DE3233554C2

DE3233554C2 - Elektronisch geregeltes Zündsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3233554C2
Application number: DE3233554A
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: 1985-02-28
Also published as: IT8322817A0; FR2532993B1; FR2532993A1; IT1194392B; DE3233554A1; IT8322817A1; US4538572A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ergänzung der Patentanmeldungen P 3134883 und P 3208088. Dabei geht es um die elektronische Abschaltung der Korrekturschaltung für den Fall eines großen Schließwinkels bei gleichzeitig maximalem Korrekturwert. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die drehzahlabhängige Ausgangsspannung eines Induktionsgebers an einem Komparator mit einer Referenzspannung verglichen wird, wobei die Referenzspannung so gewählt ist, daß sie ab einer bestimmten Drehzahl des Rotors von der Ausgangsspannung des Induktionsgebers unter Auslösung eines Ausgangsimpulses am Komparator überschritten wird. Mit diesem Ausgangsimpuls wird der Kondensator, an dem das sägezahnförmige Signal erzeugt wird, derart entladen, daß eine Korrektur des Steuersignals nicht mehr stattfindet.

Description

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 Patentanspruchs 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 rechteckförmiges Steuersignal und aus diesem rechteckförmigen Steuersignal bei niederen Drehzahlen ein Korrektursignal gewonnen wird, das die systembedingte Voreilung des Zündzeitpunktes im unteren Drehzahlbereich korrigiert

Dabei wird in der Schaltung der Patentanmeldung P 31 34 883 von einem relativ kleinen Schließwinkel — bei 4-Zylindermotoren — und einem relativ kleinen maximalen Zündzeitpunktkompensationswert Aa von bei-

jo spielsweise 6% ausgegangen.

Bei einer Vergrößerung des Schließwinkels — beispielsweise beim Einsatz der Schaltung in 6- oder 8-Zylindermotoren — und einer gleichzeitigen Vergrößerung des maximalen Zündzeitpunktkompensationswerts Ao auf beispielsweise 25% hat sich gezeigt, daß ein einwandfreier Betrieb der Zündanlage dann nicht mehr gewährleistet ist, wenn die Summe der prozentualen Anteile von Schließzeit und Zündzeitpunktkompensationswert An 100% der Periodendauer Tübersteigt.

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

Die genannte Aufgabe wird bei einem elektronisch geregelten Zündsystem, wie es sich aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ergibt, durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs 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 (Urf.f) verglichen wird. Durch die Wahl des Wertes für die Referenzspannung (URFr) läßt sich festlegen, ab welcher Drehzahl die Spannung am Kondensator (C) so niedrig gehalten wird, daß ein Übersteigen der Spannung Us 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 maximalem Schließwinkel und maximalem Korrekiurwert Ao kleiner als 100% ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Erläuterung des Systems zur Kompensation der

M Zündverteilung in der Stariphasc gemäß der älteren Anmeldung P 31 34 883 sowie Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher besehrieben. Es zeigt

3 4

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Zündzeitpunktkom- abfallende Flanke des sägezahnförmigen Signals B bis

pensationsschaltung gemäß der Patentanmeldung zum Erreichen der Spannung Us benötige Die Signale A

P 31 34 883. und F bilden über das ODER-Gatter (D₁. D₂) das Aus-

Fig.2 Impulsdiagramme und Signalverläufe in der gangssignal Z, welches die Zeit bestimmt, in der ein

Schaltung gemäß der Patentanmeldung P 31 34 883, 5 Primärstromfluß durch die Zündspule möglich ist Der

Fig.3 Impulsdiagramme und Signalverläufe in der Verlauf des Primärstroms I_pr ist in Fig. 2h dargestellt.

