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Zündaulage für eine Brennkraftmaschine
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach
dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Es ist (nach der DE-PS 2 549 586 bzw. der einsprechenden
US-PS 4 071 792) bereits eine in dieser Richtung liegende Zündanlage bekannt, bei
der es jedoch vorkommen kann, daß die Brennkraftmaschine beim Anlassen nur schwer
bzw. überhaupt nicht anläuft, weil der auf den Scheitelwert folgende Kurvenabschnitt
zunächst einmal eine sehr geringe Neigung hat und demzufolge der Zündzeitpunkt in
bezug auf die obere Totpunktlage des Kolbens relativ weit vorverlegt wird.
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Vorteile der Erfindung Bei der erfindungsgemäßen Zündanlage werden
durch Anwendung der kennzeichnenden Maßnahmen des Hauptanspruchs die vorerwähnten
Unzulänglichkeiten vermieden.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Maßnahmen für die Realisierung
der Erfindung angegeben.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 die schaltungsmäßige Darstellung einer Zündanlage nach der Erfindung, Figur 2
den Kurvenlauf des Wechselspannungsignals im Spannungs-(U)-Zeit(t)-Diagramm und
Figur 3 eine gegenüber Figur 1 abgeänderte Schaltungsanordnung nach der Erfindung.
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Ausführungsbeispiele Die in Figur 1 dargestellte Zündanlage soll für
eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine eines ebenfalls nicht dargestellten Kraftfahrzeuges
bestimmt sein. Diese Zündanlage wird aus einer Gleichstromquelle 1 gespeist, welche
die Batterie des Kraftfahrzeuges sein kann. An der Stromquelle 1 geht von dem Minuspol
eine an Masse liegende Leitung 2 und von dem Pluspol eine einen Betriebsschalter
3 enthaltende Versorgungsleitung 4 aus. Von der Versorgungsleitung 4 geht eine Verbindung
aus, die zunächst über die Primärwicklung 5 einer Zündspule 6 und danach über einen
elektronischen Unterbrecher 7 zur Masseleitung 2 führt.
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Der elektronische Unterbrecher 7 wird durch die Emitter-Kollektor-Strecke
eines (npn-)Transistors 8 gebildet, wobei der Emitter der Masseleitung 2 zugewandt
ist-. Die zur Zündspule 6 gehörende Sekundärwicklung 9 ist mit ihrem einen Wicklungsende
an die zwischen der Primärwicklung 5 und dem Transistor 8 vorhandene Verbindung
und mit ihrem anderen Wicklungsende über mindestens eine Zündkerze tO an die Masseleitung
2 angeschlossen.
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Der an seiner Emitter-Kollektor-Strecke den elektronischen Unterbrecher'7
bildende Transistor 8 ist mit seiner Basis über einen Strombegrenzungswiderstand
11 an den Kollektor eines (pnp-)Treibertransistors 12 angeschlossen, der mit seinem
Emitter an der Versorgungsleitung 4 liegt.
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Die Basis des Treibertransistors 12 hat sowohl über einen Bemessungswiderstand
13 mit der Versorgungsleitung 4 als auch über einen Bemessungswiderstand 14 mit
dem Ausgang eines Schwellwertschalters 15 Verbindung, der in dem vorliegenden Fall
durch einen Operationsverstärker 16 gebildet wird. Von dem Operationsverstärker
16 ist -sein Ausgangstransistor 17 dargestellt, der ein (npn-)Typ ist und mit seinem
Kollektor den Ausgang des Schwellwertschalters 15 bildet. Der Operationsverstärker
16 hat über einen Versorgungszweig 18 mit der Versorgungsleitung 4 und über ein
Versorgungszweig 19 mit der Masseleitung2 Verbindung, wobei der Transistor 17 mit
seinem Emitter an dem Versorgungszweig 19 und mit seinem Kollektor über einen Strombegrenzungswiderstand
20 an dem Versorgungszweig 18 liegt.
