DE3013942A1

DE3013942A1 - Vorrichtung zur steuerung der vorverlegung des zuendzeitpunktes bei einer aufgeladenen brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3013942A1
Application number: DE19803013942
Authority: DE
Inventors: Gaston Arnaud
Original assignee: Societe Industrielle de Brevets et dEtudes SIBE
Current assignee: Societe Industrielle de Brevets et dEtudes SIBE
Priority date: 1979-04-13
Filing date: 1980-04-11
Publication date: 1980-10-16
Also published as: FR2453986B1; FR2453986A1; GB2047340A; US4351280A; IT8048395A0; DE3013942C2; GB2047340B; IT1127447B

Description

Vorrichtung zur Steuerung der Vorverlegung des Zündzeitpunktes bei einer aufgeladenen Brennkraftmas chine

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Steuerung der Vorverlegung des Zündzeitpunktes für aufgeladenen Brennkraftmaschinen.

Es ist bekannt, die Vorverlegung des Zündzeitpunktes einsr mit Zündkerzen ausgestatteten Brennkraftmashhine durch die kombinierten Wirkungen eines Systems, bei dem die Vorverlegung durch Zentrifugalwirkung erreicht wird, die eine Vorverlegung als wachsende Funktion der Drehzahl der Brennkraftmaschine ergibt, und eines Systems zu steuern, das auf den Unterdruck anspricht, der in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine an einer Stelle herrscht, die nur wenig stromauf von dem Drosselorgan angeordnet ist, das vom Fahrer betätigt wird, wenn dieses Drosselorgan die Stellung seiner geringsten Öffnung einnimmt, die dem Leerlauf der Brennkraftmaschine entspricht. Sobald man den Hotor belastet, indem man die Drosselklappe öffnet, dann wird die Entnahmestelle für den Unterdruck dem großen Unterdruck unterworfen, der durch die Ansaugwirkung des Motors hervorgerufen wird, und das.System besteht im allgemeinen aus einem pneumatischen Stellglied, das eine beachtliche Vorverlegung des Zündzeitpunktes bewirkt.

Bei nichtaufgeladenen Brennkraftmaschinen erhält man eine Kurve für den Frühzündzeitpunkt, die den verschiedenen Betriebsbedingungen gut angepaßt ist,. '* 030042/0877

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V/enn man eine solche Vorrichtung an eine mittels eines Turbokiompressors aufgeladene Brennkraftmaschine anpassen will, deren Turbine ihre Energie den Abgasen der Brennkraftmaschine entnimmt, dann begegnet man Schwierigkeiten, v/enn man diese Anpassung für alle Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine befriedigend anpassen will. Diese Schwierigkeiten beruhen auf der Tatsache, daß der Turbokompressor keine Wirkung ausübt, v/enn die Brennkraftmaschine im Leerlauf oder mit sehr geringer Belastung läuft, so daß die Brennkraftmaschine dann mit natürlicher Ansaugung arbeitet und von Teillast ausgehend einen wachsenden Ladedruck liefert, liegen der Aufladung muß die Vorverlegung des Zündzeitpunktes bei Vollast kleiner sein als bei einer nichtaufgeladenen Brennkraftmaschine.

Bis jetzt hat man, um eine zufriedenstellende Frühzündung zu erreichen, die Kurve der Vorverlegung des Zündzeitpunktes als ganzes in Richtung einer Verminderung der Vorverlegung verschoben. Dies hat jedoch den Nachteil, daß man eine zu geringe Frühzündung bei Teillast hat.

Die Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung zur automatischen Regulierung der Verschiebung des Zündzeitpunktes, die der Praxis besser entspricht, insbesondere erhält man eine Kurve, die allen Betriebsbereichen einer aufgeladenen Brennkraftmaschine gerecht wird.

