DE3100404A1

DE3100404A1 - Kontaktlose magnetzuendanlage

Info

Publication number: DE3100404A1
Application number: DE3100404A
Authority: DE
Inventors: Takanori Himeji Hyogo Fujimoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1980-02-08
Filing date: 1981-01-09
Publication date: 1981-12-10
Also published as: DE3100404C2; FR2475639A1; US4441478A; FR2475639B1; JPS56113051A

Description

Kontaktlose Magnetzündanlage

Die Erfindung betrifft eine kontaktlose elektronische Magnetzündanlage und insbesondere eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Zündzeitpunkts in Abhängigkeit von der Drehzahl einer durch Schaltung einer Zündanlage gezündeten Brennkraftmaschine .

Bisherige Brennkraftmaschinen-Zündanlagen der angegebenen Art sind so ausgelegt» daß jeweils ein Zündsignal zu jedem Zündzeitpunkt der Maschine erzeugt und durch dieses Zündsignal ein Halbleiter-Schalterelement, etwa ein Thyristor oder ein Transistor, durchgeschaltet wird, um an der Sekundärseite der Zündspule eine Zündspannung zu induzieren. Der Zündzeitpunkt wird dabei naturgemäß durch eine Wellenform des in Synchronismus mit der Umdrehung der Maschine erzeugten Zündsignals bestimmt. Mit anderen Worten: diese bisherigen Zündanlagen vermögen Frühzündungen (spark advances) zur Verhinderung einer Rückwärtsdrehung der Maschine im Niedrigdrehzahlbereich zu gewährleisten, doch vermögen sie nicht die Erfordernisse bezüglich der Zündzeitpunktzurücknahme (spark receding) sowie die anderen Erfordernisse zur Erhaltung der Maschinenleistung im mittleren und oberen Drehzahlbereich zu erfüllen.

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Die bisherigen elektronischen
tungen der genannten Art sind weiterhin für die Bestimmung des Zündzeitpunkts einer bestimmten ifeicMae ausgelegt» indem die Drehzahl der Brennkraftmaschin© for ihrem erforderlichen Zündseitpunkt gemessen wird» Di® Drehsalil von Brennkraftmaschinen schwankt jedoch im Itfietelgdrehsalilbereieh und insbesondere in der Inlaßphase sehr starke Wenn uatsr diesen Bedingungen der Zündzeitpunkt durch I3@ssimg der Dreligahl vor dem erforderlichen Zündseitpunkt gesteuert wird» entspricht der so ermittelte Zündseitpunkt nicht dem erforderlichen Zündwinkel, vielmehr ist der so ermittelte Zündwinkel ge= genüber der erforderlichen Zündposition stark verzögert» Außerdem ändert sich die G-röße dieser Verzögerung erheblich» so daß kein stabiler Zündseitpunkt erhalten wird.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Ausschal= tung der geschilderten lachteile des Stands der !Technik durch Schaffung einer verbesserten Magnetsündanlage» welche die erforderliche Zündverstellungscharakteristik tei. -kennlinie im mittleren und oberen Drehsahlbereich der betreffenden Brennkraftmaschine sicher au gewährleisten vermag«

Diese Aufgabe wird bei einer Magnetzündanlage der angegebenen Art erfindungsgemäß gelöst durch eine Strom- oder Spannungsquelle zur Erzeugung eines positiven und eines negativen Ausgangssignals in Synchronismus mit der Drehung einer Brennkraftmaschine j durch eine Zündspule» welcher die Ausgangssignale der Strom- oder Spannungsquelle nach Gleichrichtung zuführbar sind₅ ein Schalt(er)element aur Steuerung der Übertragung des gleichgerichteten Ausgangssignals sur Zündspule» durch einen ersten WinkelStellungsgeber zur Erzeugung eines ersten Winkelsignals in Synchronismus mit der Drehung der Brennkraftmaschine entsprechend.einer vorbe-

stimmten Kurbelwellenstellung derselben, durch einen zweiten Winkel st ellungsgeb er zur !Lieferung eines zweiten Winkelsignals in Synchronismus mit der Drehung der Brennkraftmaschine entsprechend ihrer Kurbelwellenstellung, wobei dieses zweite Winkelsignal um einen vorbestimmten Winkel gegenüber der vorbestimmten Kurbelwellenstellung verzögert ist, eine größere Impulsbreite besitzt als das erste Winkelsignal und dem Schalt(er)element unmittelbar zuführbar ist, durch eine Zündzeitpunkt-Rechenschaltung zur Berechnung eines Zündzeitpunkts nach Maßgabe der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine aus dem ersten Winkelsignal und durch eine Steuerschaltung, die auf ein als Ergebnis der von der Zündzeitpunkt-Rechenschaltung durchgeführten Berechnung geliefertes Signal anspricht, um das zweite Winkelsignal über diese Steuerschaltung abzuleiten bzw. diese zu überbrücken (to bypass).

Zur Gewährleistung stabiler und genauer Zündzeitpunkte bei stark schwankender Drehzahl im Uiedrigdrehzahlbereich kennzeichnet sich die erfindungsgemäße Magnetzündanlage in weiterer Ausgestaltung dadurch, daß sie erste Einrichtungen zur Bildung oder Bestimmung einer zusammengesetzten bzw. Verbund-Frühzündungskennlinie aus einer auf dem ersten Winkelsignal beruhenden ersten Frühzündungskennlinie und einer auf dem zweiten Winkelsignal beruhenden zweiten Frühzündungskennlinie, um nur einen Teil der Spätzündungsseite (receding side) der Verbund-Frühzündungskennlinie an der Zündung teilhaben zu lassen, zweite Einrichtungen zur Bildung oder Bestimmung der Früh- und Spätzündungsseiten (advance and receding sides) von erster bzw. zweiter Frühzündungskennlinie bei und unter einer vorbestimmten Maschinendrehzahl und dritte Einrichtungen zur Bildung oder Bestimmung der Spät- und Frühzündungsseiten von erster bzw. zweiter Frühzündungskennlinie oberhalb der vorbestimmten Maschinendrehzahl aufweist.