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Der Transistor 17 wird an seiner Basis über ein im Operationsverstärker
16 ebenfalls untergebrachtes Zusatznetzwerk, das einfachheitshalber nicht dargestellt
ist, gesteuert, und zwar in Abhängigkeit der an dem invertierenden Eingang 21 und
dem nicht invertierenden Eingang 22 anliegenden Potentiale. Mit 16' ist ein zu dem
Operationsverstärker 16 gehörender Mitkopplungswiderstand bezeichnet. Der Operationsverstärker
16 liegt mit seinem invertierenden Eingang 21 über einem Bemessungswiderstand 23
an einer Anschlußklemme 24 und mit seinem nicht invertierenden Eingang 22 über einen
Bemessungswiderstand 25 an einer Anschlußklemme 26, wobei die beiden Anschlußklemmen
24, 26 zu einem als Signalgeber arbeitenden Wechselstromgenerator 27 gehören. Die
Anschlußklemme 26 ist an die gemeinsame Verbindung zweier
wenigstens
annähernd gleichwertiger Widerstand 2.8, 29 angschlossen, die als Serienschaltung
zwischen der Versorgungsleitung 4 und der Masseleitung 2 liegen und zur Bestimmung
eines festen Bezugspotentials dienen. Der zwischen dem invertierenden Eingang 21
und der Masseleitung 2 liegende Widerstand 30 dient zur Voreinstellung der normalen
Lage des am Schwellwertschalter 15 wirksamen Einschaltwertes Ua und des ebenfalls
dort wirksamen Ausschaltwertes Ub in bezug auf den Nullwert 0 des von dem Wechselstromgenerators
27 gelieferten Wechselspannungssignals Uc, daß dem Spannungs(U)-Zeit(t)-Diagramm
nach Figur 2 zu entnehmen ist. Dabei liegt der Einschaltwert Ua auf dem einen Scheitelwert
Ud vorausgehenden Kurvenabschnitt Ue und der Ausschaltwert Ub, der den durch den
Blitzpfeil gekennzeichneten Zündzeitpunkt bestimmt, auf dem diesen Scheitelwert
Ud folgenden Kurvenabschnitt Uf, und zwar so, daß beide Werte Ua, im dem Vergleich
zum Nullwert 0 des Wechselspannungsignals Uc gleiche Polarität haben, nämlich im
Beispielsfall - ebenso wie der Scheitelwert Ud positive Polarität.
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In der Zündanlage ist ein Schaltungszweig 31 mit einem spannungsabhängigen
Schaltgli.ed 32 vorgesehen, mit dessen Hilfe sich unterhalb einer Mindestspannung,
die, wenn die Gleichstromquelle 1 zum Beispiel 12 Volt liefert, etwa 8 Volt betragen
soll, die Vorspannung am Schwellwertschater 15 in dem Sinne verändern läßt, daß
mindestens der Ausschaltwert Ub des Schwellwertschalters 15 im Vergleich zur Voreinstellung
seine Polarität gegenüber dem Nullwert 0 des Wechselspannungssignals Uc ändert,
das heißt, daß er dann die mit gestricheltem Linienzug b angedeutete Lage einnimmt.
Der Einschaltwert Ua kann seine Polarität behalten und dabei lediglich in die mit
gestricheltem Linienzug
a angedeutete Lage wandern oder aber auch
seine Polarität wechseln.
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Im einfachsten Fall kann der Schaltungszweig 31 zwischen der Versorgungsleitung
4 und dem invertierenden Eingang 21 des Schwellwertschalters 15 liegen und ein spannungsabhängiger
Widerstand 33 mit positivem Spannungskoeffizienten sein. Um einen Mindestwiderstandswert
in dem Schaltungszweig 31 sicherzustellen, empfiehlt es sich, mit dem spannungsabhängigen
Widerstand 33 einen Abstimmwiderstand 34 in Serie zu schalten.
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Die soeben beschriebene Zündanlage hat folgende Wirkungsweise: Bei
in Betrieb genommener Brennkraftmaschine wird Strom über die Primärwicklung 5 geführt,
sobald der elektronische Unterbrecher 7 in den Stromdurchlaßzustad gesteuert wird.
Dies geschieht dann, wenn das von dem Wechselstromgenerator 27 zur Verfügung gestellte
Wechselspannungssignal Uc mit seinem Kurvenabschnitt Ue den Einschaltwert Ua erreicht.
