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Zündanlage für Brennkraftmaschinen
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach
der Gattung des Hauptanspruchs. Die Belastung eines induktiven Zündmarkengebers
durch ein Impedanzglied zum Zwecke der Zündzeitpunktverschiebung ist aus der DE-OS
2 619 443 bekannt.
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Dort wird ab einer bestimmten Drehzahlschwelle diese Zündzeitpunktverschiebung
sprunghaft bewirkt. In vielen Fällen, z.B. bei Anpassung einer Zündverstellkennlinie
an die Klopfgrenze, ist es jedoch wünschenswert, den Zündzeitpunkt durch Belastung
des Gebersingals kontinuierlich zu verstellen und rückzuverstellen.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie diese kontinuierliche
Verstellung und Rückverstellung des Zündzeitpunkts in einem oder in mehreren Drehzahlbereichen
ermöglicht. Dadurch entstehen keine Momentensprünge der Brennkraftmaschine, wodurch
ein Ruckeln verhindert wird.
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Die benötigten Zeiten können sehr genau und einfach abgeglichen werden,
insbesondere einfacher als Schwellen mit Hysterese. Es können sehr komplexe Kennlinien
erzeugt werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich.
Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der Zeitglieder als einziger digitaler
Zähler. Durch Dekodierung von Zahlenbereichen kann praktisch eine beliebige Zahl
von zueinander verzögerten, festen Zeiten erzeugt werden, die als Belastungssignale
dienen.
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Manche Zündanlagen, insbesondere Zündanlagen mit Schließwinkelregelung,
weisen einen durch die positive Halbwelle der Geberspannung aufladbaren Regelkondensator
auf. In Abhängigkeit der Kondensatorspannung wird drehzahlabhängig der Schaltpegel
einer Schwellwertstufe verschoben.
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Dieses Prinzip würde bei Belastung der positiven Halbwelle des Zündmarkengebers
zur Zündzeitpunktverschiebung nicht mehr funktionieren. Eine vorteilhafte Maßnahme
zur Aufrechterhaltung der genannten Funktion ist die Steuerung eines auf- und entladbaren
Speichers als Drehzahlgeber
durch das weitere Zeitglied. Das in
diesem Drehzahlgeber erzeugte Signal wird als Strom dem mit der genannten Schwellwertstufe
verbundenen Anschluß des Zündmarkengebers zugeführt, so daß die Pegelverschiebung
trotz Belastung des Gebersignals erhalten bleibt.
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Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig.
1 ein Schaltungsbeispiel einer analogen Ausführungsform, Fig. 2 ein Signaldiagramm
zur Erläuterung der Notwendigkeit einer Zündzeitpunktverschiebung, Fig. 3 und 4
Signaldiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Zündzeitpunktverschiebung
durch Geberbelastung bei verschiedenen Drehzahlen und Fig. 5 ein Schaltungsbeispiel
einer digitalen Ausführungsform.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele In dem in Fig. 1 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel ist ein Zündmarkengeber 10 dargestellt, der aus einem
induktiven Aufnehmer 11 sowie aus einem rotierenden, insbesondere mit der Kurbelwelle
oder Nockenwelle einer Brennkraftmaschine verbundenen Teil 12 besteht, das vier
Zündmarken 13, bzw. vier Winkelsegmente aufweist. Die beiden Ausgänge des Aufnehmers
11 sind mit einer elektronischen Zündschaltung 14 verbunden, wie sie z.B. aus der
DE-PS 2 124 310, der DE-PS 2 549 586 oder der DE-OS 2 833 343 bekannt ist. Solche
Zündschaltungen dienen der Signalaufbereitung der Gebersingale und weisen üblicherweise
eine Schließwinkelsteuerung bzw. -Regelung auf. Ihr Endstufentransistor 15 steuert
den Stromfluß durch die Primärwicklung einer Zündspule 16, in deren Sekundärstromkreis
wenigstens
eine Zündkerze 17 geschaltet ist. Bei mehreren Zündkerzen kann in bekannter Weise
eine mechanische oder nicht-mechanische Hochspannungsverteilung vorgesehen sein.
Zur Veränderung des Zündzeitpunkts in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine,
wenigstens jedoch des Parameters Drehzahl, ist üblicherweise der Geberanordnung
10 eine in Fig. 1 nicht näher dargestellte mechanische Fliehkraftverstellung oder
in der Zündschaltung 14 eine elektronische Zündverstelleinrichtung vorgesehen.