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Im folgenden sind bevorzugte AusführTingsfoExasB. der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnlang näher erläutert. Es zeigen?

ig_o 1 ein Schaltbild einer Magnetztindanlage mit Merkmalen nach der Erfindung»

Fig. 2 eine Teilvorderansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus der Winkelstellungsgeber gemäß !ig. 1?

Pig. 3 ein Schaltbild sur Verdeutlichung der Einzelheiten der Zündseitpunkt-Rechenschaltraig gemäß Fig» 1 zusammen mit augeordneten Bauteilen.»

Figo 4 eine graphische Barstellung d©r Ausgangskennlinie eines Frequenz/Spannungs-Wandlers naeh Hg. 3s>

Mg. 5 graphische Darstellungen von an verschiedenen Stellen der Anordnung nach Pig. 1 oder 3 entstehenden Wellenformen»

Fig., 6 eine graphische Darstellung der Frühsündungskennlinie bei der Anordnung nach Mg« 1 oder 3»

Mg. 7 eine Fig. 6 ähnelnde Darstellung für eine Abwandlung der Erfindung»

Mg. 8 graphische Darstellungen von Wellenformen> die an verschiedenen Stellen der Anordnung nach Mg. 1 oder 3 in einem ÜTiedrigdrehzahlbereich mit großen DrehzahlSchwankungen auftreten _t und

Fig« 9 eine Fig. 8 ähnelnde Darstellung für eine Abwandlung der Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Kondensatorentladung-Magnetzündanlage gemäß der Erfindung. Die dargestellte Anordnung umfaßt eine Erzeugerwicklung 10 an einem nicht dargestellten Magnetzünder (magneto) als Strom- bzw. Spannungsquelle zur Lieferung einer Wechselspannung mit positiver und negativer Polarität in Synchron!siiius mit der Umdrehung einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine, eine über die Erzeugerwicklung 10 geschaltete Halbleiter-Diode 12 und eine weitere, mit der Erzeugerwicklung 10 in Reihe geschaltete Halbleiter-Diode 14. Die Diode 12 liegt mit der Anode an Masse. Die Dioden 12 und 14 dienen zum Gleichrichten der Wechselspannung von der Wicklung 10. Die Diode 14 liefert die gleichgerichtete Spannung zu einem Kondensator 16» um diesen mit der angegebenen Polarität aufzuladen. Der Kondensator 16 ist an eine Halbleiter-Diode 18 angeschlossen, die einen Teil seiner Entladungsschaltung bildet und die an Masse liegt. Über diese Entladungsschaltung ist eine Zündspule 20 geschaltet, die insbesondere eine zwischen den Kondensator 16 und Masse geschaltete Primärwicklung 20a und eine Sekundärwicklung 20b aufweist, die an der einen Seite mit dem Kondensator 16 und der Primärwicklung 20a und an der anderen Seite mit einer an Masse liegenden Zündkerze 22 verbunden ist.

Ein Thyristor 24, der zwischen die Verzweigung bzw. Verbindung des Kondensators 16 und der Diode 14 und Masse geschaltet ist, bildet den anderen Teil der Entladungsschaltung für den Kondensator 16. Der Thyristor 24 dient als Sehalterelement; wenn er sich im Durchschaltzustand befindet, entlädt er eine im Kondensator 16 gespeicherte elektrische Ladung zur Primärwicklung 20a der Zündspule.

Die dargestellte Anordnung umfaßt weiterhin eine Signalspule 26 als ersten Winkel(stellungs)geber zur Erzeugung eines ersten Winkelsignals a mit der angegebenen Polarität

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in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Kurbelwellenatellung der BrennkraftmascMne. Eine weitere Signalapule 28 bildet einen zweiten Winkelgeber zur Erzeugung eines zweiten Signals b mit der angegebenen Polarität in Abhängigkeit von der Kurbelwell enstelluag der Maschine» welche um einen vorbestimmten Winkel θ relativ zur vorgegebenen Kurbelwellenstellung» bei welcher das erste Signal a erzeugt wird» versögert ist» Die beiden Signale a und b dienen sur Lieferung von Züxidsignalen für die Maschine» wobei jedoch das zweite Signal b eine größere Impulsbreite bzw» -dauer besitzt als das erste Signal a«.

Die Signalspulen 28 und 26 sind an zugeordnete Halbleiter-Dioden 30 bzwο 32 angeschlossen^ die einen Stromfluß in Rückwärtsrichtung verhindern«

Die Diode 30 ist über eine Klemme (junction) F mit einem Widerstand 32 verbunden» der seinerseits über eine Klemme bzw. einen Anschluß G an die Gate-Elektrode des Thyristors 24 angeschlossen ist. Die G-ate-Elektrode ist über einen Gate-Widerstand 34 an Masse angeschlossen»

Die Diode 32 ist über eine Klemme A mit einer Zündzeitpunkt-Rechenschaltung 34 verbunden* die ihrerseits über eine Klemme E luit einem Basis-Widerstand 36 verbunden ist, der seinerseits an die Basis eines in Emitterschaltung angeordneten npn-Transistors 36 angeschlossen ist» dessen Kollektor mit der Klemme G des Widerstands 32 und der Gate-Elektrode des Thyristors 24 verbunden ist«

Die Zündzeitpunkt-Rechenschaltung 34 vermag» ausgehend vom ersten Winkelsignal aρ einen Zündzeitpunkt nach Maßgabe der betreffenden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu berechnen. Der Transistor 38 bildet zusammen mit dem Widerstand 36 eine allgemein mit 40 bezeichnete Steuerschaltung.)