Schaltung gemäß der Patentanmeldung P 31 34 883 bei Bei höheren Drehzahlen bestimmt das Eingangssteuer-

einem Betriebsfall, wo die Summe der prozentualen An- signal A allein den Primärstrom, da dann das sägezahn-

teile von Schüzßwinkel und Korrekturweri A₀ gerade förmige Signal B nur noch zwischen der ersten und

100% ist bzw. wo die Summe 100% übersteigt, 10 zweiten Referenzspannung Us und t/f-pendelt Für diese

F ig. 4 lmpuisdiagramme und Signalverläufe einer Drehzahlen ist folglich das Zeitintervall Jt gleich NuIL
Zündkompensationsschahung gemäß der vorliegenden Diese in der älteren Patentanmeldung P 31 34 883 beErfindung, schriebene, elektronisch geregelte Zündschaltung funk-

F i g. 5 den Verlauf der Spannungsspitze des Signals tioniert einwandfrei, solange die Summe aus Schließ-

Ui„jdes Induktionsgebers als Funktion der Drehzahl, 15 winkel und maximaler Korrektur des Zündzeitpunktes

F i g. 6 ein Detailschaltbild eines Schaltungsteils ge- — jeweilig in Prozent der Periode ausgedrückt — den

maß der vorliegenden Erfindung, Wert 100% nicht übersteigt Für das Funktionieren der

F i g. 7 den Verlauf des Schließwinkels in %, bezogen Schaltung gemäß F i g. 1 ist entscheidend, daß der Setzauf die Periodendauer in Abhängigkeit von der Dreh- impuls 7> zeitlich immer vor dem Rücksetzimpuls, d. h. zahl. 20 der Low-High-Flanke des Eingangssteuersignals A

Die schematisierte Schaltung zur Zündzeitpunktkom- kommt 1st dies nicht gewährleistet ergeben sich an der

pensation gemäß der älteren Patentanmeldung Kippstufe FF Undefinierte Schaltzustände, so daß das

P 31 34 883 ist in der F i g. 1 dargestellt Ihre Wirkungs- sägezahnförmige Signal B nicht mehr das Spannungsni-

weise ergibt sich aus der F i g. 2. veau ^erreicht, instabil wird, und nach wenigen Impul-

Gemäß F i g. 1 enthält die Schaltung einen Kondensa- 25 sen des Steuersignals A die Spannung Us übersteigt,

tor Q der mit dem Ladestrom I_L geladen und mit dem Die in elektronisch geregelten Zündsystemen enthal-

Entladestrom Ie entladen wird. Der Ladestrom h fließt tenen Schließwinkelregelungen sollen bei 4- bis 6-Zylin-

ständig, während der Entladestrom 4 über den Schalter der-Motoren bei hohen Drehzahlen einen Winkel von

5erst durch die X-Flanke des Eingangssignals A, gemäß mehr als 75% ausregeln können. Dies ist notwendig,

F i g. 2b, freigegeben wird. Der Schalter S wird dann 30 damit der Zündstrom durch die Primärspule einen für wieder geöffnet wenn die Spannung am Kondensator C den Zündvorgang ausreichend großen Wert erhält, da

den Wert Uf gemäß F i g. 2c erreicht. von dem Stromspitzenwert die Zündenergie abhängig

Die F i g. 2a zeigt die Spannung U,„d, die die Aus- ist.

gangsspannung eines Induktionsgebers ist Mit Tist die In der F i g. 3a ist ein Steuersignal A dargestellt, bei Periodendauer und mit Uv eine Vergleichsspannung be- 35 dem der Schließwinkel
zeichnet Die Vergleichsspannung und die Ausgangsspannung des Induktionsgebers werden an einem nicht high ₌ 750^
dargestellten Komparator miteinander verglichen. Dar- T
aus ergibt sich das rechteckförmige Steuersignal A gemäß F i g. 2b. 40 ist. Dann erreicht gemäß F i g. 3b der Primärspitzen-

Der Spannungsverlauf B am Kondensator C, gemäß strom durch die Zündspule einen Wert, aus dem eine

F i g. 2c, wird über die Eingangselektrode P\ auf den möglichst große Zündenergie für den Zündvorgang er-

