DE3233554A1

DE3233554A1 - Elektronisch geregeltes zuendsystem fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3233554A1
Application number: DE19823233554
Authority: DE
Inventors: Rainer 7105 Leingarten Rodenheber
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1982-09-10
Filing date: 1982-09-10
Publication date: 1984-03-15
Also published as: IT8322817A0; IT8322817A1; US4538572A; FR2532993A1; IT1194392B; DE3233554C2; FR2532993B1

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. Theodor-Stern-Kai 1, 6000 Frankfurt 70

Heilbronn, den 17.08.82 PTL-HN-Ma-ba HN 82/16

Elektronisch geregeltes Zündsystem für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein elektronisch geregeltes Zündsystem für eine Brennkraftmaschine zur Kompensation der Voreilung des Zündzeitpunktes gegenüber der mechanischen Stellung des Rotors bei niedrigen Drehzahlen, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiges elektronisch geregeltes Zündsystem ist Gegenstand der Patentanmeldung P 31 34 883. In dieser Patentanmeldung wird eine Schaltung angegeben, mit der vom Ausgangssignal eines Induktionsgebers zunächst ein mäanderförmiges Steuersignal und aus diesem mäanderförmigen Steuersignal bei niederen Drehzahlen ein Korrektursignal gewonnen wird, das die systembedingte Voreilung des Zündzeitpunktes im unteren Drehzahlbereich korrigiert. Die schematisierte Schaltung ist in der Figur 1 dargestellt. Ihre Wirkungsweise ergibt sich aus der Figur 2.

Gemäß Figur 1 enthält die Schaltung einen Kondensator C, der mit dem Ladestrom I geladen und mit dem Entlade-

L·

strom I_ entladen wird. Der Ladestrom I₁. fließt ständig,

Ci L·

während der Entladestrom I„ über den Schalter S erst

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durch die X-Flanke des Eingangssignals A, gemäß Figur 2b, freigegeben wird. Der Schalter S wird dann wieder geöffnet, wenn die Spannung am Kondensator C den Wert U„ gemäß Figur 2c erreicht.

O Δύ JO

-Z-

■ k-

Die Figur 2a zeigt die Spannung U. ,, die die Ausgangsspannung eines Induktionsgebers ist. Mit T ist die Periodendauer und mit U eine Vergleichsspannung bezeichnet. Die Vergleichsspannung und die Ausgangsspannung des Induktionsgebers werden an einem nicht dargestellten Komparator miteinander verglichen. Daraus ergibt sich das mäanderförmige Steuersignal A gemäß Figur 2b.

Der Spannungsverlauf B am Kondensator C, gemäß Figur 2c, wird über die Eingangselektrode P, auf den Komparator K, und über die Eingangselektrode P- auf den Komparator K_? gegeben. Die Kondensatorspannung B wird am Komparator K, mit der Festspannung U gemäß Figur 2c verglichen. Sobald die Spannung B die Spannung U erreicht, gibt der Komparator K₁ ein Ausgangssignal T gemäß Figur 2d ab. Mit diesen Impulsen T , die dem Speicher-Flipflop FF über den An-Schluß E, zugeführt, werden, wird das FF gesetzt. Zurückgesetzt wird das FF mit der Low-High-Flanke des Eingangssteuersignals A am Eingang E„. Folglich stellt sich am Ausgang der bistabilen Kippstufe FF das in der Figur 2e dargestellte mäanderförmige Signal D ein.

zweiten Komparator K„ wird die Kondensatorspannung B mit der Spannung U„ gemäß Figur 2c verglichen. Die Spannung U ist gegenüber der Spannung U um einen Wert er-S r

höht, der sich aus der gewünschten Drehzahl ergibt, ab der die Korrektur des Zündzeitpunktes Null sein soll. Am Ausgang des Komparators K„ stellt sich somit ein Signal E gemäß Figur 2f ein. Dieses Signal E und das Ausgangssignal D der Kippstufe FF werden zur Erzeugung des Korrektursignals F auf ein NOR-Gatter G, gegeben. Das Signal F am Ausgang des NOR-Gatters hat einen Verlauf gemäß Figur 2g und ist um die Zeit At gegenüber dem Steuersignal A verlängert, wobei At der Zeit entspricht, die die abfallende Flanke des sägezahnförmigen Signals B bis zum Erreichen der Spannung U benötigt. Die Signale A und F bilden über das, ODER-Ga\:ter

