DE3234586A1

DE3234586A1 - Zuendzeitpunkt-steuerung fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3234586A1
Application number: DE19823234586
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Katsuta Katada; Suetaro Shibukawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-09-18
Filing date: 1982-09-17
Publication date: 1983-04-14
Also published as: JPS5848777A; DE3234586C2; US4503823A; JPS6221990B2

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Zündzeitpunkt-Steuerung für einen Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft eine Zündzeitpunkt-Steuerung für einen Verbrennungsmotor und insbesondere eine elektronische Zündwinkel-Steuerung.

Beim Betrieb eines Verbrennungsmotors dauert es nach der Zündung des Kraftstoffs im Zylinder durch den Zündfunken eine gewisse Zeit, bis der Zylinderdruck sein Maximum nach einer vollständigen Verbrennung des Kraftstoffs erreicht. Aus diesem Grunde erfolgt die Zündung, wenn der Kolben eine Stellung vor dem oberen Totpunkt erreicht hat, das bedeutet eine frühere Stellung, so daß die Verbrennung beendet ist, wenn der Kolben den oberen Totpunkt überschritten hat, und die maximale Kraft erzeugt.

Sobald jedoch die Motordrehzahl über einen bestimmten Bereich hinaus ansteigt, ergeben sich bei dem für geringere

Drehzahlen eingestellten Zündzeitpunkt Probleme, die sich in einer Verringerung der Ausgangsleistung und im überdrehen zeigen. Deshalb muß bei Motordrehzahlen oberhalb einer bestimmten hohen Drehzahl der Zündverstellwinkel reduziert werden, d. h. daß der Zündzeitpunkt verzögert werden muß. In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 41 456/81 mit dem Titel "Magnetic Ignition Control Apparatus", angemeldet von Mitsubishi Electric Corp. am 19. September 1979 und veröffentlicht am 18. April 1981 ist eine Zündzeitpunkt-Steuerung offenbart, bei der der Zündverstellwinkel verkleinert wird, sobald die Motordrehzahl über eine gegebene hohe Drehzahl wächst. Dieses Gerät verwendet jedoch eine komplizierte Schaltung, die ein Zündsignal aufgrund einem Impulssignal, das synchron mit der Drehung des Motors erzeugt wird, liefert. Darüber hinaus beschreibt die obige Veröffentlichung nicht genau den Zweck der Verringerung des Zündverstellwinkels bei hoher Drehzahl.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die oben angeführten Nachteile der herkömmlichen Zündzeitsteuerung zu vermeiden und eine einfach aufgebaute Zündzeitpunktsteuerung zu ermöglichen, die den Leistungsverlust bei hoher Motordrehzahl verhindert.

Zur Lösung der obigen Aufgabe enthält eine erfindungsgemäße Zündzeitpunkt-Steuerung für einen Verbrennungsmotor folgende Komponenten:

Einen Impulsgenerator, der synchron mit der Drehung der Kurbelwelle des Motors betrieben wird und einen ersten Impuls zu einem Zeitpunkt, der einem maximalen Zünd-

verstellwinkel des Motors entspricht, und einen zweiten Impuls zu einem Zeitpunkt, der einem minimalen Zündverstellwinkel des Motors entspricht, liefert;

eine bistabile Schaltung, die mit dem ersten Impuls von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand und mit dem zweiten Impuls vom zweiten Zustand zum ersten Zustand übergeht;

eine erste Sägezahn-Generatorschaltung, die ein erste Sägezahnsignal als Antwort auf ein Ausgangssignal der bistabilen Schaltung liefert, das einen ersten Pegel einnimmt, wenn die bistabile Schaltung im ersten Zustand ist, auf einen zweiten Pegel abfällt, wenn die bistabile Schaltung vom ersten Zustand zum zweiten Zustand übergeht, danach mit einer ersten Steigung zeitlich abnimmt und zum ersten Pegel zurückkehrt,wenn die bistabile Schaltung vom zweiten Zustand zum ersten Zustand übergeht;

eine zweite Sägezahnsignal-Generatorschaltung, die ein zweites Sägezahnsignal als Antwort auf ein Ausgangssignal der bistabilen Schaltung liefert, das von einem vierten Pegel mit einer zweiten Steigung zeitlich ansteigt, nachdem die bistabile Schaltung vom zweiten Zustand zum ersten Zustand übergegangen ist, einen momentanen Pegel beibehält, wenn die bistabile Schaltung den zweiten Zustand liefert und zum vierten Pegel abfällt, wenn die bistabile Schaltung vom zweiten Zustand zum ersten Zustand übergeht;