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die auf das Durchschalten des Transistors 36 anspricht» um das Winkelsignal b von der zweiten Signalspule 28 über den durchgeschalteten Transistor 38 zu Masse abzuleiten.

Pig. 2 veranschaulicht die wesentlichen Teile einer Winkelst ellungsgebervorrichtung mit den beiden Winkelgebern gemäß Fig. 1. Die dargestellte Anordnung bildet einen Magnetzünder mit einem Schwungrad 40 in Form eines Hohlzylinders und vier Dauermagneten 44» die in gleich großen Winkelabständen so an der Innenumfangsfläche des Schwungrads 40 angebracht sind, daß zwischen ge zwei benachbarten Dauermagneten 44 entgegengesetzter Polarität ein axialer Spalt vorhanden ist. Die dargestellte Anordnung umfaßt weiterhin zwei in der Mantelfläche des Schwungrads 40 diametral gegenüberliegend angeordnete Axialschlitze 42 (von denen nur einer dargestellt ist)» einen ersten Stator 46» der einen an der Außenseite des Schwungrads 40 befindlichen Dauermagneten aufweist und zum Schwungrad 40 einen sehr kleinen radialen Spalt festlegt, sowie die um den Stator 46 herumgewickelte erste Signalspule 26. Die Axialschlitze 42 dienen als magnetische Modulatoren. Im Inneren des Schwungrads 40 ist mit einem kleinen Radialabstand von diesem ein zweiter Stator angeordnet, um welchen die zweite Signalspule 28 herumgewickelt ist.

Während der Drehung des Schwungrads 40 laufen die beiden Schlitze bzw. magnetischen Modulatoren 42 wiederholt am ersten Stator 46 vorbei, so daß in der zugeordneten Signalspule 26 ein erstes Winkelsignal a in Form einer Spannung induziert wird. Infolge des Torbeilaufs der am Schwungrad angebrachten Dauermagnete 44 wird außerdem in der zweiten Signalspule 28 das zweite Winkelsignal b_ in Form einer Spannung induziert. Aufgrund der vergleichsweise großen Bogenlänge der Dauermagnete 44 besitzt das resultierende Winkelsignal b eine größere Impulsbreite bzw. -dauer als das Winkel-

signal a„

Die Zü^dzeitpunkt-Rechenschaltung 34 !zäun vorzugsweise den Schaltungsaufbau gemäß Fig., 3 besitzen. Die Rechenschaltung 34 umfaßt eine Well enf ormschaltung 50» ein ΡΙϊρ-ϊΊορ 52 und eine (eigentliche) Rechenschaltung 54p die sämtlich, in der genannten Reihenfolge in Reihe geschaltet sind«,

Hie Wellenformschaltung 50 enthält einen mit der Mode 32 verbundenen Eingangswiderstand 46» einen mit einem positiven Eingang an den Eingangsxifiderstand 56 angeschlossenen Spannungslcomparat or s dessen negativer Eingang über einen anderen Eingangswiderstand 60 an Masse liegt und eine mit dem Kondensator 62 verbunden© Ausgangskiemme B₀ Der Kondensator 62 ist über eine Verzweigung bsw„ Klemme C an Masse angeschlossen^ und ein Ausgangsi-iiderst&nd 64 ist über eine Halbleiter-Diode 66 geschaltet₉ deren Anode an Masse liegt»

Die Klemme bzw» Verzweigung C ist mit dem Setseingang S des einen Ausgang Q aufweisenden 3?lip=I?lops 52 verbunden»

Die eigentliche Heclienschaltuag 54 enthält einen Widerstand. 68s der an den Ausgang Q des ]?lip=llopa 52 mid außerdem über -ine Reihenschaltung aus einer Halbleitor-Mo&e 70 und ein. ^m Widerstand 72 geschaltet ist_s die ihrerseits an einen invertierenden bzv/₀ negativen Eingang eines Operationsverstärkers 74 angeschlossen ist ρ dessen nieht-invertierencisr bzw, positiver Eingang über einen Singaagswiderstaaä mit Masse und über einen Widerstand 78 axt @in©r geeigneten Spannung verbunden ist„ Der Operationsverstärker 74 weist einen Ausgang aufs der übsr sine Verzweigung bzw₀ Klesms D und einen Kondensator SO svm negativen Ilagang rückgekoppelt und außerdem mit dem negativen Eingang eines weiteren Spannungskomparators 82 verbunden ist_s dess&a positiver Eingang an Masse liegt» während sein Ausgang mit einem Rückstell-

eingang R des Flip-Plops 52 verbunden ist.

Der Ausgang Q des Flip-Flops 52 ist weiterhin über eine Verzweigung bzw. Klemme F mit einem Frequenz/Spannung-Wandler 84 verbunden, der einen Teil der Wellenformschaltung 50 bildet. Der Ausgang des Wandlers 84 ist über eine Reihenschaltung aus einer Halbleiter-Diode 86 und einem Widerstand 88 an den positiven Eingang des Operationsverstärkers 74 angeschlossen.

Die Verzweigung bzw. Klemme E ist auch mit der Steuerschaltung 40 verbunden.

Die Wellenformschaltung 50 dient zum Formen der von der Signalspule 26 gelieferten Wellenform und die Rechenschaltung 54 liefert ein vorbestimmtes Ausgangssignal nach Maßgabe der Drehzahl der nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Der Frequenz/Spannung-Wandler 84 wandelt das geformte Ausgangssignals des Flip-Flops 52 aufgrund des Winkelsignals a in eine der Maschinendrehsahl proportionale Gleichspannung um, indem er das angelegte, geformte Ausgangssignal als Signal für die Maschinendrehzahl abgreift.