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Die beiden Ausgänge der Geberanordnung 10 sind weiterhin mit einer
Schaltung 18 zur Steuerung der Geberbelastung verbunden. Ein Anschluß des Aufnehmers
11 ist über einen Belastungswiderstand 19 und eine in Reihe dazu geschaltete Diode
20 mit dem Kollektor eines Transistors 21 verbunden, dessen Emitter über eine weitere
Diode 22 mit dem zweiten Anschluß des Aufnehmers 11 verbunden ist. Parallel zur
Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 21 ist eine Z-Schutzdiode 23 geschaltet.
Der Kollektor des Endstufentransistors 15 ist mit dem Triggereingang eines ersten
Zeitglieds 24 verbunden, dessen Ausgang über ein weiteres Zeitglied 25 und einen
dazu in Reihe geschalteten Widerstand 26 an die Basis des Transistors 21 angeschlossen
ist. Diese Basis ist weiterhin über einen aus zwei Widerständen 27, 28 bestehenden
Spannungsteiler an Masse gelegt. Ein Abgriff dieses Spannungsteilers 27, 28 ist
mit dem Emitter des Transistors 21 verbunden.
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Der Verknüpfungspunkt zwischen den beiden Zeitgliedern 24, 25 ist
über die Reihenschaltung zweier Widerstände 29, 30 mit der Basis eines weiteren
Transistors 31 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand 32 mit dem Verknüpfungspunkt
zwischen
der Diode 22 und dem Aufnehmer 11 verbunden ist. Der Verknüpfungspunkt zwischen
den beiden Widerständen 29, 30 ist über einen Kondensator 33 an Masse gelegt. Eine
Versorungsbatterie 36 bewirkt die notwendige Stromversorgung für die Zündspule 16,
die Zündschaltung 14, den Kollektor des Transistors 31 sowie in nicht näher dargestellter
Weise noch andere Bauelemente, wie z.B. die Zeitglieder.
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Das als retriggerbares Zeitglied 24 ausgebildete Zeitglied weist einen
Sperreingang 34 auf zur Sperrung eines eventuell durch ein Triggersignals erzeugten
Ausgangssignals. Dieser Sperreingang 34 ist mit einem Schalter 35 verbunden, der
in Abhängigkeit eines bestimmten Belastungszustands des Motors schaltet. Dieser
Schalter 35 kann z.B. ein Drosselklappenschalter sein. Die beiden Zeitglieder 24,
25 können vorteilhaft durch den integrierten Schaltkreis MC 14538 (Motorola) realisiert
werden.
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Induktive Geber weisen eine Eigenverstellung auf, die durch die Ankerrückwirkung
(Belastung) hervorgerufen wird. Dieser Effekt wird durch die Schaltung 18 und z.B.
auch durch den eingangs angegebenen Stand der Technik gezielt zur Verstellung des
Zündzeitpunkts ausgenutzt. In Fig. 2 ist eine einfache Zündverstellkennlinie 40
dargestellt, wie sie z.B.
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durch einen einfachen, mechanischen Fliehkraftversteller erzeugt wird.
Eine solche Zündverstellkennlinie beschreibt die Abhängigkeit des Zündverstellwinkels
von der Drehzahl n.
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Der leichte Rückgang des Zündverstellwinkels oberhalb der Drehzahl
1000 U/min bei Erhöhung der Drehzahl ist durch die natürliche Ankerrückwirkung bedingt.
Die Linie 41 zeigt die experimentell oder theoretisch ermittelte Klopfgrenze einer
bestimmten Brennkraftmaschine. Da diese Klopfgrenze die Zündverstellkennlinie 40
schneidet, würde im dargestellten Fall zwischen den Drehzahlen 2300 und 2800 U/min
ein Klopfen
auftreten. Mit den üblichen Fliehkraftverstellungerl
und einfachen elektronischen Zündverstelleinrichtungen müßte der gesamte Abschnitt
oberhalb 1000 Umdrehungen nach "spät" zurückgenommen- werden. Dies zeigt die unterbrochene
Linie 42. Eine nicht geringe Leistungseinbuße wäre dartiber hinaus mit einer solchen
Rücknahme verbunden. Durch die Schaltung 18 ist eine Zündverstellung nach "spät"
gezielt in- einem schmalen Bereich möglich. Dies zeigt die Kurve 43. Eine Leistungseinbuße
und -Verringerung des Wirkungsgrads über den gesamten Bereich kann dadurch verhindert
werden.
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In Fig. 3 ist der Spannungsverlauf (U10, durchgezogene Linie) der
induktiven Geberanqrdnung 10 über der Zeit dargestellt.
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Beim Nulldurchgang von,+ nach - erfolgt die Zündung. Dies bewirkt
üblicherweise ein Komparator in der elektronischen Zündschaltung -14. Mit dem Zündimpuls
wird das erste Zeitglied 24 getriggert, wodurch eine Signalfolge U24 erzeugt wird.