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eine Vergleicher-Schaltung, die die Pegel des ersten- und zweiten Sägezahnsignals vergleicht und einen Zündimpuls liefert, wenn der Pegel des zweiten Sägezahnsignals den Pegel des ersten Sägezahnsignals erreicht; und

eine Zündschaltung, die eine Zündkerze betreibt und eine Zündentladung als Antwort auf den zweiten Impuls der Impuls-Generatorschaltung oder als Antwort auf den Zündimpuls der Vergleicherschaltung erzeugt, wobei der Zündverstellwinkel des Motors im wesentlichen konstant den maximalen Zündverstellwinkel einnimmt, während der Motor in einem Drehzahlbereich zwischen einer ersten vorgegebenen Motordrehzahl und einer zweiten vorgegebenen Motordrehzahl, die höher ist als die erste Motordrehzahl, dreht, der Zündverstellwinkel proportional zur anwachsenden Motordrehzahl abnimmt, während der Motor in einem Bereich zwischen der zweiten vorgegebenen Motordrehzahl und einer dritten vorgegebenen Motordrehzahl, die höher ist als die zweite Motordrehzahl, dreht, und der Zündverstellwinkel ein Minimum annimmt, wenn sich der Motor mit einer höheren Drehzahl als die dritte vorgegebene Motordrehzahl dreht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Aufbaus der erfindungsgemäßen elektronischen Zündzeitpunkt-Steuerung;

Fig. 2 ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen elektronischen Zündzeitpunkt-Steuerung ;

Fig. 3 eine Anzahl von Zeitdiagrammen, die an verschiedenen Teilen der in Fig. 2 dargestellten Steuerung auftretende Signalformen darstellen;

Fig. 4 ein Diagramm, das den Zündzeitpunkt, den die Steuerung von Fig. 2 liefert, darstellt;

Fig.5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem von der Steuerung in Fig. 2 erzielten Zündverstellwinkel und der Motordrehzahl·

Fig. 6 eine Anzahl Signalformen, die den Betrieb der in Fig. 2 dargestellten Steuerung erklären.

Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Zündzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und Fig. 3 wesentliche Spannungs-Signalformen, die an den hauptsächlichen Teilen der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung beobachtet werden.

In Fig. 1 liefert ein Impulsgenerator 1 ein Paar positiver und negativer Impulse (Signal a in Fig. 3 (A)), die die Extremwerte des synchron mit der Drehung der Kurbelwelle erzeugten Zündzeitpunkts definieren, und speist diese einer bistabilen Schaltung 2, nämlich einem Flip-Flop, ein. Eine innere Periodendauer T zwischen dem positiven und negativen Impuls des Signals a stellt eine bestimmte Kurbelwellen-Winkeldifferenz dar. Abhängig von dem Paar positiver und negativer Impulse (Signal a) erzeugt das Flip-Flop 2 ein in Fig.3 (C) gezeigtes Rechtecksignal b, das dem ersten und zweiten

Sägezahnsignalgenerator 3 und 4 eingegeben wird. Der erste Sägezahnsignalgenerator 3 erzeugt ein Sägezahnsignal c, das vom Bezugspegel zu einem bestimmten Pegel m1 zum Zeitpunkt des negativen Impulses abfällt und weiterhin linear mit der Zeit während dem Aus-Zustand des Signals b abnimmt, dann auf den positiven Impuls des Signals a hin zum Bezugspegel zurückkehrt, wie in Fig. 3 (D) dargestellt ist. Der zweite Sägezahnsignalgenerator 4 erzeugt ein Sägezahnsignal d, das linear mit der Zeit vom Bezugspegel während dem Ein-Zustand des Signals b abnimmt und ab/ Zeitpunkt des negativen Impulses gleich bleibt, dann auf den folgenden positiven Impuls des Signals a hin zum Bezugspegel abfällt. Die Ausgänge der Sägezahnsignalgeneratoren 3 und 4 werden einem Vergleicher 5 eingegeben. Der Vergleicher 5 vergleicht die zwei Sägezahnsignale c und d und erzeugt ein Zündsignal e für die Zündschaltung 6, wenn die Größe des Sägezahnsignals d die Größe des Sägezahnsignals c erreicht hat. Die Zündschaltung 6 bewirkt, daß eine zugehörige Zündkerze einen Zündfunken auf das Zündsignal e hin erzeugt. Der Ausgangsimpuls a des Impulsgenerators 1 wird ebenfalls direkt über eine Leitung 7 der Zündschaltung 6 eingegeben, so daß diese, falls der Vergleicher 5 kein Zündsignal für

die Zündschaltung erzeugt, vom positiven Impuls, den der Impulsgenerator 1 erzeugt, aktiviert wird. Wenn bei der vorangehend beschriebenen Anordnung der Verbrennungsmotor gestartet wird, d. h. während dem Anlaßbetrieb (bei dem die Motordrehzahl unterhalb N_T ist), ist die Amplitude des Ausgangsimpulses des Impulsgenerators 1 zu klein, um das Flip-Flop 2 zu trigger das wiederum das Rechtecksignal b nicht erzeugt. Der

Vergleicher 5 erzeugt kein Zündsignal. Entsprechend wird die Zündschaltung 6 vom positiven Impuls des Impulssignals a getrieben, was den kleinsten Zündverstellwinkel und den spätesten Zündzeitpunkt bewirkt. Hier wird der Zündverstellwinkel als Kurbelwellenwinkeldifferenz von dem oberen Totpunkt zum Zündzeitpunkt gemessen. Wenn sich die MJtordrehzahl innerhalb des Drehzahlbereichs (N_T-N„) bewegt, wächst die