Fig. 4, in welcher auf der Ordinate die Spannung und auf der Abszisse die Maschinendrehzahl aufgetragen sind, veranschaulicht die Ausgangscharakteristik bzw. -kennlinie des Frequenz/Spannung-Wandlers 84 beispielhaft in Form einer geraden Linie 90, die sich in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl linear ändert. Gemäß Fig. 4 wird die Ausgangsspannung des Wandlers 84 im voraus so eingestellt, daß ihre Größe Vr1 bei der Maschinendrehzahl N1 einer Vorspannung Vr1 am positiven Eingang des Operationsverstärkers 74 gleich ist. Infolgedessen wird die Vorspannung des Operationsverstärkers 74 an seinem positiven Eingang zunächst bis zu einer Drehzahl N1 auf einer konstanten Spannung Vr1 gehal-

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ten» um sich dann linear mit der Maschineadrehsahl zu ändern, bis die Maschine die Drehzahl Ho erreicht? wie dies an der Linie 92 in Pig, 4 dargestellt ist. Anschließend bleibt die Vorspannung wiederum konstant»

Bei der Anordnung gemäß Hg» 1 wird durch das gleichgerichtete Ausgangssignal der Erzeugerspule 10 der Kondensator 16 mit der angegebenen Polarität aufgeladen„ Durch die im Kondensator 16 gespeicherte elektrische Ladung n/ird der !Thyristor 24 au jedem Zündzeitpunkt der Maschine durchgeschaltet» d.h. wenn die Zündzeitpunkt-Rechenschaltung 34 das erste Winkelsignal a von der ersten Signalspule 26 abnimmt und ein Ausgangssignal liefert und wenn die zweite Signalspule 28 das Winkelsignal b erzeugt» Beim Durchschalten des Thyristors 24 wird die Ladung des Kondensators 16 an die Primärwicklung 20a der Zündspule angelegt, so daß über die Sekundärwicklung 20b eine Hochspannung induziert xvird. Diese Hochspannung führt zur Erzeugung eines elektrischen !Funkens an der Zündkerze 22.

Im folgenden ist die Arbeitskreise der Anoroi'mng gemäß M und 3 anhand der Pig. 5 und 6 in Verbindung mit Einrichtungen zur Einstellung des DurchsehaltZeitpunkts des !Thyristors 24 bzw ο des Zündzeitpunkt s im einseinen erläutert» Pig» 5 ver-an=· scL\ulicht die an den Klemmen oder Verzweigungen A₉ B₅ C₉ D₅ Ε» 3? uid G gemäß Jig, 1 bzw, Pig* 3 entstehenden Well enfernen auf der Zeitbasis» die durch die oberste waagerechte linie (a) in Pig. 5 angegeben ist» Die Zeitbasis wird, durch die Ifex^bel=· wellenposition der Maschine bestimmt _s so daß das Sjmbol M eine Stellung bezeichnet» die etwas vor der größten ez-forderliehen Prühzündungsstellung der Maschine liegt und bei welcher das erste Winkelsignal a mit der Wellenform (b) gemäß 3?igo 5 erzeugt wirdj. während das Symbol M bzw_o S die Position bezeichnet j in welcher das zweite Winkel signal J) mit äer Wellenform (g) gemäß Kg, 5 erzeugt wird« Bar Buchstabe E gibt den oberen Totpunkt an. Mg. 6₅ in x-zelchar der Zündzeitpunkt Θ

der Maschine auf der Ordinate und die Maschinendrehzahl N auf der Abszisse aufgetragen sind, veranschaulicht die Frühzündungscharakteristik bzw. -kennlinie der Anordnung gemäß Pig. 1 bzw. 3.

Es sei angenommen, daß die Maschine mit konstanter Drehzahl läuft, die über der Drehzahl UI, aber unter der Drehzahl No gemäß Pig. 6 liegt, und daß die Frühzündungsstellung nicht Null beträgt, sondern um einen Winkel α vor der Position T liegt. Unter den vorausgesetzten Bedingungen arbeitet die Anordnung gemäß Fig. 1 bzw. 3 wie folgt:

Im folgenden ist eine Spannung bzw. ein Ausgangssignal, die bzw. das an jeder der genannten Klemmen erscheint, mit demselben Symbol wie die betreffende Klemme bzw. Verzweigung bezeichnet. Beispielsweise ist ein an der Klemme E auftretendes Ausgangssignal des Flip-Flops 52 mit E bezeichnet.

Zunächst wird der Frequenz/Spannung-Wandler 84 in Betrieb gesetzt, um die Ausgangsspannung des Flip-Flops 52 entsprechend der Maschinendrehzahl zu zählen bzw. zu integrieren. Die resultierende Spannung (mit 90 bezeichnet) des Wandlers liegt über der Vorspannung Vr1 des Operationsverstärkers 74· Diese Spannung 90 stellt eine Eingangsspannung zum Operationsverstärker 74 dar» dessen Spannung 92 an seinem positiven Eingang sich mit der Maschinendrehzahl ändert, wie dies bei 92 in Pig. 4 dargestellt ist.

Andererseits wird das Flip-Flop 52 mit einem auf einen hohen Pegel übergehenden Anstieg einer Ausgangsspannung C (vgl. Wellenform (c) in Fig. 5) in der Position T gesetzt, die aus einer Ausgangsspannung B des Spannungskomparators 58 resultiert (vgl. Wellenform (c) in Pig. 5). Das Flip-Flop 52 liefert somit an seinem Ausgang Q und damit an der Klemme bzw. Verzweigung E eine Ausgangsspannung E. Wie durch die

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Wellenform (ϊ) in Fig. 6 dargestellt» liegt diese Spannung auf einem hohen Pegel. Wenn die Ausgangsspannung B den hohen Pegel erreicht? wird der mit der in Eig, 6 angegebenen Polarität aufgeladene Kondensator 16 zur Entladung eines Stroms ig angestoßen₅ der sich wie folgt ausdrücken läßt:

ig = [(hohe Ausgangs spannung des Flip-Hops 52) (Spannung 92 am positiven Eingang des Operationsverstärkers 74)J τ (Widerstand 68).