(D,,D») das Ausgangssignal Z, welches die Zeit bestimmt, in der ein Primärstromfluß durch die Zündspule möglich ist. Der Verlauf des Primärstroms I ist in Fig. 2h dar-

pr

gestellt. Bei höheren Drehzahlen bestimmt das Eingangssteuersignal A allein den Primärstrom, da dann das sägezahnförmige Signal B nur noch zwischen den Festspannungen U- und U_ pendelt. Für diese Drehzahlen ist folglich das

D Γ

Zeitintervall At gleich Null.

Diese in der älteren Patentanmeldung P 31 34 883 beschriebene, elektronisch geregelte Zündschaltung funktioniert einwandfrei, solange die Summe aus Schließwinkel und maximaler Korrektur des Zündzeitpunktes jeweilig in Prozent der Periode ausgedrückt - den Wert 100 % nicht übersteigt. Für das Funktionieren der Schaltung gemäß Figur 1 ist entscheidend, daß der Setzimpuls T_v zeitlich immer vor dem Rücksetzimpuls, d.h. der low-high-Flanke des Eingangssteuersignals A kommt. Ist dies nicht gewährleistet, so erreicht das sägezahnförmige Signal B nicht mehr das Spannungniveau U_, wird instabil und übersteigt nach wenigen Impulsen des Steuersignals A die Spannung LJ .

Die in elektronisch geregelten Zündsystemen enthaltenen Schließwinkelregelungen sollen bei 4- bis 6-Zylinder-Motoren bei hohen Drehzahlen einen Winkel von mehr als 75 % ausregeln können. Dies ist notwendig, damit der Zündstrom durch die Primärspule einen für den Zündvorgang ausreichend großen Wert erhält, da von dem Stromspitzenwert die Zündenergie abhängig ist.

In der Figur 3a ist ein Steuersignal A dargestellt, bei dem der Schließwinkel

5ψ± = 75 %

-Ar-

■ (o·

ist. Dann erreicht gemäß Figur 3b der Primärspitzenstrom durch die Zündspule einen Wert, aus dem eine möglichst große Zündenergie für den Zündvorgang erzeugt werden kann. Wählt man dann einen Wert A = 25 % für die maximale Kompensation des Zündzeitpunktes, so ergibt sich ein Verlauf B gemäß Figur 3c für die Spannung am Kondensator C. Wie man der Figur 3c entnimmt, erreicht die Spannung B gerade noch das Spannungspotential U , so daß die Schaltung gemäß Figur noch funktioniert.

In Figur 3d ist dagegen der Spannungsverlauf B am Kondensator C für den Fall dargestellt, daß der Schließwinkel über 75 % ansteigt und zugleich die maximale Korrektur A_n der Zündzeitpunktkompensation 25 % beträgt oder diesen Wert noch übersteigt. Schließwinkel dieser Größe werden insbesondere für 6-Zylinder-Motoren benötigt. Im genannten Fall erreicht die Spannung B am Kondensator C in der Entladephase nicht mehr das Niveau U_p und schaukelt sich in der dargestellten Weise auf. Die Schaltung funktioniert solange bis die Spannung B am Kondensator C den Wert U₀ übersteigt und dann ständig über diesem Wert bleibt. Dann nehmen die Signale E und D gemäß Figur 2e und 2f ständig den low-Pegel an, sodaß das Ausgangssignal Z, gemäß Figur 1, ständig auf high-Potential liegt. Dies hat zur Folge, daß der Primärspulenstrom nicht mehr abgeschaltet wird. Der Primärspulenstrom ist in der Figur 3f dargestellt und zeigt ab dem Zeitpunkt, wo die Spannung B am Kondensator C das Potentialniveau U₀ ständig übersteigt, Dauerstrom an. Folglich ist ab diesem Zeitpunkt eine einwandfreie Funktion des Zündsystems nicht mehr gegeben. .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisch geregeltes Zündsystem anzugeben, das auch bei großen Schließwinkeln und gleichzeitig hohen maximalen Kompensationswerten für die Voreilung des Zündzeitpunktes funktionsfähig ist.