Li n

Amplitude des Ausgangsimpulses des Impulsgenerators 1 an und das Flip-Flop 2 erzeugt darauf das Rechtecksignal b. Die Sägezahnsignalgeneratoren 3 und 4 erzeugen jeweils die Sägezahnsignale c und d auf das Rechtecksignal b. Zu diesem Zeitpunkt ist die Motordrehzahl noch klein und der Spitzenwert ν. des Sägezahnsignals d ist größer als der Wert V₂ des Sägezahnsignals c^wie die Signalform d* in Fig. 3(F) zeigt» Wenn dann zum Zeitpunkt t«, wo der negative Impuls des Impulssignals a erscheint, der Betrag des Sägezahnsignals d den des Sägezahnsignals c erreicht, beginnt ein Zündsignal mit seiner Vorderflanke. In diesem Fall ist der Zündverstellwinkel maximal. Wenn die Motordrehzahl innerhalb des Bereichs N_L~N_H größer wird, nimmt der Spitzenwert des Sägezahnsignals d ab und verursacht, daß der Schnittpunkt ρ der Signale c und d längs des vertikalen Teils ·*> des Sägezahnsignals abfällt, wobei der Zündverstellwinkel im wesentlichen konstant bleibt. Sowie die Motordrehzahl weiter zum Bereich hoher Drehzahl (Njj-N_hh) anwächst, fällt der Spitzenwert V₂ des Sägezahnsignals d ab, wie die Signalform d₂ in Fig. 3 (F) zeigt, und das Signal d schneidet das Signal c während dessen abfallendem Teil m, wodurch das Zündsignal etwas später erzeugt wird. Sowie die Motordrehzahl innerhalb des Bereichs N„-N_HH anwächst, geht der Schnittpunkt der Signale c

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und d längs das abfallenden Tails m des Sägezahnsignals c abwärts, wodurch sich der Zündverstellwinkel linear mit der Zeit verringert. Wenn die Motordrehzahl über den Drehzahlpunkt N„„ ansteigt, nimmt das Sägezahnsignal d die durch die Signalform dg in Fig. 3 (F) gezeigte Form an und sein Spitzenwert V₃ ist dann geringer als der Minimalwert Vg des Sägezahnsignals d und der Vergleicher kann das Zündsignal nicht erzeugen. Dann wird die Zündschaltung 6 vom positiven Impuls des Impulsgenerators 1 betrieben und es ergibt sich der minimale Zündverstellwinkel.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Schaltungseinzelheiten der Zündzeitpunktsteuerung von Fig. 1, bei der die Erfindung auf einen Ein-Zylinder Zwei-Takt-Verbrennungsmotor beispielshaft angewendet ist. In Fig. 2 haben die Schaltungsblöcke dieselben Bezugsziffern als die entsprechenden Blöcke 1 bis 6 in Fig. 1.

Diese Ausführung der Erfindungfenthält eine Stromversorgungseinheit 8 mit einem Dynamo. Der Dynamo besitzt einen Rotor 16, der sich synchron mit der Kurbelwelle mit derselben Drehzahl des Verbrennungsmotors dreht. Am Umfang des Rotors 16 ist ein Paar Permanentmagnete 17N und 17S gegeneinander um 180 versetzt angebracht. Der Ständer des Dynamos besitzt Generatorwicklungen 7OA und 7OB, die Induktionsströme einheitlicher Polarität aufgrund des durch den Magneten 17N erzeugten magnetischen Flusses synchron mit der Drehung des Rotors 16 erzeugen.

Die Induktionsströme werden über Gleichrichter der Zündschaltung 6 eingegeben und somit als Stromversorgung für die Zündung benützt. Die Wicklungen 7OA und 7OB

erzeugen auch Induktionsströme entgegengesetzter Polarität aufgrund des magnetischen Flusses durch den Magnet 17S synchron mit der Drehung des Rotors 16, und die Induktionsströme werden nach Gleichrichtungden anderen Schaltungsblöcken 1 bis 5 eingegeben und bilden deren gewöhnliche Stromversorgung. Die Generatorwicklung 7OA besitzt eine größere Windungszahl, und wird als Generatorwicklung für niedrige Drehzahl verwendet, während die Genratorwicklung 7OB eine größere Windungszahl aufweist und als Generatorwicklung für hohe Drehzahlen verwendet wird. Die Wicklungen 7OA und 7OB sind so gestaltet, daß sie Induktionsströme in Richtung der ausgezogenen Pfeile erzeugen, wenn der Nordpolmagnet 17N sich annähert, und Induktionsströme in Richtung der gestrichelten Pfeile, wenn der Südpolmagnet 17S sich jeder von ihnen annähert. Bei kleiner Motordrehzahl erzeugt die Wicklung 7OA einen großen Induktionsstrom und die Wicklung 7OB einen kleinen Strom, während bei großer Motordrehzahl die Wicklung 7OA einen kleinen Strom und die Wicklung 7OB einen großen Strom liefert. Der von der Wicklung 7OA erzeugte Induktionsstrom in der durch den ausgezogenen Pfeil angezeigten Richtung wird durch die Diode 72 gleichgerichtet durch einen Kondensator 98, eine Primärwicklung 102/ einer Zündspule 100 und eine Diode 76 geleitet_/und der Kondensator 98 wird geladen. Der von der Wicklung 70B in der durch den ausgezogenen Pfeil gekennzeichneten Richtung erzeugte Induktionsstrom wird von einer Diode 82 gleichgerichtet durc.i einen Kondensator 98, die Primärwicklung 102 der Zündspule 100 und eine Diode 74 geleitet und der Kondensator 98 geladen.