Wie sich aus obiger Beziehung ergibt₉ besitzt der Entladestrom ig eine von der Spannung 92 am positiven Eingang des Operationsverstärkers 74 abhängende GrOBs₅ solange der Widerstand 68 eine konstante Widerstandsgröße besitzt. Ausserdem hängt der Entladestrom ig von der Ausgangsspannung des Frequenz/Spannung-Wandlars 84 in dem Bereich äh, in welchem seine Abhängigkeit von der Ausgangsspannung 92 besteht» Dies bedeutets daß der Entladestrom ip niedrig wird und mit zunehmender Maschinendrehzahl sanft abfällt. Hierdurch ergibt sich eine vergrößerte Impulsbreite bzw. -dauer der hohen Ausgangsspannung E des Flip-Flops 52. Diese vergrößerte Impulsbreite der Ausgangsspannung E trägt zum Rechenergebnis der Zündzeitpunkt-Rechenschaltung 54 bei.

Bei Einleitung der Entladung des Kondensators 80 fällt die Ausgangsspannung D des Operationsverstärkers 74 auf die durch Wellenform e_ (Fig. 5) dargestellte Weise ab, bis sie eine Größe entsprechend Muli erreicht. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt der Spannungskomparator 82 an seinem Ausgang eine positive Impulsspannung. letztere wird zum Rückstellen des Flip-Flops 52 an dessen Rücksteileingang R angelegt» so daß dessen Ausgangsspannung E auf einen niedrigen Pegel übergeht (vgl. Wellenform (e) und (f) in Fig. 6).

Wenn das Flip-Flop 52 auf diese Weise die niedrige Ausgangs-

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Spannung E geliefert hat, wird die Aufladung des Kondensators 80 mit der angegebenen Polarität eingeleitet. Der Ladestrom i.. läßt sich wie folgt ausdrücken;

I₁ - [{(Spannung 92 am positiven Eingang des Operationsverstärkers 74) (Spannungsabfall über Diode 70)}] f (Widerstand 72) +

{(Spannung 92 am positiven Eingang des Operationsverstärkers 74) τ (Widerstand 68)}.

Wie sich aus obiger Beziehung ergibt, besitzt der Ladestrom I₁ eine von der Spannung 92 am positiven Eingang des Operationsverstärkers 74 abhängige Größe, sofern die Widerstände 68 und 72 konstante Widerstandswerte besitzen. Mit anderen Worten: der Ladestrom hängt von der Ausgangsspannung 90 des Frequenz/Spannung-Wandlers 84 in dem Bereich ab, in welchem ihre Abhängigkeit von der Spannung 92 besteht, so daß der Ladestrom i. mit zunehmender Maschinendrehzahl mit steiler Neigung ansteigt (vgl. Wellenform (e) im ansteigenden Abschnitt i.. gemäß Fig. 5). Die hohe Ausgangsspannung E des Flip-Flops 52 erhält somit mit zunehmender Maschinendrehzahl eine vergrößerte Impulsbreite bzw. -dauer.

Die auf diese Weise durch die Zündzeitpunkt-Rechenschaltung 34 gelieferte Ausgangsspannung E wird über den Basis-Widerstand 36 an den Transistor 38 angelegt, um diesen durchzuschalten. Infolgedessen wird das zweite Winkelsignal b bzw. die Ausgangsspannung F (vgl. Wellenform (g) in Fig.5) der Signalspule 28 über den nunmehr durchgeschalteten Transistor 38 zu Masse abgeleitet, wobei dieser Zustand bis zum Abfall der Ausgangsspannung E andauert. Eine an der Verzweigung bzw. Klemme G auftretende Spannung besitzt daher die Wellenform (h) gemäß Fig. 5, wie sich dies anhand der augenblicklichen (temporal) Position der Ausgangsspan-

nung P relativ zur Ausgangsspannung E erkennen läßt (vgl. Wellenform (g) und (f) in Mg. 5). Diese Spannung G- wird an die Gate-Elektrode des Thyristors 24 angelegt.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor» daß die Abfallzeit der hohen Aus gangs spannung B des Flip-Hops 52 mit ansteigender Maschinendrehzahl zwischen ihren Größen 1Ί und 12 (Pig. 6) bzw. im Hochdrehaahl"bereich verzögert ist. Infolgedessen wird der Durchschaltszeitpunkt des Thyristors und mithin der Zündzeitpunkt auf die durch die Kurve 92 in J¹Ig. 6 gezeigte Weise "bei zunehmender Maschinendrehzahl verzögert»

Wenn die Brennkraftmaschine die Drehzahl Io erreicht, wird die AusgangsSpannung 90 des Wandlers 84» ebenso wie die Spannung 92 am positiven Eingang des Operationsverstärkers 74s konstant. Infolgedessen bleiben unabhängig von einem Drehzahlanstieg die Abfallzeit der hohen Ausgangsspannung S und somit der Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine unverändert .

Im folgenden sei nunmehr angenommen_s daß die Ausgangsspannung B des Spannungskomparators 58 in der Eurbelwellenstellurg M (Pig. 5) wiederum auf einen hohen Pegel übergeht-i und z.-ar in einem Bereich, in welchem die Maschinendrehisahl unter der Größe N1 und über der Größe Έ2 (Pig. 6) liegt. Unter diesen vorausgesetzten Bedingungen wird das Plip-Plop 52 auf ähnliche Weise, wie vorher beschrieben? gesetzt₉ so daß sich der Kondensator 80 entladen kann. Dabei ist die Ausgangsspannung 90 des Prequenz/Spannung-Wandlers 84 kleiner als die Vorspannung Vr1 am Operationsverstärker 74 gemäß Pig. 4. Die Ausgangsspannung 90 trägt mithin nicht sum Entladestrom ig bei und letzterer läßt sich wie folgt ausdrücken:

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±2 = {(hohe Ausgangsspannung E des Flip-Flops) Vri3 τ (Widerstand 68).

