstufe 22, der bei Bedarf noch Treiberstufen vorgeschaltet werden können, ist z. B. aus dem eingangs genannten Stand der Technik be­ kannt. In den Primärstromkreis der Zündspule 221 ist weiterhin noch ein Strommeßwiderstand 23 geschaltet, dessen Spannungsabgriff mit einem Eingang eines dritten Komparators 24 verbunden ist, an dessen zweiten, an eine Klemme 25 angeschlossenen Eingang eine Vergleichsspannung angelegt ist. Der Ausgang des Komparators 24 ist mit einer zweiten Sample-and-Hold-Schaltung 26 verbunden, deren Speicherbefehlseingang an den Ausgang des ODER- Gatters 20 angeschlossen ist. Solche Sample-and-Hold- Schaltungen dienen zur Speicherung eines Eingangssignal­ pegels zum Zeitpunkt eines Speicherbefehls und sind z. B. aus dem Buch Electronic Circuits Manual, John Markus, McGraw-Hill Book Company, 1971, Kapitel 74, Seiten 689 ff., bekannt. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors 220 ist eine z. B. aus der DE-AS 21 24 310 bekannte Strombegrenzungsvorrichtung 27 zur Begrenzung des primärseitigen Stroms geschaltet, um eine unnötige Verlustleistung zu vermeiden.

Die Integrierstufe 15 besteht aus einer ersten Umschalt­ vorrichtung 150, deren Steuereingang an den Ausgang des Zeitglieds 12 angeschlossen ist. Durch diese Umschalt­ vorrichtung 150 wird in einer ersten Schaltstellung eine Reihenschaltung eines Speicherkondensators 151 mit einer ersten Ladestromquelle 152 geschaltet, wobei diese Reihen­ schaltung zwischen einer mit dem positiven Pol einer Span­ nungsquelle verbundenen Klemme 28 und Masse liegt. In einer zweiten Schaltstellung dieser ersten Umschaltvor­ richtung 150 wird die erste Ladestromquelle 142 abge­ trennt und eine erste Entladestromquelle 153 parallel zum Kondensator 151 geschaltet. Der von Masse abgewandte An­ schluß des Kondensators 151 ist an einen weiteren Eingang des zweiten Komparators 17 angeschlossen. Eine zweite Umschaltvorrichtung 154, deren Steuereingang an den Aus­ gang der Sample-and-Hold-Schaltung 26 angeschlossen ist, schaltet in einer ersten Schaltstellung eine zweite Lade­ stromquelle 155 parallel zur ersten Ladestromquelle 152, und in einer zweiten Schaltstellung eine zweite Entlade­ stromquelle 156 parallel zur ersten Entladestromquelle 153.

Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ beispiels soll im folgenden anhand des in Fig. 2 darge­ stellten Signaldiagramms erläutert werden. Am Ausgang des Linearverstärkers 11 wird eine ansteigende Spannung U11 erzeugt, deren Dauer sich über ein jeweils konstantes Winkelintervall erstreckt und deren Spannungsendwert je­ weils gleich ist. Anstelle eines solchen bereits beschrie­ benen Rampengebers 10 kann prinzipiell auch ein anderer Geber, wie z. B. ein induktiver Geber, ein optischer Geber oder ein Wiegandgeber, verwendet werden, wobei die Span­ nungsrampe durch elektronische Mittel, wie z. B. durch einen Integrator, erzeugt werden müßte. Zu Beginn eines Spannungsanstiegs U11 wird das Zeitglied 12 getriggert, wodurch an dessen Ausgang die Signalfolge U12 erzeugt wird. Mit dieser Signalfolge U12wird der erste Umschalter 150 gesteuert, und zwar in der Weise, daß während eines Signals U12 die Entladestromquelle 153 wirksam ist und während einer Signalpause die Ladestromwelle 152. Die am Kondensator 151 anliegende Spannung U151 steigt und fällt dadurch abwechselnd. Im Mittel liegt jedoch eine drehzahl­ proportionale Spannung an. Diese drehzahlproportionale Spannung U151 wird im Komparator 16 mit der Spannung U11 verglichen und bei Überschreiten der Spannung U151 durch die Spannung U11 wird ein Ausgangssignal U17erzeugt, das den Schließwinkel für den Transistor 220 vorgibt. Am Ende dieses Schließwinkels erfolgt die Zündung.