Andererseits werden die Induktionsströme, die die Wicklungen 7OA und 7OB in Richtung der gestrichelten

Pfeile erzeugen jeweils durch Dioden 78 und 86 gleichgerichtet und durch eine aus den Kondensatoren 88 und einem Widerstand 90 und einer Zener-Diode 94 gebildeten Gleichspannungs-Stabilisierschaltung zu dem Impulsgenerator 1, dem Flip-Flop 2, den Sägezahnsignalgeneratoren 3 und 4 und den Vergleicher 5 geleitet und als GleichspannungsVersorgung verwendet.

Der Impulsgenerator 1 enthält eine Impulsspule 18, die die Induktionsimpulsströme (Impulssignal a in Fig. 2) in Richtung des ausgezogenen Pfeils synchron mit der Drehung eines Magneten 12 erzeugt, der auf einer Scheibe 10 befestigt ist, die synchron mit der Drehung der Kurbelwelle 14 rotiert. Genauer gesagt, erzeugt die Spule 18, wenn die Scheibe in Pfeilrichtung dreht, einen negativen Stromimpuls,sowie die Vorderseite 12a des Magneten 12 sich der Spule 18 nähert und einen positiven Stromimpuls, sowie sich die Hinterseite 12b des Magneten 12 an der Spule 18 vorbeibewegt. Dieses Signal a besteht also aus einem Paar positiver und negativer Impulse und wird bei jedexJDrehung des Motors erzeugt. Der Magnet 12 und die Spule 18 sind zusammen so angeordnet, daß der negative Impuls und der positive Impuls des Impulssignals a jeweils entsprechend dem Maximalzündverstellwinkel und dem minimalen Zündverstellwinkel für den Zündzeitpunkt erzeugt werden. Entsprechend ist der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden positiven und negativen Impulsen im Impulssignal a die Differenz zwischen maximalem und minimalem Zündverstellwinkel und der zeitliche Abstand nimmt mit zunehmender Motordrehzahl ab.

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Im folgenden wird die Funktion des Impulsgenerators 1, des Flip-Flop 2, der Sägezahnsignalgeneratoren 3 und 4, des

Vergleichers 5 und der Zündschaltung 6 anhand der Fig. 2 und 5 beschrieben.

Zuerst wird angenommen, daß die Motordrehzahl unterhalb der vorbestimmten niedrigen Drehzahl N_T ist. Das ist bei normaler Anlaßdrehzahl. Wenn die Impulsspule 18 als Teil des Ausgangsimpulssignals a einen negativen Impuls erzeugt, wird dieser durch die Selbstvorspannungsschaltung, die aus einer Diode 28 einem Kondensator 30, einem Widerstand 32, einem Kondensator 34 und einer Diode 36 besteht, zur Basis des Transistors 48 geleitet, der aufgrund der Vorspannung durch die Spannung der Spannungsversorgung 8 über einen Widerstand 44 leitend war. Dann wird die Basisspannung abfallen. Das Impulssignal a besitzt eine im wesentlichen der Motordrehzahl proportionale Amplitude und somit hat der negative Impuls bei einer Motordrehzahl unterhalb N_T eine kleine Amplitude. Entsprechend verringert der negative Impuls die Basisspannung des Transistors 48 nur wenig und der Transistor bleibt leitend. Der Wert des Widerstandes 44 wird so ausgewählt, daß die Basis des Transistors 48 mit- einem Betrag vorgespannt, ist, daß der negative Impuls den Transistor 48 leitend läßt, solange der Motor mit einer kleineren Drehzahl als N_T dreht.

JLj

In der gleichen Weise wird ein positiver Impuls, den die Impulsspule 18 erzeugt, durch die Selbstvorspannungsschaltung, die aus einer Diode 38, Kondensatoren 40 und und einem Widerstand 42 besteht, zur Basis eines Transistors 56 geführt. In diesem Fall ist, da der

Transistor 48 leitend ist, dessen Kollektorspannung niedrig, so daß der Transistor 110 des Flip-Flops 2, der durch die Kollektorspannung des Transistors 4 8 vorgespannt ist, nicht leitend und der Transistor 112 leitend ist. Der Transistor 56 wird auf den positiven Impuls hin leitend und schaltet den Transistor 58 aus. Dadurch wird das hohe Ausgangssignal des Transistors 58 an die Basis des Transistors 112 angelegt. Da jedoch der Transistor 112 im leitenden Zustand ist, bleibt er in diesem leitenden Zustand. Somit liefert das Flip-Flop 2 kein Ausgangsimpulssignal und in der Folge erzeugt der Vergleicher kein .Zündsignal e. Andererseits liefert die Impulsspul einen positiven Impuls über eine