Zwar wurde in der älteren Patentanmeldung P 32 08 088 bereits vorgeschlagen, das Korrektursignal unwirksam zu schalten, doch geschieht dies mit Hilfe externer und manuell betätigter bzw. ν,ρη der Temperatur gesteuerter Schalter. Diese Schalter müssen jedoch so gesteuert werden, daß die Summe aus Schließwinkel und max. Korrekturwert - jeweils in Prozent der Periode ausgedrückt den Wert 100 % nicht erreichen kann.

Hat man eine entsprechende Ansteuerung nicht, kann man obige Bedingung nur einhalten, wenn man entweder

a) auf einen hohen Korrekturwert oder

b) auf einen hohen max. Schließwinkel verzichtet.

Die vorliegende Erfindung soll bei einer elektronischen Abschaltung die Einhaltung obiger Bedingung ohne Verzicht auf hohen max. Schließwinkel ermöglichen, indem dafür gesorgt wird, daß die Spannung B am Kondensator C die Spannung U in der geschilderten Weise nicht übersteigen kann.

Die genannte Aufgabe wird bei einem elektronisch geregelten Zündsystem, wie es sich aus dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ergibt, durch die im Kennzeichen dieses Anspruches genannten Merkmale gelöst. Bei dieser Schaltung ist es besonders vorteilhaft, daß aus dem Spannungsverlauf am Induktionsgeber direkt eine drehzahlabhängige Spannung abgeleitet werden kann, die mit einer Referenzspannung verglichen wird. Durch die Wahl des Wertes für die Referenzspannung läßt sich festlegen, ab welcher Drehzahl die Spannung am Kondensator C so niedrig gehalten wird, daß ein Übersteigen der Spannung U nicht mehr möglich ist. Die Schließwinkelregelung muß so ausgelegt werden, daß für den Drehzahlbereich, für den eine Kompensation des Zündzeitpunktes erwünscht ist, die Summe aus max. Schließwinkel und maximalem Korrekturwert A_n kleiner als 100° ist.

0 ΔύύΌΟ

— ^2 *■"*

Für den Drehzahlbereich nach der elektronischen Abschaltung dürfen höhere Schließwinkelwerte ausgeregelt werden.

Ein Beispiel für eine Schließwinkelgrenzkurve ist in Figur 7 dargestellt. Der gewünschte Kompensationsbereich reicht bis ca. 600 U/min. Bei ca. 800 U/min, liegt der Beginn der elektronischen Abschaltung. Ab etwa 1000 U/min übersteigt die Summe aus Schließwinkel und max. Korrektur wert A_Q 100 %.

Der bei der erfindungsgemäßen Schaltung erforderliche Komparator ist vorzugsweise nach Art eines Differenzverstärkers aufgebaut und besteht aus zwei an den Emit-

, r terelektroden zusammengeschalteten Transistoren. Den Basiselektroden dieser Transistoren werden die Eingangssignale zugeführt, um am Ausgang des Komparators Spannungsimpulse zu erzeugen, mit denen der Kondensator C entladen werden kann. Beispielsweise wird die Referenz-

2Q spannung so gewählt, daß sie ab einer Drehzahl des Rotors von ca. 8OO Umdrehungen/min von der mit ihr verglichenen Ausgangsspitzenspannung des Induktionsgebers überschritten wird, so daß ab dieser Drehzahl dem Kondensator Entladeimpulse zugeführt werden. Der Kondensator bzw. die Stromguelle Q„ in Figur 6 wird vorzugsweise so dimensioniert, daß der Kondensator bei vorhandenen Ausgangsimpulsen am Komparator nur noch auf eine Restspannung aufgeladen werden kann, die kleiner ist als die Spannung U_c.