Die Haltezeit des ersten Zeitglieds 24 beträgt tl.
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Mit der Rückflanke eines Signals U24 wird das zweite Zeitglied 25
getriggert, das eine Haltezeit t2 aufweist. Es entsteht- die Sigrlalfolge U25. Fig.
3 zeigt ungefähr-die Verhältnisse bei einer Drehzahl von 2400 U/min. Während eines
Signals- U25 -wird über den Widerstand 26 der Transistor 21 in den strornleitenden
Zustand gesteuert und belastet die Geberspannung über den Widerstand 19, sofern
eine positive Halbwelle vorliegt. Bei neg-ativen Halbwellen sperrt z.B. die Diode
20. Somit tritt erst ab dem Zeitpunkt t3 eine Belastung der Geberspannung und damit
eine Auswirkung auf den Zündzeitpunkt auf. Die unterbrochen dargestellte-Linie zeigt
den Verlauf der Geberspannung bei Belastung. Bis zum Zeitpunkt t4, also bis zum
Ende eines Signals U25, ist diese Belastung wirksam, so daß nur ein geringer- Spannungsansti-eg
der Geberspannung zu verzeichnen- ist. Nach der Belastung nähert sich die Geberspannung
wieder
rasch dem ursprünglichen Wert an. Der Nulldurchgang erfolgt jedoch noch um den Winkel
nach spät tt verschoben, so daß sich der Zündzeitpunkt entsprechend verschiebt.
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Durch die Zeitglieder 24 und 25 wird eingestellt, ab wann die Belastung
beginnen soll, und mit dem Zeitglied 25 wird -eingestellt, wielange die Belastung
dauern soll. Den Grad der Belastung bestimmt die Dimensionierung des Widerstands
19. Dadurch kann in beliebigen Drehzahlbereichen der Zündzeitpunkt in bestimmten
Grenzen beliebig verändert werden.
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Im dargestellten Beispiel müssen die Zeiten tl und t2 so gewählt werden,
daß erst bei einer Drehzahl von 2000 U/min die Rückflanke eines Signals U25 den
Zeitpunkt t3 erreicht. Erst ab dieser Drehzahl beginnt dann die Zündzeitpunktverstellung.
Etwa bis zur Drehzahl 2600 U/min wandert der Bereich t2 immer weiter in die positive
Halbwelle hinein, bis schließlich die gesamte Halbwelle von t2 umfaßt wird. Diese
Verhältnisse sind in wig. 4 dargestellt.
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Nunmehr ist die gesamte positive Halbwelle belastet, was zu einer
größtmöglichen Zündzeitpunktverschiebung führt. Wird die Drehzahl nun weiter erhöht,
so entsteht ein wachsender Bereich zu Beginn der positiven Halbwelle, in dem keine
Belastung stattfindet, da jetzt der Bereich tl sowohl die negative Halbwelle wie
auch einen wachsenden Teil der positiven Halblwelle umfaßt. Die Verstellung geht
wieder zurück, bis keine überlappung von t2 und der positiven Halbwelle mehr stattfindet.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Haltezeit des Zeitglieds 24 größer als der Zündabstand,
so daß das Zeitglied 25 nicht mehr getriggert wird.
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Die Diode 22 dient als Schutzdiode für den Transistor 21 gegen positive
Geberspannungen an diesem Punkt. Durch den Spannungsteiler 27, 28 wird ein Basisstrom
zum Aufnehmer 11 verhindert, der in der Zündschaltung 14 eine Pegelverschiebung
bei Anliegen der negativen Halbwelle bewirken würde.
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Gemäß dem angegebenen Stand der Technik zur elektronischen Zündschaltung
14 wird dort üblicherweise ein Kondensator während einer positiven Halbwelle der
Geberspannung aufgel-aden und während der negativen Halbwelle wieder um einen bestimmten
Betrag entladen. Es wird somit eine drehzahlabhängige Spannung erzeugt, die den
Schließwinkel drehzahlabhängig beeinflußt. Durch einen mit der Geberspannung verbundenen
Komparator werden die Schaltschwellen festgelegt. Eine Rückkopplung der Kondensatorspannung
auf einen Komparatoreingang beeinflußt drehzahlabhängig diese Schaltschwellen. Eine
Verwendung der Schaltung gemäß Fig. 1 auf eine Zündschaltung 14 gemäß der DE-PS
2 549 586 ist unproblematisch, da dort der erwähnte Kondensator über die Versorgungsspannung
geladen wird. Bei Anwendung auf eine Zündschaltung 14 gemäß der DE-PS 2 124 310
oder der DE-OS 2-833 343 entstehen jedoch dadurch Probleme, daß dort die Aufladung
dieses Kondensators durch die Geberspannung selbst erfolgt. Bei Belastung der Geberspannung
durch den Widerstand 19 kann somit der Kondensator nicht mehr ausreichend geladen
werden, so daß eine unerwünschte Pegelverschiebung erfolgen würde. Dies verhindert
die Schaltung 29 bis 33. über den Widerstand 29 wird der Kondensator 33 während
der Zeit tl geladen, so daß dort eine drehzahlabhängige Spannung gewonnen wird.