Um dies zu erreichen, wird eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung einer mit Zündung arbeitenden, mit einem Turbokompressor· aufgeladenen Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die ein erstes Organ enthält, durch das der Zündzeitpunkt nach einer mit der Drehzahl wachsenden Funktion vorverlegt wird, ferner ein zweites Steuerorgan, das einem Steuerdruck unterworfen ist, der der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine entnommen wird, wobei gemäß der Erfindung dieses zweite Steuerorgan einerseits mit einer Stelle verbunden ist,

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die relativ zu dem vom Fahrer betätigten Drosselorgan von einer stromauf zu einer stromab dieses Drosselorgans liegenden Stelle übergeht, wenn das Drosselorgan von seiner Ruhestellung aus betätigt wird, und wobei dieses zweite Steuerorgan andererseits mit einer Stelle verbunden ist, die ständig stromauf dieses Drosselorgans liegt, so daß bei konstanter Last, ausgehend vom Leerlauf; eine zunehmende Vorverlegung des Zündzeitpunkts und anschließend bis zur Höchstdrehzahl eine Rückverlegung stattfindet.

Die. Vorrichtung kann rein mechanisch arbeiten, wobei das zweite Steuerorgan dann eine bewegliche Wand enthält, durch deren Verschiebungen die Vorverlegung gesteuert wird, und wobei diese- Wand eine Arbeitskammer bzw. einen Steuerdruckraum abschließt. Wird an diese Arbeitskammer ein Unterdruck angelegt, dann verschiebt sich die bewegliche .Wand in einer Richtung, die einer Vorverlegung des Zündzeitpunkts entspricht, wobei die Bewegung gegen die Wirkung einer ersten Feder erfolgt. Wird die Arbeitskammer unter Druck gesetzt, dann verschiebt sich die bewegliche Wand in einer Richtung, die einer Verminderung der Vorverlegung entspricht, wobei diese Bewegung gegen die Wirkung einer zweiten Feder erfolgt.

Die Vorrichtung kann auch mit elektronischen Mitteln gebau werden, und eine solche Ausführungsform ist von speziellem Interesse, wenn die Brennkraftmaschine mit einem Analog- oder Digitalrechner versehen ist, der gleichzeitig andere Funktionen erfüllen kann, z.B. die Dosierung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch typische Kurven der Vor

verlegung des Zündzeitpunktes in Ab-

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hängigkeit von der Drehzahl und bei konstanter Belastung zeigt.

Fig. 2 stellt in einem Schema die Zonen dar,

die der Aufladung einer Brennkraftmaschine entsprechen, wobei die Motorleistung gegen die Drehzahl abgetragen ist.

Fig. 3 zeigt in einem Schnitt ein Prinzip

schema, wobei man das Drucksteuerorgan einer Steuervorrichtung für die Frühzündung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung sieht. Die beweglichen Teile sind in einer Stellung dargestellt, die sie einnehmen, wenn der Motor mit Teillast', betrieben wird, und bevor er aufgeladen wird, eine Stellung, die der größten Vorverlegung des Zündzeitpunktes entspricht, die durch dieses zweite Steuerorgan bewirkt wird.

Fig. k entspricht der Fig. 3 und zeigt die

Organe in einer Stellung, die einer Verminderung der Vorverlegung des Zündzeitpunktes durch das zweite Steuerorgan entspricht, wobei die Bedingungen einer aufgeladenen Brennkraftmaschine entsprechen.

Fig. 5 zeigt in einem Blockschema die elek

tronische Anordnung für eine automatische Steuerung, die einer zweiten Ausführungsform der Erfindung entspricht.

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Bevor die Erfindung erläutert wird, werden einige allgemeine Ausführungen über die Frühzündung bei Brennkraftmaschinen gemacht.