Die Erfindung wird nachstehend noch anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Dabei zeigen die Figuren 4a bis 4d die für die Erfindung wesentlichen Signalverläufe.

oc In der Figur 5 ist die Drehzahlabhängigkeit der Spitzenspannung am Induktionsgeber dargestellt. In Figur 6 ist die schaltungstechnische Realisierung der Erfindung dargestellt.

. j.

In Figur 4a ist das Ausgangssignal des Induktionsgebers dargestellt, wobei die positive Spitzenspannung gemäß Figur 5 etwa linear mit der Drehzahl ansteigt. Dieser positive Spannungsverlauf des Induktionsgebers wird gemaß Figur 4b mit einer Referenzspannung ö verglichen. Sobald die Spitzenspannung des Induktionsgebers die Referenzspannung U_R übersteigt, ergeben sich Ausgangsimpulse T„ an dem die beiden Spannungen miteinander vergleichenden Komparator. Diese Spannungsimpulse sind in Figur 4c dargestellt. Ihre Breite wächst mit zunehmender Drehzahl. Diese Spannungsirapulse gelangen auf die Basis von T. in Figur 6, sodaß der Kondensator C durch jeden Impuls soweit entladen wird, daß die Spannung B am Kondensator C in der Anstiegsphase niemals den Wert U₀ übersteigen kann. Der Spannungsverlauf B am Kondensator C ist für diesen Fall in der Figur 4d dargestellt.

2Q Bei einer ausgeführten Schaltung mit einem maximalen Schließwinkel von 80 % und einem Kompensationswert des Zündzeitpunktes von maximal 25 % betrug der Ladestrom I_T = 12,5 μΑ und der Entladestrom I„ = 50 μΑ (Fig. 1). Bei einer Drehzahl von 600 Umdrehungen/min war gefordert, daß sich die Zündkompensation von 25 % auf 0 % reduziert.

Die Spannung U„ wurde mit 0,4 V festgelegt. Der Kondenr

sator C hatte den Wert 2 \iF. Die Schließwinkelregelung konnte ab 1000 Umdrehungen/min erstmals den maximalen Schließwinkel von 8O % ausregeln. Bei dieser Drehzahl wurde der Kondensator bereits ausreichend entladen.

Bei der Schaltung gemäß Figur 6 wurde der positive Teil der Induktionsspannung auf einen Spannungsteiler aus den Widerständen R, und R„ gegeben, wobei der Spannungsabgriff zur Basiselektrode des Transistors T, führt. Die npn-Transistoren T- und T-, den den Komparator K-. bilden, sind an den Emitterelektroden mit der gemeinsamen Stromquelle Q-

■A).

verbunden. Den Basiselektroden der beiden Transistoren werden die miteinander zu vergleichenden Spannungen zugeführt. Die Spannung []„„„, die intern aus der "Bandgap-Spannung" abgeleitet wird, wird der Basiselektrode des Transistors T~ zugeführt. Sobald diese Spannung kleiner ist als die Basisspannung des Transistors T, wird der Transistor T, und damit T₃ leitend. Im Kollektorzweig des Transistors T-. liegen die Widerstände R. und R₁-, an denen bei durchgesteuertem Transistor T~ ein Spannungsabfall auftritt, der den npn-Transistor T. öffnet und somit den Entladeweg des Kondensators C über diesen Transistor T. freigibt. Den Transistor T. öffnende Impulse treten erstmals bei ca. 800 Umdrehungen/min auf. Bei ca. 1000 U/min entladen diese Impulse den Kondensator C praktisch auf 0 V. In der verbleibenden Restzeit der Periode, die bei 1000 Umdrehungen 30 msek beträgt, wird der Kondensator C bei einem Wert von 2 uF und dem genannten Ladestrom von I = 12,5 μΑ nur auf 0,19 V wieder aufgeladen. Der nächste Impuls am Ausgang des Komparators entlädt den Kondensator C wieder erneut auf 0 V. Damit ist ab einer Drehzahl von 1000 Umdrehungen/min sichergestellt, daß das B-Signal immer unter dem Wert der Spannung U_p von 0,4 V liegt.