In diese drehzahlproportionale Spannung U151 greift noch eine Stromregelung ein. Durch den ansteigenden Strom im Primär­ stromkreis der Zündspule 221 fällt am Strommeßwiderstand 23 eine stromproportionale Spannung ab. Übersteigt diese Spannung die an der Klemme 25 anliegende Vergleichspan­ nung, die einen Stromsollwert vorgibt, so erscheint am Ausgang des Komparators 25 ein Ausgangssignal. Im Zünd­ zeitpunkt, d. h. durch die Rückflanke eines Signals U20 am Ausgang des ODER-Gatters 20, wird das zu diesem Zeit­ punkt am Ausgang des Komparators 24 anliegende Signal in der Sample-and-Hold-Schaltung 26 gespeichert und hält den Umschalter 154 für den darauffolgenden Zyklus in einer bestimmten Schaltstellung, und zwar wird bei Überschrei­ ten des Stromsollwerts durch das am Ausgang des Komparators 24 im Zündzeitpunkt anliegende 1-Signal die zusätzliche Ladestromquelle 155 zugeschaltet und bei Nicht-Erreichen des Stromsollwerts im Zündzeitpunkt wird durch das am Ausgang des Komparators 24 zu diesem Zeitpunkt anliegende Null-Signal die zusätzliche Entladestromquelle 156 zuge­ schaltet. Dadurch erhöht sich im ersteren Fall die Spannung U151, was zu einer Verkürzung des Signals U17 führt. Im umgekehrten Fall erfolgt entsprechend eine Verlängerung des Signals U17.

Anstelle durch das Regelsignal kann der Umschalter 154 z. B. auch durch Betriebsparameter der Brennkraftmaschine betätigt werden, um eine betriebsparameterabhängige Ver­ änderung des Schließwinkelsignals zu erreichen. Zur sprunghaften Vergrößerung des Schließwinkels bei Auf­ treten einer Beschleunigung wird als Beschleunigungser­ kennung jeweils mit der Rückflanke eines Signals U12 der zu diesem Zeitpunkt vorliegende Spannungswert U11 in die Sample-and-Hold-Schaltung übernommen. Im darauffolgenden Zyklus wird der gespeicherte Wert vom Zeitpunkt der Rück­ flanke eines Signals U12 mit dem nunmehr vorliegenden Signalpegel U11 im Komparator 16 verglichen. Am Ausgang des Komparators 16 entsteht eine Signalfolge U16. Im ersten, in Fig. 2 dargestellten Zyklus ist der statische Fall dargestellt, d. h., die gespeicherte Spannung U13 stimmt zum Zeitpunkt einer Rückflanke U12 mit der Spannung U11 überein. Da hierdurch die Signale U12 und U16 nicht gleichzeitig auftreten, bleibt die Torstufe 19 über das UND-Gatter 14 geöffnet. Es kann dadurch kein Signal U19 am Ausgang der Torstufe erscheinen.

Im zweiten dargestellten Zyklus ist ein Beschleunigungs­ fall dargestellt, d. h., das Signal U11 erfährt einen steileren zeitlichen Spannungsanstieg. Dadurch übersteigt die Spannung U11 schon vor einer Rückflanke eines Signals U12 den gespeicherten Wert U13, wodurch am Ausgang des UND-Gatters ein Signal U14 erscheint. Durch dieses Signal wird die Torstufe 19 leitend und das Signal U16 am Aus­ gang des Komparators 16 erscheint als Signal U19 am Aus­ gang der Torstufe 19. Über das ODER-Gatter 21 wird die Torstufe 19 während der Dauer eines Signals U16 bzw. U19 im stromleitenden Zustand gehalten. Mit einer Rückflanke des Signals U12 wird der neuere höhere Spannungswert als Speicherwert U13 in die Sample-and-Hold-Schaltung 13 übernommen.

Die Ansprechschwelle des Komparators 16 kann so einge­ stellt werden, daß ein Ansprechen erst dann erfolgt, wenn die ansteigende Spannung U11 die gespeicherte Spannung U13 um einen bestimmten Wert überschreitet. Dies soll verhin­ dern, daß der Schließwinkel bereits bei geringsten Be­ schleunigungen auf einen festen Wert springt. Dies soll erst geschehen, wenn eine deutliche Beschleunigung ein­ tritt.

Anstelle der Schaltlogik 14, 19, 21 kann am zweiten Ein­ gang des Komparators 16 auch eine zweite Sample-and-Hold- Schaltung vorgesehen werden, wobei in den nunmehr ver­ wendeten zweiten Sample-and-Hold-Schaltungen an den beiden Eingängen des Komparators 16 um je einen Zyklus verscho­ bene Signale U11 vorliegen. Dies führt zum gleichen Effekt wie die dargestellte Schaltung.