Komparator K\ und über die Eingangselektrode P₃ auf zeugt werden kann. Wählt man dann einen Werf

den Komparator K₂ gegeben. Die Kondensstorspan- Ao = 25°k für die maximale Kompensation des Zünd-

nung B wird am Komparator K\ mit der ersten Refe- 45 Zeitpunktes, so ergibt sich ein Verlauf B gemäß Fig.3c

renzspannung Ufgemäß Fig. 2c verglichen. Sobald die für die Spannung am Kondensator C. Wie man der

Spannung B die Spannung Ui- erreicht, gibt der Kompa- F i g. 3c entnimmt, erreicht die Spannung Bgerade noch

rator K\ ein Ausgangssignal T_x gemäß F i g. 2d ab. Mit das Spannungspotential Uf, so daß die Schaltung gemäß

diesen Impulsen Τχ, die dem Speicher-Flipflop FFüber Fi g. 1 noch funktioniert.

den Anschluß £Ί zugeführt werden, wird das FFgesetzt. 50 In Fig.3d ist dagegen der Spannungsverlauf B am Zurückgesetzt wird das FF mit der Low-High-Flanke Kondensator Cfür den Fall dargestellt, daß der Schließdes Eingangssteuersignals A am Eingang E₂. Folglich winkel über 75% ansteigt und zugleich die maximale stellt sich am Ausgang der bistabilen Kippstufe FFdas Korrektur Ao der Zündzeitpunktkompensation 25% bein der F i g. 2e dargestellte rechteckförmige Signal D trägt oder diesen Wert noch übersteigt. Schließwinkel ein. 55 dieser Größe werden insbesondere für 6-Zylinder-Mo-

Am zweiten Komparator K₂ wird die Kondensator- toren benötigt. Im genannten Fall erreicht die Spannung

spannung B mit der zweiten Referenzspannung Us ge- B am Kondensator C in der Entladephase nicht mehr

maß Fig. 2c verglichen. Die Spannung Us ist gegenüber das Niveau Ur und schaukelt sich in der dargestellten

der Spannung Uy um einen Wert erhöht, der sich aus der Weise auf. Die Schaltung funktioniert so lange, bis die

gewünschten Drehzahl ergibt, ab der die Korrektur des so Spannung B am Kondensator Cden Wert Us übersteigt

Zündzeitpunktes null sein soll. Am Ausgang des Korn- und dann ständig über diesen Wert bleibt. Dann nehmen

parators K₇ stellt sich somit ein Signal E gemäß F i g. 2f die Signale E und D gemäß F i g. 2e und 2f ständig den

ein. Dieses Signal fund das Ausgangssignal Oder Kipp- Low-Pegel an, so daß das Ausgangssignal Z, gemäß

stufe FFwerden zur Erzeugung des Korrektursignals F Fig. 1, ständig auf High-Potential liegt. Dies hat zur

auf ein NOR-Gatter G, gegeben. Das Signal Farn Aus- b5 Folge, daß der Primärspulenslrom nicht mehr abge-

gang des NOR-Gatters hat einen Verlauf gemäß schaltet wird. Der Primärspulenstrom ist in der Fi g. 3f

F i g. 2g und ist um die Zeit Δι gegenüber dem Steuerst- dargestellt und zeigt ab dem Zeitpunkt, wo die Span-

gnal A verlängert, wobei Δι der Zeit entspricht, die die nung ßam Kondensator Cdas Potentialniveau i/sstän-

dig übersteigt, Dauerstrom an. Folglich ist ab diesem Zeitpunkt eine einwandfreie Funktion des Zündsystems nicht mehr gegeben.

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. von 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 Ao oder

b) auf einen hohen max. Schließwinkel verzichtet.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht dagegen bei einer elektronischen Abschaltung der Korrekturschaltung ab einer bestimmten Drehzahl die Einhaltung obiger Bedingung ohne Verzicht auf hohen max. Schließwinkel, indem dafür gesorgt wird, daß die Spannung B am Kondensator C die Spannung Us in der geschilderten Weise nicht übersteigen kann.