Das hat zur Folge, daß der Schwellwertschalter 15 eingeschaltet wird. In diesem
Schaltzustand ist der Transistor 17 an seiner Emitter-Kollektor-Strecke stromdurchlässig,
so daß der Ausgang des Schwellwertschalters 15 wenigstens nahezu das Potential der
Masseleitung 2 hat und abhängig davon sowohl die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors
12 als auch die den elektronischen Unterbrecher 7 bildende Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors 8 in den Stromdurchlaßzustand gelangt, was den besagten Stromfluß
in der Primärwicklung 5 zur Folge hat. In der Zündspule 6 wird jetzt magnetische
Energie für den nächsten Zündvorgang gespeichert.
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Hat das von dem Wechselstromgenerator 27 gelieferte Wechselspannungssignal
Uc
den Scheitelwert Ud überschritten und ist dann mit dem folgenden Kurvenabschnitt
Uf auf den Ausschaltwert Ub abgefallen, so wird der Schwellwertschalter 15 wieder
ausgeschaltet, was zur Folge hat, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors
17 in den Sperrzustand übergeht und abhängig davon sowohl die Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors 12 als auch die den elektronischen Unterbrecher 7 bildende Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors 8 nichtleitend wird. Durch den Übergang des elektronischen Unterbrechers
7 in den Sperrzustand wird der über die Primärwicklung 5 geführte Stromfluß unterbrochen
und in der Sekundärwicklung 9 ein Hochspannungsstoß induziert, der an der Zündkerze
10 einen elektrischen Überschlag (Zündfunken) hervorruft.
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Ist der Schaltungszweig 31 nicht vorhanden, so- ergibt es sich, daß
die Brennkraftmaschine schon eine erhebliche Drehzahl annehmen muß, bevor das von
dem Wechselstromgenerator 27 zur Verfügung gestellte Wechselspannungssignal Uc den
für den Schwellwertschalter 15 erforderlichen Einschaltwert Ua erreicht und somit
überhaupt ein Zündvorgang ausgelöst wird. Außerdem hat der auf den-Scheitelwert
Ud folgende Kurvenabschnitt Uf bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine eine
relativ geringe Steigung, so daß der Zündzeitpunkt, das heißt, der Schnittpunkt
des Kurvenabschnittes Uf und des Ausschaltwertes Ub in Pfeilrichtung, also nach
"Früh" wandert, obwohl er zeitlich wenigstens nahezu mit der oberen Totpunktlage
des Kolbens übereinstimmen sollte. Die vorerwähnten Unzulänglichkeiten können Ursache
dafür sein, daß die Brennkraftmaschine nur schwer bzw. überhaupt nicht anläuft.
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Durch Anwendung des Schaltungszweiges 31 werden die vorerwähnten Unzulänglichkeiten
vermieden in dem beim Anlassen der Brennkraftmaschine die von der Stromquelle 1
zur Verfügung gestellte Spannung und damit der Wert de-s Widerstandes 33 stark abfällt,
was eine Änderung der Vorspannung an dem Operationsverstärker 16 in dem Sinne zur
Folge hat, daß der Einschaltwert Ua und der Ausschaltwert Ub in bezug auf den Nullwert
0 des Wechselspannungssignals Uc in die mit gestricheltem Linienzug angedeutete
Lage a bzw. b wandern und der Ausschaltwert Ub in bezug auf den Nullwert 0 des Wechselspannungssignals
Uc seine -Polarität ändert. Wie aus dem Diagramm nach Figur 2 zu erkennen ist, wandert
jetzt der Schnittpunkt des Kurvenabschnittes Uf und des gestrichelten Linienzuges
b, also der Zündzeitpunkt, bei Anlassen der Brennkraftmaschine in Richtung Spät,
wie das mit dem unter dem gestrichelten Linienzug b liegenden Pfeil angedeutet und
bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine erwünscht ist.
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Die Zündanlage nach Figur 3 stimmt im wesentlichen mit derjenigen
nach Figur 1 überein, weshalb Schaltungselemente die hinsichtlich Funktion und schaltungsmäßiger
Lage in beiden Figuren übereinstimmen mit den gleichen Bezugszeichen belegt sind.