In Fig. 1 zeigt die mit ausgezogenen Linien dargestellte Kurve 30 das allgemeine Verhalten einer Änderung des Frühzündungswinkels ⁰^ als Funktion der Drehzahl v. Ausgegangen wird dabei von der Leerlaufdrehzahl Vq. Sobald der Motor durch Öffnung des vom Fahrer zu betätigenden Drosselorgans geöffnet wird, ändert sich der Winkel der Frühzündung vom Ausgangswert OC Q auf einen Wert ^- -j · Wenn dann die Drehzahl bei konstanter Belastung zunimmt, vergrößert sich der"Winkel bis auf einen Wert C^ o» ^der erreicht ist, sobald die Drehzahl etwa die Hälfte der Maximaldrehzahl beträgt. Der Winkel der Frühzündung bleibt dann etwa konstant bis zur Maximaldrehzahl.

Wenn die Brennkraftmaschine mit einem Turbokompressor für eine Aufladung versehen ist, dann bewirkt der Turbokompressor eine Druckerhöhung nur in einem Gebiet, das der schraffierten Fläche in Fig. 2 entspricht. Die Vorverlegung der Zündung um den Winkel Of ■* ,die erforderlich ist,-damit die Brennkraftmaschine bei Vollast zufriedenstellend arbeitet, ist kleiner als die für OC₂. ^D*^e üblicherweise vorgeschlagene Lösung für dieses Problem bestand darin, daß man die gesamte Kurve so verschoben hat, daß sie die in Fig. 1 mit strichpunktierten Linien bezeichnete Stellung (31) einnahm.

Diese Lösung des Problems bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß eine zu geringe Vorverlegung im Teillastgebiet gibt. Gemäß der Erfindung erhält man eine Kurve 32, die einer Vorverlegung des Zündzeitpunktes entspricht, die mit zunehne:i~er Drehzahl allmählich abnimmt, ausgehend von dem Augenblick, in den die Aufladung wirksam wird.

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Bei der Ausführungsform, die schematisch in den Fig. 3 und dargestellt ist, erreicht man dieses Resultat auf mechanische weise. Diese Figuren zeigen eine Einlaßleitung 1, durch die die nicht dargestellte Brennkraftmaschine versorgt v/ird. Durch diese Einlaßleitung wird das Gemisüh aus Kraftstoff und Luft, das von einem nicht dargestellten Turbokompressor geliefert wird. Die F-inlaßleitung 1 ist mit einem Drosselorgan 2 ausgestattet, das aus einer Klappe besteht, die sich um eine Achse 3 dreht, die vom Fahrer über ein nicht dargestelltes Gestänge betätigt wird. Bis zu einer vorbestimmten Leistung (Fig. 2) arbeitet die Brennkraftmaschine so, wie sie mit natürlicher Ansaugung arbeiten würde. Oberhalb dieser Leistungsschwelle wird die Aufladung wirksam. Um die Auswirkungen zu begrenzen, wird ein Ventil, das häufig als "v/aste gate" bezeichnet wird, in die Auspuffleitung der Brennkraftmaschine eingesetzt, und dieses Ventil begrenzt den Druck, der dort herrscht, und die Abgabe der Abgase, die die Turbine des Turbokompressors durchströmen.

Die Brennkraftmaschine ist mit einer Vorrichtung ausgestattet, durch die der Zündzeitpunkt vorverlegt wird, und es sind hintereinander angeordnet ein Organ, durch das die Vorverlegung als direkte Funktion der Drehzahl bewirkt wird, im allgemeinen eine Zentrifugaleinrichtung oder ein pneumatisches Stellglied. Die Zentrifugaleinrichtung ist an sich bekannt und wird hier nicht dargestellt und beschrieben.

Das pneumatische Stellglied 6 enthält ein Gehäuse, das an mehreren Teilen zusammengesetzt ist und in dem verschiebbar eine Einrichtung untergebracht ist, an der ein Stab 5 befestigt ist, der die Vorverschiebung des Zündzeitpunktes bewirkt. Das Gehäuse 6 ist so befestigt, daß bei einer Verschiebung des Stabes 5 nach links der Zündzeitpunkt vorverlegt wird.