Wenn die Drehzahl weiter ansteigt, so wird auch der Spitzenwert des Ausgangssignals am Induktionsgeber größer. Damit nimmt auch die Breite der Impulse am Ausgang des Komparators, so daß das B-Signal nur noch auf Werte unter 0,19 V aufgeladen werden kann.

Die erfindungsgemäße elektronische Abschaltung des Zündsystems hat den Vorteil, daß auch bei einer Überhöhung der Drehzahl in der Anlassphase auch bei Zündsystemen mit einer weitreichenden Schließwinkelregelung und hohen Kompensationswerten der Zündzeitpunktsvoreilung Zündaussetzer oder gar die Zerstörung der Zündspule durch dauernden Stromfluß in der Primärwicklung ausgeschlossen ist.

• Αλ ■ . Leerseite

Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. Theodor-Stern-Kai 1, 6000 Frankfurt 70

Heilbronn, den 17.08.82 PTL-HN-Ma-ba HN 82/16

Patentansprüche

f)

VLy Elektronisch geregeltes Zündsystem für eine Brennkraftmaschine zur Kompensation der Voreilung des Zündzeitpunktes gegenüber der mechanischen Stellung des Rotors bei niedrigen Drehzahlen, bei dem aus einem direkt vom Induktionsgeber abgeleiteten mäanderförmigen Steuersignal (A) ein Korrektursignal (F) abgeleitet wird, indem innerhalb jeder Periode des Steuersignals aus einer Flanke (X) dieses Signals ein sägezahnförmiges Signal (B) erzeugt und das Korrektursignal (F) gegenüber dem Steuersignal um einen sich mit der Drehzahl (n) des Rotors ändernden Teil (Ät) der Zeit verlängert wird, die durch die abfallende Flanke des sägezahnförmigen Signals bestimmt ist, wobei dieses sägezahnförmige Signal durch den Spannungsverlauf an einem Kondensator (C) gegeben ist, der bis zum Auftreten der Steuerflanke (X) des Steuersignals aufgeladen und danach bis zum Erreichen einer vorgegebenen Referenzspannung (Up) entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die drehzahlabhängige Ausgangsspannung (U. ,) des Induktionsgebers an einem Komparator (K-,) mit einer Referenzspannung (υ-,,-,) verglichen wird, wobei die Referenzspannung (U_n__) so gewählt ist, daß sie ab einer

Kfcir

bestimmten Drehzahl des Rotors von der Ausgangsspannung

•a·

des Induktionsgebers unter Auslösung eines Ausgangsimpulses (T„) am Komparator überschritten wird und daß mit diesem Ausgangsimpuls (T₀) der Kondensator (C) der-

art entladen wird, daß eine Korrektur des Steuersignals (A) nicht stattfindet.
2) Elektronisch geregeltes Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (K-J nach der Art eines Differenzverstärkers aus zwei an den Emitterelektroden zusammengeschalteten Transistoren (T,,T-) aufgebaut ist, wobei den Basiselektroden der Transistoren die Eingangssignale zugeführt werden, und daß das an einem Kollektorwiderstand (R-,) eines Transistors (T-.) abgegriffene Ausgangssignal einem dem Kondensator (C) parallel geschalteten Transistor (T.) zugeführt wird, der beim Auftreten eines Ausgangsimpulses (T„) am Kom-

parator durchgesteuert wird und als Entladestrecke für den Kondensator (C) dient.
3) Elektronisch geregeltes Zündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (U_nirr,) derart gewählt ist, daß sie ab einer Drehzahl des Rotors von ca. 1000 Umdr./min. von der Ausgangsspitzenspannung des Induktionsgebers überschritten wird und somit den Kondensator entladene Ausgangsimpulse (T„) am Ausgang des Komparator (K₀)

Π J

auftreten.
4) Elektronisch geregeltes Zündsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C) so dimensioniert ist, daß er bei vorhandenen Ausgangsimpulsen am Komparator nur noch auf eine Restspannung aufgeladen wird, die kleiner ist als die Festspannung (U ), mit der das sägezahnförmige Signal (B) zur Gewinnung eines Korrektursignals (F) verglichen wird.