Die Zündanlage nach Figur 3 weicht insofern von derjenigen nach Figur 1 ab, als
dort der Schaltungszweig 31 den Steuerzweig für einen elektrisch steuerbaren Schalter
35 bildet, der im Beispielsfall ein (npn-)Transistor 36 ist und es gestattet, die
Vorspannung an dem Schwellwertschalter 15 wertmäßig umzuschalten. Zu diesem Zweck
geht der Schaltungszweig 31 von der Versorgungsleitung 4 aus und verläuft über einen
Begrenzungswiderstand 37 zu der Kathode einer Zen-erdiode 38, die das spannungsabhängige
Schaltglied
32 bildet und mit ihrer Anode sowohl an der Basis des Transistors 36 als auch über
einen Bemessungswiderstand 39 an der Masseleitung 2 liegt. Im Nebenschluß des Widerstandes
39 liegt ein Störspannungen ableitender Kondensator 40. Ein am Transistor 36 einerseits
mit der Basis und andererseits mit dem Kollektor verbundener Kondensator 41 sorgt
dort fur ein gutes Schaltverhalten. Außerdem ist an dem Transistor 36 eine Schutzdiode
42 mit ihrer Anode an den'an der Masseleitung 2 liegenden Emitter und mit ihrer
Katode an den über eine Belastung 42, vorzugsweise über eine Konstantstromquelle
44, an der Versorgungsleitung 4 liegenden Kollektor angeschlossen. Schließlich hat
der Kollektor des Transistors 36 noch über die Serienschaltung einer Blockierdiode
45 und eines Begrenzungswiderstandes 46 mit der Anschlußklemme 24 Verbindung, wobei
die zur Diode 45 gehörende Anode dem Kollektor des Transistors 36 zugewandt ist.
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Abweichend von der Wirkung der Zündanlage nach Figur 1 ergibt sich
bei der Schaltungsanordnung nach Figur 3 folgender Funktionsablauf: Unterschreitet
die zwischen der Versorgungsleitung 4 und der Masseleitung 2 herrschende Spannung
eine Mindestspannung, die bei einer 12-Volt-Batterie als Stromquelle 1 bei etwa
8 Volt liegen soll und beim Anlassen der Brennkraftmaschine auf jeden Fall unterschritten
wird, so- wird die Schaltschwelle der das spannungsabhangige Schaltglied 38 bildenden
Zenerdiode 38 nicht unterschritten, weshalb die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors
36 nichtleitend ist und das Potential an der Versorgungsleitung 4 über die Schaltungselemente
43, 45, 46, 23, auf den invertierenden
Eingang 21 des Operationsverstärkers
16 wirken kann und zwar in dem Sinne, daß die Einschaltschwelle Ua und die Ausschaltschwelle
Ub in bezug auf den Nullwert 0 des Wechselspannungssignals Uc die Lage auf den gestrichelten
Linienzug a bzw.
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b einnehmen. Steigt nach Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine die
zwischen der Masseleitung 2 und der Versorgungsleitung 4 herrschende Spannung über
den Mindestspannungswert hinaus wieder an, so fließt Steuerstrom zu dem Transistor
36, dessen dann leitende Emitter-Kollektor-Strecke die über die Belastung 43 erfolgende
Änderung der am Operationsverstärker 16 wirkenden Vorspannung unterbindet, was zur
Folge hat, daß der Einschaltwert Ua und der Ausschaltwert Ub in Figur 2 wieder die
mit ausgezogenem Linienzug gezeigte Lage einnehmen.
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Die Lage, in der die Polarität der Werte Ua, Ub in bezug auf den Nullwert
0 des Wechselspannungssignals Uc gleich ist, im vorliegenden Fall positiv ist, hat
den großen Vorteil, daß bei durch den Betriebsschalter 3 eingeschalteter Zündanlage,
aber nicht in Betrieb genommener Brennkraftmaschine der elektronische Unterbrecher
7 keinen Strom über die Primärwicklung 5 führen und somit die Zündanlage keinen
Schaden erleiden kann, weil bei nicht laufender Brennkraftmaschine der Wechselstromgenerator
27 kein Signal abgibt und somit kein Anschaltwert Ua vorhanden ist.