Eine Membrane 9 ist an ihrem Tüw-fang am Gehäuse befestigt und

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•trennt eine Steuerdrückkammer 7, die mit der Einlaßseite 1 verbunden ist, von einer Kammer 8, in der Atmosphärendruck herrscht. Der Mittelteil der Membrane 9 ist zwischen Schalen 10 und 11 eingefaßt, die fest mit dem Stab 5 verbunden sind. Eine Feder 12 ist in der Kammer 7 untergebracht und versucht, die bev/egliche Einrichtung des pneumatischen Stellgliedes 6 in der Darstellung der Fig. 4 nach rechts zu verschieben. Die Wirkung der Feder ist derjenigen Kraft entgegengesetzt, die auf die Membrane 9 ausgeübt wird, wenn in der Steuerdrud&kammer 7 ein Unterdruck herrscht.

Die Vorrichtung ist, soweit sie bis jetzt beschrieben wurde, bekannt. Die Steuerdruckkammer 7 ist aber mit der EinlaSlei— tung 1 nicht nur über eine Leitung 13 verbunden, die nit einer kalibrierten Öffnung 14 versehen ist, die in die Einlaßleitung 1 über eine Öffnung mündet, die von stromauf nach stromab relativ zur Kante der Drosselklappe 2 zu liegen kommt, wenn man diese aus ihrer Stellung in der kleinsten Öffnung, die in Fig. 3 mit strichpunktierten Linien angegeben ist, in Öffnungsrichtung bewegt, sondern auch mit einem Kanal 15, der mit einer kalibrierten Öffnung 16 versehen, ist und der in die Einlaßleitung 1 über eine Öffnung 17 mündet, die ständig stromauf der Kante der Drosselklappe 2 liegt.

Barüberhinaus ist der Anschlag, gegen den die Feder 12 die bewegliche Einrichtung zu verschieben, sucht, nicht fest. Er besteht aus einer Abstützung 20, auf die eine Feder 22 eine Kraft ausübt, die stärker ist als die der Feder 12, und die Feder 22 versucht diesen Anschlag in Richtung auf einen gehäusefesten Anschlag 21 zu verschieben, der in dem Gehäuse des Stellgliedes 6 vorgesehen ist. Die Abstützung 20 hat eine Ktttelöffnung, durch die der Stab 5 tritt.

Dieses pneumatische Stellglied arbeitet wie folgt·

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Wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf betrieben wird, dann nimmt die Drosselklappe 2 die Stellung ein, die in Fig. 3 mit strichpunktierten Linien eingezeichnet ist. Die Steuerdruckkammer 7 steht praktisch unter Atmosphärendruck. Die Feder 12 hält dann die bewegliche Einrichtung an der Abstützung 20, und diese liegt wiederum infolge der Wirkung der Feder 22 am festen Anschlag 21 an.

Wenn man die Brennkraftmaschine leicht belastet, indem man die Drosselklappe 2 in die Stellung bringt, die in Fig. 3 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist, dann kommt die Leitung 13 in eine stromab der Kante der Drosselklappe 2 liegende Stellung. Ein bedeutender Unterdruck wird auf die Steuerdruckkammer 7 übertragen und bewirkt eine Verschiebung der beweglichen Einrichtung nach links, entgegen der Wirkung der Feder 12. Diese Verschiebung endet, wenn die Schale 10 am Gehäuse des Stellgliedes 6 anliegt, was der größten Vorverlegung des Zündzeitpunktes entspricht, die durch das Stellglied 6 bewirkt wird.