Selbstvorspannungsschalt'ung, diejaus einer Diode 20, einem Kondensator 22 und einem Widerstand 24 besteht über eine Leitung 7 der Steuerelektrode eines Thyristors in der Zündschaltung 6. Entsprechend schaltet dieser positive Impuls, wenn die Motordrehzahl unterhalb NL ist,

Ju

den Thyristor 96 an, und entlädt den Kondensator 98 durch die Primärwicklung 102 der Zündspule 100. Dann wird eine Hochspannung auf die Sekundärwicklung 104 der Zündspule induziert und läßt den Zündfunken an der Zündkerze beginnen. In diesem Fall bestimmt der positive Impuls des Impulssignals a den Zündzeitpunkt, der beim minimalen Zündverstellwinkel auftritt, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Wenn die Motordrehzahl ein wenig über N_L ansteigt, erzeugt die Impulsspule 18 das Impulssignal a mit erhöhter Amplitude. Dann bewirkt der negative Impuls des Impulssignals a, aaß die Basisvorspannung des Transistors etwas kleiner als die kleinste Spannung wird, die den Transistor leitend hält und schaltet den Transistor 48 aus.

Dann nimmt die Kollektorspannung des Transistors 48 hohen Pegel an und der Kollektorstrom des Transistors 48, den die Stromversorgung 8 durch den Widerstand 46 fließen läßt, wird zu einer aus dem Widerstand 50 und einem Kondensator 54 bestehenden Integrationsschaltung umgeleitet. Der Ausgang der Integrationsschaltung wird durch eine Diode 108 der Basis eines Transistors 110 im Flip-Flop 2 zugeführt und versetzt den Transistor in den leitenden Zustand und schaltet gleichzeitig den Transistor 112 aus. Wenn der negative Impuls im Impulssignal a ausgeht, wird der Transistor 48 wieder/leitend und der Kondensator 54 wird schnell über die Diode 52 entladen. Zu diesem Zeitpunkt ändern die Transistoren und 112, die das Flip-Flop 2 bilden, nicht ihre Zustände.

Wenn die Impulsspule 18 einen positiven Impuls erzeugt, wird der Transistor 56 leitend und dann wird der Transistor 58 ausgeschaltet. Dann nimmt die Kollektorspannung des Transistors 58 hohes Potential an und läßt den Strom von der Stromversorgung 8 durch die Integrationsschaltung bestehend aus Widerstand 66 und Kondensator 64 fließen. Der Ausgang der Integrationsschaltung wird über eine Diode 144 im Flip-Flop 2 der Basis des Transistors 112 zugeführt, wodurch dieser leitend wird undjzurselben Zeit den Transistor 110Jausschaltet. Wenn der positive Impuls des Impulssignals a ausgeht, kehren die Transistoren 56 und 58 jeweils zum nichtleitenden und leitenden Zustand zurück und der Kondensator wird schnell über den Kollektor und Emitter des Transistors entladen. Zu dieser Zeit ändern die Transistoren 110 und 112 des Flip-Flops 2 ihre Zustände nicht.

Somit ist im Flip-Flop 2 der Transistor 110 während der Zeitdauer zwischen der Erzeugung eines negativen Impulses und eines positiven Impulses durch die Impulsspule 18

leitet
leitend. Umgekehrt /der Transistor 112 während der drauffolgenden Zeitdauer zwischen dem positiven Impuls bis ein negativer Impuls erzeugt wird.

Das Flip-Flop 2 liefert am Kollektor des Transistors ein Rechtecksignal b (Fig. 3(C)) für den ersten und zweiten Sägezahnsignalgenerator 3 und 4, und am Kollektor des Transistors 110 ein weiteres Rechtecksignal b' (Fig. 3(B)) mit umgekehrter Polarität bezogen auf das Signal b für den zweiten Sägezahnsignalgenerator 4. Der erste Sägezahnsignalgenerator 3 enthält ein Paar von PNP- und NPN-Transistoren 126 und 128 und einen Kondensator 130. Die Basis des PNP-Transistors 126 ist mit einem Widerstand 134 mit dem Kollektor des Transistors verbunden, und die Basis des NPN-Transistors 128 mit einem Widerstand 138 mit dem Kollektor des Transistors 112. Die Kollektoren der Transistoren 126 und 128 sind gewöhnlich über Widerstände 136 und 146 mit dem Kollektor des Transistors 110 und ebenfalls über den Widerstand mit der Basis eines Transistors 172 im Vergleicher 5 verbunden. Kollektor und Emitter des Transistors 126 sind über einen Kondensator 130 verbunden.