Durch die eingestellte Haltezeit des Zeitglieds 12 kann indirekt eine minimale Offenzeit vorgegeben werden, da die Offenzeit im Beschleunigungsfall durch die Zeitdauer eines Signals U12, vermindert um einen von der maximal mög­ lichen Beschleunigung abhängigen Wert, gegeben ist. Durch eine entsprechend abgeänderte Schaltlogik, bei der z. B. vom Signal U19 das Signal U14 abgezogen wird, ist die minimale Offenzeit direkt durch das Signal U12 vorgegeben.

Über die Impulsformerstufe 18 kann ein minimaler Schließ­ winkel vorgegeben werden. Die Ansprechschwelle der Impuls­ formerstufe 18 ist mit Us bezeichnet. Erreicht die Span­ nung U11 diesen Schwellwert Us und liegt zu diesem Zeit­ punkt weder ein Signal U19 noch ein Signal U17 vor, so wird die Schließzeit zu diesem Zeitpunkt durch ein Signal U18 eingeleitet. Das Schließzeitende wird auch hier durch Rück­ setzen der Spannung U11 festgelegt.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Schaltung auch digi­ tal zu realisieren. In diesem Falle würde anstelle des Rampengebers ein Inkrementgeber treten, dessen Inkre­ mente in einem digitalen Zähler ab einer Bezugsmarke hoch­ gezählt werden. Anstelle der Sample-and-Hold-Schaltungen treten Zwischenspeicher, die Komparatoren werden durch digitale Komparatoren ersetzt und der Integrator wird durch einen digitalen Zähler ersetzt, der in Abhängigkeit von Schaltanordnungen 150, 154 unterschiedliche Frequenzen auf- bzw. abwärtszählt.

Claims (10)

1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einer durch eine rotierende Geberanordnung gesteuerten elektronischen Vorrichtung zur parameter­ abhängigen Steuerung des Schließwinkels für einen elektrischen Schalter im Primärstromkreis einer Zündspule, wobei ein in Abhängig­ keit von der Drehbewegung der Geberanordnung veränderliches und sich zyklisch wiederholendes elektrisches Signal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung eines Beschleunigungsvorganges zu einem bestimmten Zeitpunkt nach dem sich zyklisch wiederholenden elektrischen Signal der Wert einer Rampe abgespeichert und mit dem Wert des darauffolgenden Zyklus verglichen wird und bei Abweichungen dieser Werte voneinander um mehr als einen vorgegebenen Wert der Schließwinkel sprunghaft vergrößert wird.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sprunghafte Vergrößerung auf den maximalen Wert erfolgt.

3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß synchron mit dem sich zyklisch wiederholenden Signal ein Zeitglied (12) auslösbar ist, daß am Ende der Haltezeit des Zeitglieds (12) der zu diesem Zeitpunkt vorliegende Signalwert des veränderlichen Signals in einer Speichervorrichtung (13) gespeichert wird, und daß ein Komparator (16) vorgesehen ist zum Vergleich des gespeicherten Signalwertes mit einem zu einem entsprechenden Zeitpunkt des darauf­ folgenden Zyklus vorliegenden Signalwerts.

4. Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß als Speichervorrichtung eine Sample-and-Hold-Schal­ tung (13) vorgesehen ist.

5. Zündanlage nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Erzeugung des veränderlichen und sich zyklisch wiederholenden Signals die Geberanordnung (10) als Rampengeber ausgebildet ist.

6. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Schließwinkelrege­ lung (15, 17, 23-26) vorgesehen ist zur Festlegung des Schließ­ winkels im statischen Betrieb und im Verzögerungsfall.

7. Zündanlage, nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Komparator (17) vorgesehen ist zum Vergleich des veränderlichen und sich zyklisch wiederholenden Signals mit dem Ausgangssignal einer Inte­ grierstufe (15) mit nacheinander wechselnder Integrations­ richtung, wobei die Integrationszeit in eine der Integrations­ richtungen durch die Haltezeit des durch ein Gebersignal triggerbaren Zeitglieds (12) festlegbar ist und daß das Aus­ gangssignal des Komparators jeweils die Schließzeit festlegt.

8. Zündanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Integrationskonstanten für die beiden Inte­ grationsrichtungen in Abhängigkeit von Parametern veränderbar ist.

9. Zündanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter der primärseitige Stromanstieg in der Zündspule (221) vorgesehen ist.

10. Zündanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Primärstromkreis der Zündspulen (221) eine Strommeßvor­ richtung (22) vorgesehen ist, deren Ausgangssignal einem Komparator (24) zuführbar ist und daß bei Erreichen der Ver­ gleichsspannung des Komparators (24) die wenigstens eine Integrationskonstante veränderbar ist.