Wenn man die Brennkraftmaschine noch weiter belastet, dann kommt man in ein Gebiet, wo der Turbokompressor einen Ladedruck liefert. Die Öffnung 17 ist dann einem Druck ausgesetzt, der mit der von ihr abgegebenen Leistung zunimmt. In einem vorbestimmten Augenblick liegt der Druck in der Steuerdruckkammer 7 zwischen dem, der an den kalibrierten Öffnungen 14 und 16 herrscht, und er reicht aus, daß sich die bewegliche Einrichtung neuerdings in der Figur nach rechts bewegt. Die bewegliche Einrichtung stützt sich dann an der Abstützung 20 ab, drückt diese Abstützung entgegen der Wirkung der Feder 22 zurück und vermindert zunehmend die Frühzündung, bis der Winkel der Frühzündung viegen der Druclcverhältnisse einen '..erx einnimmt, der der Volast entspricht und der dadurch bestirnt ist, daß die Abstützung 20 am Gehäuse des Stellglieds 6 anliegt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.

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Anstelle einer rein mechanischen Einrichtung kann die Steuervorrichtung auch mit elektronischen Kitteln bewirkt werden, wofür in Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

Die in Fig. 5 dargestellte Schaltung umfaßt einen eigentlichen Zündkreis, der aus einem Verstärker 40 besteht, der mit einem bekannten Verteiler 41 über eine ebenfalls bekannte elektronische Zündeinrichtung verbunden ist. Die Steuerung für die Frühzündung hat einen Drehzahlkanal und einen Unterdruckkanal, die nacheinander beschrieben v/erden. Der Drehzahlkanal umfaßt einen Fühler 42, beispielsweise einen Hagnetfühler, der über einen nicht dargestellten Impulsformer auf einen Drehzahlgenerator 43 wirkt, der drei Ausgänge aufweist, und außerdem auf einen Synchronisationskreis 44. Der Drehzahlgenerator liefert über einen ersten Ausgang 45 ein Signal, dessen Amplitude eine Funktion der Drehzahl ist. Dieses Signal wird einem Generator 46 mit variabler Verzögerung zugeführt. Dieser letztere liefert einen Ausloseimpuls an einen Hauptsteuerkreis 47, wobei dieser Impuls mit einer Verzögerung bezüglich des von 44 kommenden Synchronisationsimpulses geliefert wird und diese Verzögerung eine Funktion des Signales ist, das vom Generator 43 stammt.

Über einer vorbestimmten Drehzahl liefert der Drehzahlgenerator 43 ein Signal als Funktion der Drehzahl an einen zweiten Ausgang 48, der mit einem Generator -9 mit vorprogrammierter variabler Verzögerung verbunden ist. Dieser Generator erhält ebenfalls Zündsynchronisationsimpulse vom Synchronisationskreis 44, ferner ein vom Druckfühler 50 über einen Verstärker 51 mit variabler Verstärkung ankommendes Signal. Der Generator 49 liefert an den Hauptsteuerkreis 47 einen Auslöseimpuls, dessen Verzögerung bezüglich des Synchronisationsimpulses von dem Signal abhängt, das vom Ausgang 48 des Drehzahlgenerators geliefert wird, und außerdem von einem Signal, das von dem Verstärker 41 abgegeben wird, dessen Verstärkung

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durch den dritten Ausgang 52 des Drehzahlgenerators 43 ge- · steuert wird.

Der Hauptsteuerkreis 47 löst die Tätigkeit des Leistungsverstärkers 40 mit einer Verzögerung aus, die dem von 46 oder 49 empfangenen Signal entspricht, je nachdem, ob der eine oder andere der beiden Generatoren erregt ist.

Wenn der Fühler 53 für den Langsamlauf,im allgemeinen ein Schwellendetektor, dessen Eingang mit dem des dem Fühler 42 zugeordneten Impulsformers verbunden ist, ein Signal liefert, das anzeigt, daß die Brennkraftmaschine im Leerlauf dreht, dann werden die Eingänge des Steuerkreises 47, die von den Generatoren 46 und 49 kommen, unterbrochen, und man erhält eine festsVerzögerung der Zündung.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist die folgende. Im Leerlauf bei einer Drehzahl v_Q bewirkt der Kreis 53 eine Frühzündung mit einem vorbestimmten winkel O£q.