Bei der vorangehend beschriebenen Anordnung des ersten Sägezahnsignalgenerators 3 bewirkt, während der Transistor leitend ist,(während der Zeitdauer von t₂ bis t?) die niedere Kollektorspannung des Transistors 112, daß der Transistor 126 leitend und der Transistor 128 nichtleitend ist. Entsprechend ist die Kollektorspannung des Transistors 126_f

das ist die Spannung an einer Seite 131 des Kondensators 130, gleich der Versorgungsspannung der Spannungeversorgung und die Ausgangsspannung der Schaltung 3 an einem Verbindungspunkt 133 der Widerstände 136 und 146 behält hohen Pegel v-. Die Folge ist, daß, wenn der Transistor zum Zeitpunkt t₃ ausschaltet, z. B. der Transistor nichtleitend und der Transistor 128 leitend wird. Gleichzeitig wird ebenfalls der Transistor 110 leitend. Folglich muß der Kollektorstrom des Transistors 126, den die Spannungsversorgung 8 liefert, durch den Kondensator 130, die Kollektoremitterstrecke des Transistors und einen Widerstand 144 und ebenfalls durch die Widerstände 136 und 146 zum Transistor 110 fließen. Entsprechend bewirkt der leitende Zustand des Transistors zum Zeitpunkt t₃, daß die Spannung am Verbindungspunkt vom Pegel v« zum Pegel v, abfällt. Die Spannung Vj wird durch den Wert des Widerstands 146 bestimmt und je größer der Widerstandswert 146 ist, umso größer ist der Spannungspegel v~. Zum Zeitpunkt t~ wird der Kondensator 130 von dem von der Spannungsversorgung 8 gelieferten Strom durch den Verbindungspunkt 132 geladen und die Spannung am Verbindungspunkt 131 nimmt allmählich mit einer von der Zeitkonstanten der Schaltung bestimmten Steigung ab. Folglich nimmt die Spannung am Verbindungspunkt 133 vom Pegel V₂ mit einer bestimmten Steigung, beginnend beim Zeitpunkt t- zeitlich ab, wie Fig. 3 (D) zeigt. In kurzer Zeit, wenn der Transistor 112 wieder einschaltet und dadurch die Transistoren 126 und 128 jeweils leitend und nichtleitend werden, nimmt die Kollektorspannung des Transistors 128 bis zur Versorgungsspannung zu und die Spannung am Verbindungspunkt 133 nimmt wieder den Pegel v. an. Somit liefert der erste Säge-

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zahnsignalgenerator 4 am Verbindungspunkt 133 ein Sägezahnsignal c, wie es Fig. 3(D) zeigt und speist dieses zur Basis des Transis tors 172. Hier ist bemerkenswert, daß das Sägezahnsignal c einer Gleichspannung, die der Widerstand 146 bestimmt, überlagert ist. Der niedrigste Pegel (V₃, v. und V₅) im schrägen Teil m des Sägezahnsignals e fällt mit zunehmender Ausschaltdauer des Transistors 112 tiefer ab. Entsprechend wird mit zunehmender Motordrehzahl die Ausschaltperiodendauer des Transistors 112 kleiner, womit der niedrigste Pegel des Signals c angehoben wird. Die Spannungspegel V^ und V₂ und die Steigung des geneigten Teils m sind unabhängig von der Motordrehzahl konstant. Die Steigung des geneigten Teils m kann willkürlich durch Auswahl der Kapazität 130 und der Widerstandswerte 136, 144 und 146 eingestellt werden.

Der zweite Sägezahnsignalgenerator 4 enthält eine Differenzierschaltung aus einem PNP- und einem NPN-Transistor und 162, einem Kondensator 158 und einem Widerstand und die aus einem Kondensator 166 und Widerständen 168 und 170 bestehende Integrationsschaltung. Die Basis des PNP-Transistors 156 ist über einen Widerstand 152 mit dem Kollektor des Transistors 112 verbunden, während die tfasis des NPN-Transistors 162 über den Widerstand 160 und den Kondensator 158 mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist.

Bei dieser Anordnung wird, während der Transistor ausgeschaltet wird ( z. B. während der Zeitdauer von t₂ bis t,) der Transistor 156 leitend und der Transistor nichtleitend, wodurch der Kondensator 166 von dem von der

Spannungsversorgung 8 gelieferten Strom über den Widerstand 154 und die Kollektoremitterstrecke des Transistors

