DE3009822A1 - Zuendanlage fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Zuendanlage fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
κ. 6060
4.2.1980 Ve/Hm
Zündanlage für Brennkraftmaschinen Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage für Brennkraftmaschinen
mit einer Schließwinkelregelvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Solche Zündanlagen sind z.B. aus
der DE-OS 2 746 885, der DE-OS 2 850 113 oder der DE-OS 2 850 115 bekannt. Die Schließwinkelregelung dieser bekannten
Zündanlagen beruht zwar ebenfalls auf dem Prinzip, einen Zählerstand in Abhängigkeit des primärseitigen Stromflusses
durch die Zündspule zu ermitteln, wobei dieser wiederum den Zählvorgang zur Bestimmung des Schließzeitbeginns
beeinflußt. Die bekannten Schließwinkelregelungen haben jedoch gemeinsam den Nachteil, daß sie ein Gebersignal,
bzw. ein Ausgangssignal eines Zündungsrechners benötigen, das ein bestimmtes Tastverhältnis aufweist.
Beide Flanken werden zur Ermittlung des Schließwinkels benötigt. Dies hat den Nachteil, daß einmal aufwendige
Geber, bzw. Zündungsrechner benötigt werden, da die Genauigkeit der beiden Flanken eines solchen Signals zueinander
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maßgeblich für die Genauigkeit der ermittelten Schließzeit ist. Weiterhin ist es vor allem bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen
oft schwierig eine entsprechende Anpassung des Tastverhältnisses des Steuersignals an das benötigte
Tastverhältnis der Schließwinkelsteuerungsvorrichtung zubewerkstelligen. Hier muß oftsmals für verschiedene Arten von
Brennkraftmaschinen nicht nur der Geber, sondern auch die Auswerteschaltung neu dimensioniert werden.
Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß zur Ansteuerung der Schließwinkelregelvorrichtung Geber ohne bestimmtes, festes Steuertastverhältnis verwendet
werden können. Z.B. kann dazu das Signal eines unipolaren Wiegand-Gebers verwendet werden. Darüber hinaus ist die
Elektronik für alle Arten von Brennkraftmaschinen einsetzbar.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich. Eine dynamisch besonders hochwertige Regelung erhält man durch
überlagerung des Ausgangssignals der Schließwinkelregelvorrichtung
mit dem Ausgangsignal des sie steuernden Winkelgebers oder Zündungsrechners, sofern diese ein kleines
Steuertastverhältnis aufweisen, das als Grundschließwinkel geeignet ist. Weiterhin kann auf einfache Weise eine
Ruhestromabschaltung und eine Steuervorrichtung für eine minimale Offenzeit des elektronischen Schalters im Primärstromkreis
der Zündspule vorgesehen werden.
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; : -:-: 60 60
■(ο-
3Q09822
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen Pig. 1 ein Schaltungsbeispiel des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 2 der wesentliche Ausschnitt
eines Schaltungsbeispiels des zweiten Ausführungsbeispiels3
Fig. 3 ein Signaldiagramm zur Erläuterung des ersten Ausführungsbeispiels und Fig. \ die Darstellung einer Zündverstellkennlinie
zur Erläuterung des Unterschieds des ersten zum zweiten Ausführungsbeispiels.
Bei dem in Fig.l dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
ist eine vorzugsweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundene Geberanordnung 10 mit einem an sich
bekannten Zündungsrechner 11 verbunden, der den Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von Parametern bestimmt (z.B. Druck p,
Drehzahl n, Temperatur T). Die Geberanordnung 10 kann z.B. ein induktiver, ein optischer, ein Hall- oder ein Wiegand-Geber
sein. Der benötigte Geber braucht für jeden Zyklus nur eine einzige Signalflanke zu liefern. Daher kann diese
Geberanordnung z.B. ein unipolarer Wiegend-Geber sein. Der Zündungsrechner 11 kann z.B. gemäß der DE-OS 2 851 336 aufgebaut
sein.