Wenn die Brennkraftmaschine mit Teillast betrieben wird, wird durch den Synchronisationskreis 44 und den Generator 46 eine Änderung der Frühzündung bewirkt, die eine zunehmende Funktion der Drehzahl ist.

Bei einer vorbestimmten Drehzahl bewirkt der Drehzahlgenerator 43, daß der Generator 49 und der Verstärker 51 mit variabler Verstärkung in Tätigkeit treten. Durch diese letztere Einrichtung wird die Frühzündung als Funktion des Druckes korrigiert,und von einer bestimmten Drehzahl ab wird die Vorverlegung des Zündzeitpunkts allmählich geringer.

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. · Dr. E. Assrrinn - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-lng. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

.umstein jur

PATENTANWÄLTE

München 2 ■ Brauhausstraße 4 - Telefon SammelNr. 225341 - Telegramme Zumpat - Telex 529979

D. 873 1/Li

SOCIETE INDUSTRIELLE DE BREVETS ET D«ETUDES S.I.B.E., Heuilly~sur-Seine,Frankreich

PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Frühzündung für eine mit Zündkerzen versehene und durch einen Turbokonpressor aufgeladene Brennkraftmaschine, die ein erstes Organ aufweist, durch das der Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von einer wachsenden Funktion der Drehzahl vorverlegt wird, ferner ein zweites Steuerorgan, das durch einen Steuerdruck betätigt wird, der der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine entnommen wird,

dadurch gekennzeichnet., daß das zv/eite Steuerorgan (6) einerseits mit einer Stelle (14) verbunden ist, die von stromauf bis stromab-relativ zum Drosselorgan (2) zu liegen kommt, wenn der Fahrer dieses Drosselorgan von der Schließstellung aus öffnet, und das andererseits mit einer Stelle (17) verbunden ist, die ständig stromauf von diesem Drosselorgan so angeordnet ist, daß bei konstanter Motorbelastung eine zunehmende Vorverlegung des

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Zündzeitpunkts vom Leerlauf aus erfolgt, und anschließend eine Verminderung der Vorverlegung des Zündzeitpunktes "bis zu einer Höchstdrehzahl.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Steuerorgan (6) ein Gehäuse aufweist, in dem eine bewegliche Wand (9) vorgesehen ist, die eine Steuerdruckkammer (7) begrenzt, wobei dann, wenn Unterdruck in dieser Steuerdruckkammer auftritt, die bewegliche Wand in einer Richtung verschoben v/ird, die einer Erhöhung der Vorverlegung des Zündzeitpunktes entspricht, wobei diese Bewegung gegen die Wirkung einer ersten Feder (12) erfolgt, während dann, wenn Druck in der Steuerdruckkammer auftritt, die Wand in einer Richtung verschoben wird, die einer Verminderung der Vorverlegung des Zündzeitpunktes entspricht, und diese Bewegung gegen die Wirkung einer zweiten Feder (22) erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Feder (22) zwischen dem Gehäuse des Steuerorgans und einem Stützteil (20) zusammengedrückt wird, das sich an einem festen Anschlag (21) abstützen kann, wobei dieses Stützteil einen beweglichen Anschlag für diese Wand bildet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Feder (22) eine Kraft ausübt, die größer ist als die der ersten Feder (12).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Steuerdruckkammer (7) über eine erste Drosselöffnung (14) mit einer Stelle der Ansaugleitung verbunden ist, die bei einer Öffnung des Drosselorgans von stromauf nach stromab relativ zu diesem Drosselorgan zu lio- gen kommt, ferner durch eine weitere Drosselöffnung (16), die ständig stromauf des Drosselorgans (2) liegt.

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Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da3 das erste Drosselorgan einen Drehzahlgenerator (42,43) aufv/eist, der ein Signal mit einer der Drehzahl entsprechenden Amplitude an einen Generator (49) mit variabler Verzögerung liefert,und daß ein Verstärker vorgesehen ist, dessen Verstärkung durch den Drehzahlgenerator (43) gesteuert wird.

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