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

Ein Beispiel für eine Schließwinkelgrenzkurve ist in F i g. 7 dargestellt. Der gewünschte Kompensationsbereich reicht bis ca. 600 U/min. Bei ca. 8 U/min liegt der Beginn der elektronischen Abschaltung. Ab etwa 1000 U/min übersteigt die Summe aus Schließwinkel und max. Korrekturwert Ao 100%.

Der bei der erfindungsgemäßen Schaltung erforderliche Komparator ist vorzugsweise nach Art eines Differenzverstärkers aufgebaut und besteht aus zwei an den Emitterelektroden 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 Referenzspannung so gewählt, daß sie ab einer Drehzahl des Rotors von ca. 800 U/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 Stromquelle Q₂ in Fig.6 wird vorzugsweise so dimensioniert, daß der Kondensator bei vorhandenen Ausgangsirnpulscn am Komparator nur noch auf eine Restspannung aufgeladen werden kann, die kleiner ist als die Spannung Us.

In F i g. 4a ist das Ausgangssignal £/;„</des Induktionsgebers dargestellt, wobei die positive Spitzenspannung gemäß Fig.5 etwa linear mit der Drehzahl ansteigt Dieser positive Spannungsverlauf des Induktionsgebers wird gemäß Fig.4b mit einer dritten Referenzspannung Uref verglichen. Sobald die Spitzenspannung des Induktionsgebers die Referenzspannung Urfi übersteigt, ergeben sich Ausgangsimpulse Tn an dem die beiden Spannungen miteinander vergleichenden Komparator. Diese Spannungsimpulse sind in F i g. 4c dargestellt. Ihre Breite wächst mit zunehmender Drehzahl. Diese Spannungsimpulse T_H gelangen auf die Basis von T₄ in F i g. 6, so daß der Kondensator C durch jeden Impuls so weit entladen wird, daß die Spannung B am Kondensator C in der Anstiegsphase niemals den Wert Us übersteigen kann. Der Spannungsverlauf B am Kondensator Cist für diesen Fall in der F i g. 4d dargestellt.

Bei einer ausgeführten Schaltung mit einem maximalen Schließwinkel von 80% und einem Kompensationswert des Zündzeitpunktes von maximal 25% betrug der Ladestrom //.—12,5μΑ und der Entladestrom 4 = 50μΑ (Fig. 1). Bei einer Drehzahl von 600 U/min war gefordert worden, daß sich die Zündkompensation von 25% auf 0% reduziert. Die Spannung Up wurde mit 0,4 V festgelegt. Der Kondensator C hatte den Wert 2 μ,Ρ. Die Schließwinkelregelung konnte ab 1000 U/min erstmals den maximalen Schließwinkel von 80% ausregeln. Bei dieser Drehzahl wurde der Kondensator bereits ausreichend entladen.

!5 Bei der Schaltung gemäß Fig.6 wurde der positive Teil der Induktionsspannung auf einen Spannungsteiler aus den Widerständen R\ und /?₂ gegeben, wobei der Spannungsabgriff zur Basiselektrode des Transistors Ti führt. Die npn-Transistoren Ti und T₂, die den Komparator Ki bilden, sind an den Emitterelektroden mit der gemeinsamen Stromquelle Q₃ verbunden. Den Basiselektroden der beiden Transistoren werden die miteinander zu vergleichenden Spannungen zugeführt. Die Spannung U_REf, die intern aus der »Band-gap-Spannung« abgeleitet wird, wird der Basiselektrode des Transistors T₂ zugeführt. Sobald diese Spannung kleiner ist als die Basisspannung des Transistors T\ wird der Transistor Ti und damit T₃ leitend. Im Kollektorzweig des Transistors T₃ liegen die Widerstände Ri und R-* an denen bei durchgesteuertem Transistor T₃ ein Spannungsabfall auftritt, der den npn-Transistor T₄ öffnet und somit den Entladeweg des Kondensators C über diesen Transistor T₄ freigibt. Den Transistor T₄ öffnende Impulse Th treten erstmals bei ca. 800 U/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 μΡ und dem genannten Ladestrom von /;.= 12,5μΑ 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 U/min sichergestellt, daß das S-Signal immer unter dem Wert der Spannung i/r 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 zu, so daß das ß-Signal nur noch auf Werte unter 0,19 V ansteigen 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 Zündzeitpunktvoreilung Zündaussetzer oder gar die Zerstörung der Zündspule durch dauernden Stromfluß in der Primärwicklung ausgeschlossen ist