Der Ausgang des Zündungsrechners 11. ist über eine Klemme 12 mit dem Rücksetzeingng R eines Drehzahlzählers 13 sowie mit
den Setzeingängen S eines Offenzeitzählers 14 sowie eines Begrenzungszählers 15 verbunden. Ein als Zähltaktgenerator
verwendeter Oszillator 16 ist mit den Takteingängen C der drei Zähler 13 bis 15 sowie eines vierten, als Regelzähler
geschalteten Zählers 17 verbunden. Die Zahlenausgänge der Zähler IM, 17 sind über einen digitalen Komparator 18 mit
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:.:"::f: 6 C 6 0
einem Eingang eines UND-Gatters 19 verbunden, dessen Ausgang über einen Verstärker 20 mit dem Steuereingang eines elektronischen
Schalters 21 verbunden ist. Die Schaltstrecke dieses elektronischen Schalters 21, ein Strommeßwiderstand 22
sowie die Primärwicklung einer Zündspule 23 bilden eine zwischen Masse und eine Versorgungsspannungsquelle 24 geschaltete
Reihenschaltung. In den Sekundärstromkreis der Zündspule 23 ist eine Zündstrecke 25 geschaltet, die bei einer
Brennkraftmaschine gewöhnlich als Zündkerze ausgebildet ist. Bei mehreren Zündkerzen kann in bekannter Weise eine
mechanische oder elektronische Hochspannungsverteilung vorgesehen sein. Zur Begrenzung des primärseitigen Stroms
ist eine z.B. aus der DE-OS 2 232 220 bekannte Stromregelvorrichtung 26 mit dem Strommeßwiderstand 22 verbunden und
wirkt auf den Verstärker 20 ein. Weiterhin ist der am Strommeßwiderstand 22 erzeugte Spannungsabfall über einen Schwellwertkomparator
27 mit dem Abwärts-Zähleingang (Down) des Zählers 17 verbunden. Der Aufwärts-Zähleingang (up) des Zählers
17 ist mit dem Ausgang eines Zeitglieds 28 verbunden, das durch den Ausgang des UND-Gatters 19 getriggert wird.
Die Zahlenausgänge des Drehzahlzählers 13 sind sowohl mit den Zahleneingängen des Offenzeitzählers 14 verbunden, wie auch
einer digitalen Schwellwertstufe 29 zugeführt, die entweder ein digitaler Komparator sein kann oder als Gatter-Anordnung
aufgebaut ist. Der Ausgang der Schwellwertstufe 29 ist sowohl mit einem weiteren Eingang des UND-Gatters 19, wie
auch mit dem Sperreingang (E, Enable) des Zählers 13 verbunden.
Die Zahleneingänge des Begrenzungszählers 15 sind vorzugsweise durch feste Verdrahtung mit einem festen Zahlenwert X
beaufschlagt. Die Zahlenausgänge dieses Zählers 15 sind
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βΟ
über ein als O-Detektor eingesetztes NOR-Gatter 30 sowohl
mit einem weiteren Eingang des UND-Gatters 19, wie auch
mit dem Sperreingang (E) des Zählers 15 verbunden.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel
sind mit Pig. 1 übereinstimmende Bauelemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Fig. 2 zeigt lediglich eine Erweiterung
gegenüber Fig. 1. Im übrigen bleiben die Bauteile von Fig. 1 erhalten. Zwischen das UND-Gatter 19 und
den Verstärker 20 ist ein ODER-Gatter 31 geschaltet, dessen
zweiter Eingang mit dem Ausgang eines UND-Gatters 32 verbunden ist. Der erste Eingang dieses UND-Gatters 32
ist mit der Klemme 12 und der zweite Eingang über eine Schwellwertstufe 33 mit den Zahlenausgängen des Drehzahlzählers
13 verbunden.
Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand des in Fig. 3 dargestellten
Signaldiagramms erläutert werden. Durch die Geberanordnung 10 wird ein Gebersignal UlO erzeugt, aufgrund
dessen im Zündungsrechner 11 ein relativ dazu verschobenes Zündsignal Uli bestimmt wird. Die Signale UlO, Uli weisen
in der Darstellung ein bestimmtes Tastverhältnis aufs dieses
Tastverhältnis wird jedoch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 nicht benötigt, da lediglich die Rückflanke des Signals
Uli, durch die der Zündzeitpunkt festgelegt ist, zur Bestimmung des Schließzeitbeginns benötigt wird. Daher
können beliebige Zündzeitpunktgeber (Geberanordnung 10 und/oder Zündungsrechner 11) mit beliebigem Tastverhältnis,
bzw. mit Nadelimpulsen eingesetzt werden.