Anhand der obigen Beziehung ist ersichtlich» daß der Entladestrom ±2 in dem vorher angegebenen Bereich unabhängig von der Maschinendrehzahl eine konstant bleibende Größe besitzt. Der Ladestrom läßt sich zudem wie folgt ausdrucken:

I₁ = {Vr1 - (Spannungsabfall über Diode 70)} f (Widerstand 72) + Vr 1 4- (Widerstand 68).

Die obige Beziehung zeigt, daß der Ladestrom unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine konstant ist. Bei der zwischen den Größen N1 und ΪΤ2 bzw. im mittleren Drehzahlbereich liegenden Maschinendrehzahl bleibt daher die Ausgangsspannung E des Flip-Flops 52 in ihrer Impulsbreite bzw. -dauer unabhängig von der Drehzahl konstant. Dies bedeutet» daß die Zünd- bzw. Durchschaltzeitpunkte des Transistors 38 und des Thyristors 24 unabhängig von der Maschinendrehzahl konstant bleiben. Der Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine bleibt daher gemäß Fig. 6 unverändert.

In einem Niedrigdrehzahlbereich» in welchem die Maschinendrehzahl unter der Größe N2 (vgl. Fig. 6) liegt, bleibt die Impulsbreite der Ausgangsspannung E des Flip-Flops 52 unabhängig von der Maschinendrehzahl konstant. Dies beruht darauf» daß aufgrund des Winkelsignals a der Entlade- und Ladestrom ip bzw. i.. am Kondensator 80 auf vorher beschriebene Weise konstant gehalten wird.

Andererseits besitzt das Winkelsignal b der Signalspule 28 aufgrund der niedrigen Maschinendrehzahl eine niedrige Spannung (vgl. Wellenform (g) in Fig. 5). Selbst wenn daher die Ausgangsspannung E der Zündzeitpunkt-Rechenschaltung 34 über

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den transistor 38 abgeleitet wird? ©rrsielit die Spaaaiuag εαι der Verzweigung bsw. Klemme G- nicht di© Sohwellenwertspannung VG (vgl= Wellenform (h) in fig, O)₉ die der Thyristor für das Durchschalten benötigt? wenn diese Ableitung abgeschlossen oder die Spannung 1 abgefallen ist» Dies bedeutet₅ daß das Rechenergebnis der Zündseitpxmkt-Rechenschaltusig 34 bei der Zündung der Brennkraftmaschine !seine Rolle spielte Wenn das Winkelsignal b der Signalspule 28 die Schwellenwertspannung YG- erreicht₉ schaltet der Thyristor 24 durchs, um auf beschriebene Weise die Zündung in der Brennkraftmaschine einzuleiten»

Infolgedessen trägt in diesem niedrigen Drehsalilbereieh nur das die lange Dauer besitzende Winkelsignal b der Signalspule 28 zum Zünden bztv = Durchschalten des [Thyristors 24 bei, so daß sich die IFrühsündungskenalinie gemäß der aus«= gesogenen Kurve 96 in ?ig, 9 ergibt. Dies beruht daraufs daß nur das Winkelsignal b_ mit großer Iiapulabreite baw„ -dauer zum Durchschalten des Thyristors 24 beiträgt» Genauer gesagt·; das Signal mit großer Impulsbreite steigt mit zunehmender Maschinendrehsahl bis auf seine G-röße 12 aa„

Kurs gesagt? bei Maschinendrehsahlsa_P fixe nicht iibsr dsm W'-rt 12 liegen» wird der Zündzeitpunkt siit simelim@ao.es Aus= gang.-spannung i¹ der Signalspule 28 (vgl_o Tfellenfora (g) in Eigo 5) vorverlegt Ta zw. in Richtung auf Frühzjindung verlegte Beim Überschreiten der G-röße 12 tritt der Zündzeitpunkt am Abfall der hohen Ausgangsspannung E auf_s der sich aus der durch die Zündzeitpunlct-Rechenschaltuag 34 durchgeführten Berechnung ergibt ₉ d.h» am übergang zwischen dem hohen und dem niedrigen Pegel der Ausgangsspannung S₀ Dies ist darauf zurückzuf uhr en ₇ daß die Ausgangs spannung 3? von der Signalspule 28 beim hohen Pegel der Ausgangsspannung E aufgrund der erwähnten Berechnung abgeleitet wird₉ wenn die Ausgangsspannung P niedriger ist als die Schwellenwertspannung YG- des

Thyristors 24; die hierbei resultierende Frühzündungskennlinie ist durch die ausgezogene Kurve 94 in Fig. 6 dargestellt.

Wie sich somit aus den Kurven 94 und 96 gemäß Fig. 6 ergibt» wird die gesamte Frühzündungskennlinie durch die erste Frühzündungskennlinie aufgrund des ersten Winkelsignals und die zweite Frühzündungskennlinie aufgrund des zweiten Winkelsignals gebildet, das eine größere Impulsbreite besitzt als das erste Winkelsignal.

Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn die Maschinendrehzahl im Niedrigdrehzahlbereich stark oder plötzlich variiert, die Anordnung gemäß Fig. 1 bzw. 3 insofern unvorteilhaft ist, als sich dabei nicht der stabile, zuverlässige Zündzeitpunkt erzielen läßt, wie er in Fig. 7 veranschaulicht ist, welche ähnliche Bezugsziffern bzw. Symbole verwendet wie Fig. 6. In Fig. 7 sind die beiden Frühzündungskennlinien durch eine ausgezogene Kurve 96 und eine gestrichelte Verlängerung der ausgezogenen linie 94 als in einem Uiedrigdrehzahlbereich liegend dargestellt, der zwischen den Größen Έ2 und Έ3 der Maschinendrehzahl festgelegt ist. Dies bedeutet, daß aus den im folgenden genannten G-ründen im Hiedrigdrehzahlbereich einer der Zündzeitpunkte auftreten kann, welcher je nach Fall einer der beiden Frühzündungskennlinien folgt.