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 direki von einem Induktionsgeber mit der Ausgangsspannung (U₁^ abgeleiteten rechteckförmigen Steuersignal (A) ein Korrektursignal (F) abgeleitet wird, indem innerhalb einer Periode des Steuersignals (A) aus einer Flanke (X) dieses Signals ein sägezahnförmiges Signal (B) erzeugt und das Korrektursignal (F) gegenüber dem Steuersignal (A) um einen sich mit der Drehzahl (n) des Rotors ändernden Teil (Jt) der Zeit verlängert wird, die durch die abfallende Flanke des sägezahnförmigen Signals bestimmt ist. wobei die High-Low-Flanke des Korrektursignals (F) den Zündzeitpunkt bestimmt und das sägezahnförmige Signal durch den Spannungsverlauf an einem Kondensator (C) gegeben ist, der bis zum Auftreten der Steuerflanke (X) des Steuersignals (Aj aufgeladen und danach bis zum Erreichen einer vorgegebenen ersten Referenzspannung (Uf) entladen wird und bei dem Schaltungsmittel (Du D₂, FF, G) vorgesehen sind, durch die ab einer definierten Drehzahl eine Korrektur des Steuersignals (A) nicht mehr stattfindet, wenn das sägezahnförmige Signal mit seinem Maximum eine zweite Referenzspannung (Us) nicht überschreitet, d a durch gekennzeichnet, daß die drehzahlabhängige Ausgangsspannung (U,„d)dcs Induktionsgebers an einem Komparator (Kj) mit einer dritten Referenzspannung (Urtr) verglichen wird, wobei diese Referenzspannung (Uref) so gewählt ist, daß sie ab einer bestimmten Drehzahl des Rotors von der Ausgangsspannung des Induktionsgebers unter Auslösung eines Ausgangsimpulses (Tu) am Komparator (Kj) überschritten wird und daß mit diesem Ausgangsimpuls (T_H) der Kondensator (C) auf Massepotential für die Dauer des Ausgangsimpulses (Tu) entladen wird, und daß der Kondensator (C) so dimensioniert ist, daß er bei Vorhandensein der Ausgangsimpulse (Tn)&m Komparator (Kj) nur noch auf eine Restspannung aufgeladen wird, die kleiner ist als die zweite Referenzsspannung (Us).

2. Elektronisch geregeltes Zündsystem nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (Ki) nach der Art eines Differenzverstärkers aus zwei an den Emitterelektroden zusammengeschalteten Transistoren (Ti, T₂) aufgebaut ist, wobei den Basiselektroden der Transistoren die Eingangssignale zugeführt werden, und daß das an einem Kollektorwiderstand (A3) eines Transistors (Ti) abgegriffene Ausgangssignal einem dem Kondensator (C) parallelgeschalteten Transistor (Tt) zugeführt wird, der beim Auftreten eines Ausgangsimpulses (Th) am Komparator durchgesteuert wird und als Entladestrecke für den Kondensator dient.

3. Elektronisch geregeltes Zündsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (Uhu) derart gewählt ist, daß sie ab einer Drehzahl des Rotors von ca. 1000 U/min von der Ausgangsspit/.enspannung (U„,,i)des Induktionsgebers überschritten wird und somit den Kondensator entladende Ausgangsimpiilse (Tu)'dm Ausgang des KomparatorsfA'i) auftreten.

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