Durch die Rückflanke des Signals Uli wird der Zähler 13
rückgesetzt und beginnt erneut die Impulse des Oszillators 16 aufwärts zu zählen, bis er mit der nächsten Rückflanke
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':-:-: 60 eo
wiederum rückgesetzt wird. Zum Zeitpunkt einer Rückflanke eines Signals Uli liegt somit ein aktueller drehzahlabhängiger
Zahlenwert im Zähler 13 vor, der kurz vor dem Rücksetzen in den Zähler 14 übernommen wird, wo er mit den
gleichen Zählimpulsen abwärts gezählt wird. Durch geeignete, nicht näher dargestellte Verzögerungsglieder muß natürlich
dafür gesorgt werden, daß die Übernahme in den Zähler 14 vor dem Rücksetzen des Zählers 13 erfolgt. Bleibt die
Drehzahl konstant, so muß demgemäß der Endzahlenstand im Zähler 14 vor einem erneuten Setzen wieder der gleiche
Zählerstand sein wie in der vorherigen Periode nämlich "0". Im Komparator 18 wird der Zählerstand des Zählers lh mit
dem Zählerstand des Zählers 17 verglichen und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Zählerstand Z17 größer ist als
der Zählerstand Zl^. Durch dieses Komparatorausgangssignal
wird einmal über das UND-Gatter 19 und den Verstärker 20 der elektronische Schalter 21 geschlossen,
wodurch ein Primärstrom Ip zu fließen beginnt, und weiterhin wird das Zeitglied·2β getriggert, wodurch während
seiner Haltezeit ein Aufwärtszählvorgang im Zähler 17
erfolgt. Nach der Haltezeit bleibt der Zählerstand Z17 wieder konstant, bis der Schwellwert S27 des Schwellwertkomparators
27 durch den Spannungsabfall am Widerstand 22 erreicht wird. Ab diesem Moment wird infolge eines
Signals U27 der Zähler 17 auf "abwärtszählen" geschaltet, bis der Strom Ip im Zündzeitpunkt wieder auf Null zurückgeht.
Bleibt die Drehzahl konstant (die ersten beiden dargestellten Zyklen) so erreicht der Regelzähler 17
nach jedem Aufwärts-/Abwärts-Zählvorgang wieder seinen
ursprünglichen Wert. Die Haltezeit des Zeitglieds 28 entspricht dabei ca. 20 bis 30 % der Ladezeit der Zündspule
23. Im dargestellten Fall erfolgt der Zählvorgang
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'': I I 6060
im Zähler 17 mit der gleichen Zählfrequenz: Will man einen stärkeren oder einen schwächeren Eingriff der Regelung
erreichen, so kann natürlich eine andere Zählfrequenz gewählt werden. Im dritten dargestellten Zyklus ist der
erreichte Stromwert Ip infolge einer Beschleunigung zu gering. Da der Schwellwert S27 nicht erreicht wird, erfolgt
kein Abwärts-Zählvorgang im Zähler 17, wodurch die Einschaltschwelle
für den Digitalkomparator 18 zu größeren Werten hin verschoben wird, d.h. dieser Wert wird im nächsten
Zyklus durch den Offenzeitzähler früher erreicht, wodurch die Schließzeit vergrößert wird. Auf die Weise wird
die Schließzeit über den Regelzähier 17 korrigiert. Diese
Korrektur erfolgt natürlich nicht nur bei einer Beschleunigung, sondern auch z.B. bei einem Batteriespannungsabfall,
der ebenfalls einen geringeren Primärstrom Ip zur Folge hat, oder bei einer Verzögerung. Im vierten dargestellten
Zyklus erfolgt zwar nochmals eine geringfügige Beschleunigung, jedoch erfolgt bereits wieder ein Regelvorgang in
Richtung kleinerer Schließzeit, da infolge der einsetzenden Strombegrenzung durch die Stromregelvorrichtung 26 ein zu
großer Schließwinkel signalisiert wird, der wiederum durch den Regelzähler 17 korrigiert wird.