mit der durch den Kondensator 166 und die Widerstände 154, 168 und 170 bestimmten Zeitkonstanten geladen. Die Folge ist, daß die Spannung auf der Seite des Kondensators 166 mit bestimmter Steigung nach der Zeit t₂ ansteigt. Wenn der Transistor 112 zum Zeitpunkt t, ausgeschaltet wird, wird auch der Transistor 156 ausgeschaltet. Dann wird der Ladestrom für den Kondensator 166 unterbrochen und der Anstieg der Spannung an einem Verbindungspunkt 171 der Widerstände und 170 hört auf. Zu diesem Zeitpunkt schaltet der Transistor 110 ein und legt über die Differenzierschaltung der Basis des Transistors 162 einen negativen Impuls an, aber natürlich bleibt der Transistor 162 ausgeschaltet. Entsprechend behält der Kondensator 166 seine Ladung und die Spannung am Verbindungspunkt 171 behält ihren Spitzenwert V₂. Kurze Zeit später zum Zeitpunkt tg schaltet der Transistor 112 wieder ein und der Transistor 110 aus, der einen positiven Impuls der Basis des Transistors 162 über die Differenzierschaltung aus Kondensator 158 und Widerstand 160 anlegt, wodurch der Transistor 162 vorübergehend leitend wird. Dann wird der Kondensator 166 schnell über den Transistor 162 entladen und die Spannung am Verbindungspunkt 171 fällt auf 0 ab. Sofort nach diesem Ereignis beginnt das Aufladen des Kondensators 166 durch den Strom der Spannungsversorgung. Das auf diese Waise von dem zweiten Sägezahnsignalgenerator 4 erzeugte Sägezahnsignal d wird der Basis des Transistors 174 im Vergleicher 5 zugeführt. Der Spitzenwert der Spannung (*f-,V₂ und V₃) des Sägezahnsignals d ist proportional der Zeitdauer des EIN-Zustands des Transistors 112.. Ent-

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sprechend wird bei zunehmender Motordrehzahl die Zeitdauer des EIN- lastands des Transistors 112 kleiner und somit nimmt die Spitzenspannung ab. Die Steigung des geneigten Teils des Sägezahnsignals d kann willkürlich durch die Wahl der Werte der Kapazität 166 und der Widerstände 154, 168 und 170 eingestellt werden.

Der Vergleicher 5 enthält NPN-Transistoren 172 und 174, die die Eingangssignalpegel vergleichen und einen PNP-Transistor 176 als Ausgangsstufe. Die Emitter der Transistoren 172 und 174 sind Gewöhnlich durch einen Widerstand 182 geerdet und der Kollektor des Transistors ist über eine Diode und einen Widerstand 186 mit der Zündschaltung 6 verbunden. Die Basisanschlüsse der Transistoren 172 und 174 erhalten jeweils die Sägezahnsignale c und d vom ersten und zweiten Sägezahnsignalgenerator 3 und 4. Wenn die Basisspannung des Transistors 172 größer als die des Transistors 174 ist, wird der erste leitend und der zweite nichtleitend und bringt den Transistor 176 in den nichtleitenden Zustand aufgrund dessen hoher Basisspannung, und die Schaltung liefert das Zündsignal e nicht. Andererseits,,wenn die Basisspannung des Transistors 172 kleiner als die des Transistors 174 ist, ist der.erste nichtleitend und der letzte leitend und bewirkt, daß der Transistor in den leitenden Zustand geht, wodurch das Zündsignal e über die Diode 184 und den Widerstand 186 der Steuerelektrode des Thyristors 96 der Zündschaltung 6 geliefert wird. Das ist, wie in Fig. 3 (F) gezeigt, wenn die Größe des Sägezahnsignals d diejenige des Sägezahnsignals c beispielsweise zum Zeitpunkt t.. erreicht, wodurch die Transistoren 174 und 176 leitend werden und das

Zündsignal e erzeugt wird.

Nachfolgend wird der von der Motordrehzahl abhängige Betrieb der Zündzeltpunktsteuerung von Flg. 2 anhand der Fig. 3 und 5 beschrieben.

Zuerst solange die Motordrehzahl unterhalb der vorgegebenen... niedrigen Drehzahl, das ist die gewöhnliche Anlaßdrehzahl, liegt, ist das Flip-Flop 2 nicht in Betrieb, wie oben beschrieben ist, und der Thyristor 96 der Zündschaltung 6 für die Zündung durch den positiven Impuls, der vom Impulsgenerator 1 erhalten wird, eingeschaltet. Dann nimmt der Zündverstellwinkel θ (die Differenz des Kurbelwellenwinkels gemessen vom oberen Totpunkt zum Zündzeitpunkt hin) den Minimumwert θ- an, wie Fig. 4 und 5 zeigen. Die niedere Motordrehzähl N. kann willkürlich durch die Einstellung des Widerstandes 44 eingestellt werden.

Sobald die Motordrehzahl über N₇. zu einem bestimmten Drehzahlbereich ansteigt, werden die Transistoren 56 und durch den positiven und negativen Impuls im Impulssignal a aktiviert und das Flip-Flop 2 ist in Funktion. Dann erzeugen der erste und der zweite Sägezahnsignalgenerator und 4 jeweils die Sägezahnsignale c und d. Dann besitzen die Sägezahnsignale c und d jeweils die Signalform C₁ und d₁ in der in Fig. 3 (F) gezeigten Beziehung. Während sich die Motordrehzahl zwischen N_r und N„ bewegt, weist das

Ii η

Sägezahnsignal d. den Spitzenwert V- zwischen den Pegeln v- und V₂ des Sägezahnsignals c,. Sowie die Motordrehzahl innerhalb des Bereichs zwischen N_r und N_n zunimmt, so fällt der Schnitt ρ der Signale C₁ und d.. längs des