Es sei angenommen, daß die Maschinendrehzahl im Medrigdrehzahlbereich aus irgendeinem Grund gemäß Fig. 8 plötzlich von der mittleren Größe N4 auf die Größe N5 übergeht.. In Fig. 8 sind, mit Ausnahme der in Klammern stehenden Symbole, die an den verschiedenen Stellen der Anordnung gemäß Fig. 1 bzw. 3 auftretenden Wellenformen mit denselben Symbolen bezeichnet wie in Fig. 5· Beispielsweise erscheint die Spannung D (Wellen-

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form (c) an der Verzweigung bzw. Klemme D» die den Ausgang des Operationsverstärkers 74 bildet« Bs ist auch darauf hinzuweisen, daß der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Positionen M in Fig. 5 180° und in Figo 8 lediglich aur Veranschaulichung 360° beträgt ο

Wenn die Maschine mit mittlerer Drehzahl ¥4 läuft» entspricht die Entladungszeitspanne des Kondensators 80 einem Kurbelwell endrehwinkel entsprechend

Θ1 = {n/(m - η)} χ 360

worin m und η die Gefälle der Entladungs-- tand Ladeströme i.^ bzw. I₁ relativ zur Zeitbasis bedeuten (vgl. Wellenform (c) in Fig. 8). Wenn die Maschine beispielsweise mit gleichbleibender Drehzahl läuft» und die Gefälle m und η konstant sinds bleibt der Winkel Θ1 unabhängig von der Maschinendrehzahl konstant. Mit anderen Wortens eine Spannung YT am Scheitelpunkt der Entladungs- und ladelrarven erfährt eine Änderung und Stabilisierung, Unter diesen Bedingungen wird die an der Gate-Elektrode des Thyristors 24 (Fig. 1) anliegende Spannung VG auf die vorher in Verbindung mit Fig.3 und 5 beschriebene Weise teili-zeise au Masse abgeleitet (vgl. linke Wellenform (f) in Fig. 8).

Wenn sich jedoch die Maschinendrehzahl aus irgendeinem Grund plötzlich auf den Drehzahlwert 15 erhöhte verkürzt sich die für eine volle Umdrehung der Kurbelwelle benötigte Zeit entsprechend. Diese volle Umdrehung der Kurbelwelle entspricht einer Zeitspanne zxi/ischen der Position M und der nächsten Position in der obersten Zeile von Fig. 8. Dies führt zu einer starken Vergrößerung des Winkels Θ2 in einem Drehzahlbereich mit der mittleren Drehzahlgröße ¥59 weil der Winkel Θ2 bezüglich der Zeitspanne dem Winkel

rl in einem Bereich mit mittlerem Drehzahlwert N4 gleich ist. Im Extremfall kann das zweite Winkelsignal b bzw. die Ausgangsspannung Έ vollständig nach Masse abgeleitet werden, wie dies an der rechten Seite der Wellenform (f) in lig.8 dargestellt ist.

Infolgedessen läßt sich ein stabiler, zuverlässiger Zündzeitpunkt nicht realisieren. Außerdem sind die Drehzahlschwankungen der Maschine insbesondere in der Anlaßphase besonders groß, so daß die Brennkraftmaschine möglicherweise schwierig anzulassen ist.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist eine Abwandlung der Erfindung so ausgelegt, daß die Scheitelspannung YT bei und unter einer vorbestimmten Drehzahl N3 der Brennkraftmaschine (vgl. Pig. 7), unabhängig von ihrer Drehung, konstant gehalten wird. Zu diesem Zweck werden das Ausgangssignal B des Spannungskomparators 58 und der negative Eingang des Spannungskomparators 82 über ein Konstantspannungselement, etwa eine Zenerdiode mit Masse verbunden, um die Scheitelspannung VT1 anzuklammern. Wahlweise kann die Anklammerung der Scheitelspannung durch eine Strom- bzw. Spannungsquelle mit Vergrößerung der Gefälle der Entladungs- und Ladekurven relativ zur Zeitbasis erfolgen. Ebenso können die Widerstände 68 und 72 oder der Kondensator 80 variabel bzw. regelbar sein. Weiterhin kann auch die Größe der Widerstände 76 und 78 regelbar sein. Diese Einzelheiten sind jedoch zur Vereinfachung der Darstellung nicht veranschaulicht .

Fig. 9, welche ähnliche Bezugsziffern bzw. Symbole benutzt wie !ig. 8, veranschaulicht die Spannungen A, D, E, F und G bei den Wellenformen (b), (c), (d), (e) bzw. (f). Gemäß der Wellenform (c) von Fig. 9 wird die Scheitelspannung VT1 zwischen dem Ende des Ladestroms I₁ und dem Beginn des nächst-

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folgenden Endladestroms ip konstant gehalten» Wenn daher die Gefalle m und η konstant sind» bleibt die durch den Winkel Θ1 oder Θ2 bezeichnete Entladungszeitspanne unabhängig von der Drehung (Drehzahl) der Brennkraftmaschine unverändert. Infolgedessen verkleinert sich die Entladungszeitspanne bzw. der Winkel mit abnehmender Drehzahl (vgl. die Frühzündungskennlinie 94 bei und über der Drehzahlgröße Έ3 in Fig. 7). Auch wenn sich unter diesen Bedingungen die Maschinendrehzahl plötzlich auf den Mittelwert Έ5 (Mg. 9) erhöhts wird ein vollständiges Ableiten der Spannung G nach Masse verhindert, wie dies durch die Wellenform (f) in Fig.8 dargestellt ist. Auf diese Weise wird ein genauer, stabiler Zündzeitpunkt auch bei einer Änderung der Maschinendrehsahl bis zu ihrem Mittelwert N3 gemäß IPig. 7 gewährleistet. Mit anderen Worten; der Zündzeitpunkt wird mit dem Anstieg des zweiten Winkelsignals auf und unter dem mittleren Drehzahlwert N3 in Richtung auf Frühzündung vorverlegt.