Der Drehzahlzähler 13 kann zusätzlich noch in einfacher Weise zur Ruhestromabschaltung benützt werden, d.h. zur Abschaltung
der Zündanlage, wenn die Drehzahl unterhalb einen Wert abgesunken ist, der im normalen Betrieb möglich
ist. Diese sehr niedrige Drehzahl entspricht einem sehr hohen Zahlenwert im Zähler 13, der als Schwellwert in der
Schwellwertstufe 29 enthalten ist. Wird dieser Schwellwert
erreicht, so wird durch den Ausgang der Schwellwertstufe 29 einmal der Zähle.r 13 über den Sperreingang E für weitere
Zählvofgänge gesperrt und gleichzeitig das UND-Gatter 19 verriegelt, so daß keine Zündsignale vom Ausgang des
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!Comparators 18 zum elektronischen Schalter 21 gelangen können,
Da es aus Dynamikgründen nicht sinnvoll ist, den Schließwinkel bis zu kleinsten Drehzahlen zu regeln, kann der
Offenzeitzähler 14 sinnvollerweise eine geringere Zahl
Bits aufweisen als der Drehzahlzähler 13· Die in Fig. 4 als durchgezogene Linie dargestellte Schließwinkelkennlinie
erklärt sich daher wie folgt: Bei sehr kleinen Drehzahlen bis ca. 500 U/min ist der vom Drehzahlzähler 13 angebotene
Zahlenwert größer als der maximal mögliche Zahlenwert im Zähler 14. Der Zähler 14 übernimmt daher in jodem Zyklus
den gleichen, für ihn maximal möglichen Zahlenwert. Die Offenzeit ist.daher in diesem Bereich konstant, was bei
steigender Drehzahl zu einer Verringerung des Schließwinkels führt. Im Bereich zwischen 500 U/min und 3500 U/min
erfolgt eine reine Regelung ohne Einfluß der Schwellwertstufe 29 und des Zählers 15. Ab 3500 Umdrehungen beginnt
der Zähler 15 einen Einfluß auszuüben, indem durch diesen Zähler 15 eine minimale Schließzeit bei hohen Drehzahlen
gewährleistet ist. Dies geschieht dadurch, daß der Zähler 15 mit jeder Rückflanke des Zündzeitpunktgebers 10, 11
auf den festen Zahlenwert X gesetzt wird und abwärts zu zählen beginnt. Ab 3500 U/min ist dieser Zählvorgang
noch nicht beendet, wenn durch ein Ausgangssignal des Komparators 18 der Schließzeitbeginn vorgegeben wird.
Das UND-Gatter 19 bleibt jedoch gesperrt, bis ein Ausgangssignal am NOR-Gatter 30 erzeugt wird, durch das
das Zählende im Zähler 15 vorgegeben wird.
Natürlich können die Drehzahlgrenzen für die beschriebenen drei Bereiche durch Veränderung der Kapazität des Zählers
bzw. der Zählfrequenz 14 und durch Veränderung des festen Zahlenwerts X beliebig variiert werden, bzw. an die verschiedenen
Typen von Brennkraftmaschinen angepaßt werden.
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300982?
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird über die Klemme 12 dem Ausgangssignal des UND-Gatters 19
das Ausgangssignal des Zündzeitpunktgebers 10 bzw. 11 überlagert. Dies ist natürlich nur dann möglich, wenn
dieses Ausgangssignal ein sinnvolles Steuertastverhältnis von ungefähr 20 bis 35 % aufweist. Durch den Schwellwert
der Schwellwertstufe 33 wird festgelegt s unterhalb welcher
Drehzahl (im dargestellten Beispiel die Drehzahl HQO U/min),
die überlagerung einsetzen soll. Die Schwellwertstufe 33 soll dazu bistabiles Verhalten aufweisen, d.h., mit jeder
Rückflanke eines an der Klemme 12 anliegenden Signals Uli wird bei Überschreiten des Schwellwerts (entspricht Unterschreiten
der eingestellten Drehzahl) ein 1-Signal am Ausgang erzeugt, aufgrund dessen die Signale U12 das UND-Gatter
32 passieren können. Dieses 1-Signal bleibt solange erhalten, bis bei einer der folgenden Rückflanken eines
Signals Uli der Schwellwert wieder unterschritten wird. Diese Punktion kann auch durch ein einer einfachen Schwellwertstufe
nachgeschaltetes T-Flipflop realisiert werden. Die Wirkung besteht darin, daß ab dem Zeitpunkt der überlagerung
ein konstanter Schließwinkel durch das Signal Uli vorgegeben wird. Dies ist durch die unterbrochene
Linie dargestellt.