Diese drehzahlabhängige Spannung wird über den Widerstand 30, den Transistor 31-und
dem Widerstand 32 auf einen Geberanschluß eingekoppelt, so daß trotz Belastung der
Geberspannung die
beschriebenen, unerwünschten Effekte nicht eintreten:
Es erfolgt keine unerwünschte Pegelverschiebung und keine unerwünschte Verringerung
des Schließwinkels. Der Transistor 31 ist als Emitterfolger geschaltet und erzeugt
einen Strom über den Widerstand 32, der in Abhängigkeit der Spannung am Kondensator
33 ist. Der Begrenzungswiderstand 30 sorgt dafür, daß der Kondensator 33 nicht vollständig
entladen wird, wenn der mit dem Widerstand 32 verbundene Anschluß des Aufnehmers
11 stark negativ wird.
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Das in Fig. 5 dargestellte, zweite Ausführungsbeispiel zeigt eine
digitale Realisierung der Zeitglieder 24, 25, sowie eventuell benötigter weiterer
Zeitglieder. Der Kollektor des Transistors 15 ist mit dem Rücksetzeingang R eines
digitalen Zählers 50 verbunden, dem eine Zähltaktfrequenz zugeführt ist. Die Zahlenausgänge
dieses Zählers 50 sind mit einer Dekodierstufe 51 verbunden, die z.B. eine logische
Gatteranordnung sein kann. Der Ausgang der Dekodierstufe 51 ist mit der Basis des
Transistors 21 verbunden.
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Mit jedem Zündimpuls wird der Zähler 50 rückgesetzt und beginnt erneut
aufwärts zu zählen. Die Dekodierstufe 51 ist so eingestellt. daß ab einem nach der
Zeit t1 erreichten Zahlenwert diese Dekodierstufe 51 ein Ausgangssignal abgibt,
das solange andauert, bis nach einer weiteren Zeitspanne t2 ein weiterer Zahlenwert
erreicht ist, bei dessen Erreichen die Dekodierstufe 51 ihren Ausgang wieder sperrt.
Dadurch wird wie bei Fig. 1 der Transistor 21 während der Zeit t2 angesteuert. Der
große Vorteil der in Fig. 5 dargestellten Schaltung besteht darin, daß durch die
Dekodierstufe 51 weitere Zahlenintervalle und damit Zeitintervalle dekodiert werden
können, so daß eine praktisch beliebige Zahl von Zeitgliedern und Zeiten durch
einen
einzigen Zähler 50 und eine einzige Dekodierstufe 51 realisiert werden können. Es
können daher zu verschiedenen Zeiten verschieden lange Ausgangssignale und damit
Steuersignale für den Transistor 21 erzeugt werden, wodurch der Geber zu verschiedenen
Zeiten verschieden lang belastet werden kann. Eine sehr exakte Anpassung an die
Klopfgrenze wird dadurch ermöglicht, insbesondere dann, wenn mehrere Bereiche der
Klopfgrenze in eine einfache (z.B. lineare) Zündverstellkennlinie hineinragen. Soll
die Belastung während der verschiedenen Drehzahlbereiche unterschiedlich erfolgen,
so kann die Anordnung 19, 20, 21 mehrfach mit verschiedener Dimensionierung des
Widerstands 19 ausgeführt werden, wobei in Abhängigkeit der dekodierten Zeit, bzw.
des dekodierten Zählenbereichs diese verschiedenen Schaltzweige durch die Dekodierstufe
21 angesteuert werden.
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Wie Fig. 1 zeigt, kann die Schaltung 18 sehr einfach auch nachträglich
noch an eine vorhandene Zündanlage angeschlossen werden, z.B. zur nachträglichen
Anpassung an eine Klopfgrenze oder zur Anpassung der gleichen Zündanlage an verschiedene
Brennkraftmaschinen mit unterschiedlicher Klopfgrenze. Ebensogut kann die Schaltung
18 natürlich auch in der elektronischen Zündschaltung 14 integriert sein.