Bei und über dem Maschinendrehzahlwert 12 arbeitet diese Abwandlung der Erfindung auf die vorher in Verbindung mit Fig. 8 beschriebene Weise. Da die DrehzahlSchwankungen im mittleren und oberen Drehzahlbereich jedoch äußerst klein sind, werden die vorher in Verbindung mit Figo 8 geschilder-"L τα Nachteile vermieden.

Erfindungsgemäß wird somit der Zündzeitpunkt durch ein erstes Winkelsignal mit kleiner Impulsbreite nach Berechnung durch eine Zündzeitpunkt-Rechenschaltung in einem mittleren und einem oberen Drehzahlbereich der betreffenden Brennkraftmaschine bestimmt bzw. festgelegt, in welchem die Zündung im Hinblick auf die Maschinenleistung mit hoher Genauigkeit erfolgen muß. In einem Niedrigdrehzahlbereich der Maschines in welchem die Zündungsgenauigfceit nicht so hoch zu sein braucht, wird der Zündzeitpunkt mittels eines zweiten

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Winkelsignals bestimmt, das in einer gegenüber der Erzeugungsposition des ersten Winkelsignals verzögerten Kurbelwellenposition erzeugt wird und somit eine größere Impulsbreite besitzt als das erste Winkelsignal» während seine Wellenform mit zunehmender Maschinendrehzahl ansteigt. Hieraus ergibt sich eine zusammengesetzte bzw. Verbund-Frühzündungskennlinie aus einer ersten Frühzündungskennlinie aufgrund des ersten Winkelsignals und einer zweiten Frühzündungskennlinie aufgrund des zweiten Winkelsignals, so daß die Zündzeitpunkte im mittleren und hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine mit hoher Genauigkeit festgelegt bzw. bestimmt xverden. Im niedrigen Drehzahlbereich» in welchem große Drehzahländerungen auftreten können, kann somit ein genauer, stabiler Zündzeitpunkt festgelegt werden.

Im niedrigen Drehzahlbereich, in welchem sich die Maschinendrehzahl stark und schnell ändern kann, und insbesondere beim Anlassen der Brennkraftmaschine wird der Zündzeitpunkt dadurch genau und stabil festgelegt, daß das Ergebnis einer durch die Zündzeitpunkt-Rechenschaltung durchgeführten Berechnung unabhängig von der Drehung bzw. Drehzahl der Maschine um eine vorbestimmte Zeitspanne verzögert wird.

Obgleich vorstehend nur einige Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

Leerseite

Claims

PAIEHf AISP2ÜCH

MagnetZündanlage» gekennzeichnet durch, eine Strom- oder Spannungsquelle zur Erzeugung eines positiven und eines negativen Ausgangssignals in Synchronismus mit der Drehung einer Brennkraftmaschine» durch eine Zündspule» v/elcher die Ausgangssignale der Strom= oder Spannungsquelle nach Gleichrichtung zuführbar sind, ein Schalt(er)element zur Steuerung der "Übertragung des gleichgerichteten AusgangssijTLals zur Zündspule, durch einen ersten Winkel st ellungsgeber zur Erzeugung eines ersten Winkelsignals in Synchronismus mit der Drehung der Brennkraftmaschine entsprechend einer vorbestimmten Kurbelwellenstellung derselben» durch einen zweiten Winkelstellungsgeber sur Lieferung eines zxveiten Winkelsignals in Synchronismus mit der Drehung der Brennkraftmaschine entsprechend ihrer Kurbelwellenstellung, wobei dieses zweite Winkelsignal um einen vorbestimmten Winkel gegenüber der vorbestimmten Kurbelwellenstellung verzögert ist_s eine größere Impulsbreite besitzt als das erste Winkelsignal und dem Schalt(er)element un-

mittelbar zuführbar ist» durch eine Zündzeitpunkt-Rechenschaltung zur Berechnung eines Zündzeitpunkts nach Maßgabe der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine aus dem ersten Winkelsignal und durch eine Steuerschaltung» die auf ein als Ergebnis der von der Zündzeitpunkt-Rechenschaltung durchgeführten Berechnung geliefertes Signal anspricht, um das zweite Winkelsignal über diese Steuerschaltung abzuleiten bzw. diese zu überbrücken (to bypass)
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie erste Einrichtungen zur Bildung oder Bestimmung einer zusammengesetzten bzw. Verbund-Frühzündungskennlinie aus einer auf dem ersten Winkelsignal beruhenden ersten Frühzündungskennlinie und einer auf dem zweiten Winkelsignal beruhenden zweiten Frühzündungskennlinie, um nur einen Teil der Spätzündungsseite (receding side) der Verbund-Frühzündungskennlinie an der Zündung teilhaben zu lassen, zweite Einrichtungen zur Bildung oder Bestimmung der Früh- und Spätzündungsseiten (advance and receding sides) von erster bzw. zweiter Frühzündungskennlinie bei und unter einer vorbestimmten Maschinendrehzahl und dritte Einrichtungen zur Bildung oder Bestimmung der Spät- und Frühzündungsseiten von erster bzw. zweiter Frühzündungskennlinie oberhalb der vorbestimmten Maschinendrehzahl aufweist.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündzeitpunkt-Rechenschaltung das um eine vorbestimmte Zeitspanne verzögerte Rechenergebnis-Signal zumindest unterhalb der vorbestimmten Maschinendrehzahl liefert.
4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündzeitpunkt-Rechenschaltung einen Frequenz/Spannung-

Wandler zur Erzeugung einer der MascMnendrehzahl proportionalen Gleichspannung aufweist»