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4.2.1980 Ve/Hm
Zündanlage für Brennkraftmaschinen Zusammenfassung
Es wird eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einer Schließwinkelregelvorrichtung zur Regelung der Schaltzeiten
des elektronischen Schalters (21) im Primärstromkreis einer Zündspule (22) in Abhängigkeit der Signale einer rotierenden
Geberanordnung (10) oder eines Zündungsrechners (11) vorgeschlagen, wobei periodisch drehzahlabhängige Zahlenwerte in einer Zählvorrichtung (13) ermittelt und gesteuert
durch jeweils eine Planke eines Gebersignals oder eines Rechnersignals in einer weiteren Zählvorrichtung (14)
ausgezählt werden. Bei Erreichen eines festlegbaren Auslösezahlenwerts wird der elektronische Schalter (21) geschlossen
(Schließzeitbeginn). Dieser Auslösezahlenwert wird durch periodische Aufwärts-ZAbwärts-Zählvorgänge
in einem Regelzähler (17) festgelegt, wobei der Aufwärts
Zählvorgang zeitlich konstant und der Abwärtszählvorgang durch die Stromflußdauer des Stroms durch
die Zündspule (23) oberhalb eines festlegbaren Stromwerts bestimmt wird. Dies ermöglicht es, durch eine
einzige Gebersignalflanke pro Zyklus sowohl den Auszählvorgang des drehzahlabhängigen Zahlenwerts auszulösen,
wie auch den elektronischen Schalter zu öffnen (Zündzeitpunkt ).
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Claims (6)
- iJ.2.1980 Ve/Hm5ÖROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1Ansprüchei'l.J Zündanlage für Brennkraftmaschine mit einer Zündspule, in deren Primärstromkreis ein elektronischer Schalter und in deren Sekundärstromkreis wenigstens eine Zündstrecke geschaltet ist, mit einer Schließwinkelregelvorrichtung zur■ Regelung der Schaltzeiten des elektronischen Schalters in Abhängigkeit der Signale eines Zündzeitpunktgebers, in dem periodisch drehzahlabhängige Zahlenwerte ermittelt und gesteuert durch jeweils eine Planke eines Gebersignals in einer Zählvorrichtung ausgezählt werden, wobei bei Erreichen eines festlegbaren Auslösezahlenwerts der elektronische Schalter geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die jeweils eine Gebersignalflanke sowohl der Auszählvorgang des drehzahlabhängigen Zahlenwerts ausgelöst, wie auch der elektronische Schalter (21) geöffnet wird, und daß der Auslösezahlenwert durch periodische Aufwärts-/Abwärts-Zählvorgänge festgelegt wird, wobei die AufwärtsZählvorgänge zeitlich kon-130040/0124ORIGINAL INSPECTEDί Ι-...ι "-: ]"} 6 0 sostant und die Abwärts-Zählvorgänge durch die Stromflußdauer des Stroms durch die Zündspule (23) oberhalb eines festlegbaren Stromwerts bestimmt sind.
- 2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Zählvorrichtung (17) zur Bestimmung des
Auslöse::ahlenwerts sowie die Ausgänge der Zählvorrichtung (1*1) zur Auszählung der drehzahlabhängigen Zahlenwerte
über einen Komparator (18) mit dem elektronischen Schalter (21) verbunden sind. - 3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ruhestromabschaltung die Ausgänge einer Zählvorrichtung (13) zur Ermittlung der drehzahlabangigen Zahlenwerte mit einer Schwellwertstufe (29) verbunden sind, durch die über eine Torstufe (19) das Steuersignal für den elektronischen Schalter (21) sperrbar ist.
- 4. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Einhaltung einer minimalen Offenzeit des elektronischen Schalters (21) bei hohen Drehzahlen eine als Zeitglied geschaltete Zählvorrichtung (15) jeweils ab einem Zündzeitpunkt eine feste Zahl (X) auszählt und über eine Torstufe (19) während der Auszählung
das Steuersignal für den elektronischen Schalter (21)
sperrt.1 3 0 Oi 0 / 0 1 2'! :-ι-Ί '..']■':-'Vi ι 6 0 - 5. Zündanlage mit einem einen Grundschließwinkel vorgebenden Zündzeitpunktgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuersignal für den elektronischen Schalter (21) das Ausgangssignal des Zündzeitpunktgebers (10, 11) überlagert wird.
- 6. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der drehzahlabhängige Zahlenwert einer Schwellwertstufe
(33) zuführbar ist, durch die bei überschreiten einer
niederen Drehzahlschwelle das Ausgangssignal des Zündzeitpunktgebers (10, 11) über eine Torstufe (32) sperrbar ist, so daß keine Überlagerungen mehr stattfinden.130040/0124ORIGINAL
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