Vertikalteils ί ab und erreicht den Pegel V₂, sobald die Motordrehzahl N₁₁ erreicht. Die Motordrehzahl N„,

Jn Jn

bei der der Schnittpunkt ρ mit dem Pegel v„ übereinstimmt, kann willkürlich durch Einstellung des Pegels v₂ eingestellt werden, indem man den Wert des Widerstandes 146 im Sägezahnsignalgenerator 3 wählt, und/oder durch Einstellung der Steigung des Sägezahnsignals d, indem die Werte der Widerstände 154, 167 und 170 und des Kondensators 166 passend gewählt werden. Die Motordrehzahl N„ kann dadurch höher gestellt werden, wenn der Pegel v- erniedrigt wird, indem man für den Widerstand 146 einen kleineren Wert wählt. Auf diese Weise .erreicht das Sägezahnsignal d.. den Pegel des Sägezahnsignals c. zum Zeitpunkt t.., und bringt den Transistor 174 im Vergleicher 5 in den leitenden Zustand, wodurch das Zündsignal e für die Zündung erzeugt wird. Der Zündverstellwinkel reicht zu dieser Zeit vom maximalen Wert θ .j bis 62/ wie Fig .4 zeigt. Das heißt, daß der Zündverstellwinkel allmählich vom Maximalwert Q₃ abnimmt, sowie die Motordrehzahl von N_T bis N„ anwächst.

L· H

Dieser Betrieb wird im folgenden zusammen mit Fig. 6 beschrieben.

Zuerst wenn zur Zeit tχ im Impulssignal a ein negativer Impuls erscheint, schaltet der Transistor 48 aus und dessen hohe Kollektorspannung lädt den Kondensator über die Widerstände 46 und 50 entsprechend der durch den Kondensator 54 und die Widerstände 44 und 50 bestimmten Zeitkonstante. Dann steigt die Spannung über dem Kondensator 54, wie Fig. 6 (C) zeigt, an und diese Spannung wird über die Diode 108 der Basis des Transistors zugeführt. Unter der Annahme, daß die Schwellenbasisspannung

3234566

des Transistors 110 V_fch ist, erreicht die Kondensatorspannung zum Zeitpunkt t den Schwellwert V-J₁, bringt den Transistor 110 in den leitenden- und den leitenden Transistor 112 in den nichtleitenden Zustand. Folglich erscheint, wie Fig. 6 (F, G) zeigt, der abfallende übergang £ des ersten Sägezahnsignals zum Zeitpunkt t und gleichzeitig erreicht das zweite

^m den

Sägezahnsignal d den gleichbleiben⁵Wert. Dann beginnt die Erzeugung des Zündsignals e zum Zeitpunkt t . Somit wird das Zündsignal e erzeugt, nachdem eine gewisse Zeitdauer T_n (T_n = t - t,) vergangen ist, die von der Ladezeitkonstante für den Kondensator 54 und dem Schwellwert V. ^ des Transistors 110 nach dem Auftreten des negativen Impulses des Impulssignals a, bestimmt wird. Die Zeitdauer T_Q ist konstant unabhängig von der

Motordrehzahl. Entsprechend wird je höher die Motorist
drehzahl desto hoher d^e Winkeldifferenz zwischen der Kurbelwellenposition bei der der negative Impuls erzeugt wurde, zur Kurbelwellenposition bei der das Zündsignal e erzeugt wird. Anders gesagt, erscheint mit zunehmender Motordrehzahl die Kurbelwellenposition, bei der das Zündsignal e ereeugt wird, später^bezogen auf die Kurbelwellenposition,bei der der negative Impuls erzeugt wurde. Wie die Fig. 4 und 5 darstellen, ist das Maximum des Zündverstellwinkels Θ-, wenn die Motordrehzahl N-. beträgt* Der Zündverstellwinkel nimmt mit zunehmender Motordrehzahl a^b und erreicht den Wert ©₂ bei der Drehzahl N„. Zu bemerken ist, daß auch wenn ein

positiver Impuls des Impulssignals a dem Thyristor anliegt, kurz nachdem dieser durch das Zündsignal e eingeschaltet wurde, wodurch der Thyristor 96 wieder getriggert wird, der Zündfunke den Motor nicht

beeinflußt, da der Kraftstoff innerhalb des Zylinders bereits verbrannt ist.

Wenn die Motordrehzahl N„ erreicht, fällt die Spitze

des Sägezahnsignals d zum Pegel V₂ des Sägezahnsignals c ab.So wie die Motordrehzahl weiter anwächst, so geht die Spitze des Sägezahnsignals d weiter nach unten. Wenn dann die Motordrehzahl N„„ erreicht, geht der Spitzenwert zum niedrigsten Pegel des geneigten Teils m des Sägezahnsignals c herunter. Entsprechend wird innerhalb des Drehzahlbereichs N„ - N_H„ der Zeitpunkt, bei dem die Spitze des Signals d den Pegel des Signals c erreicht, proportional zum Anwachsen der Motordrehzahl verzögert. Das bedeutet, wie die Sägezahnsignale C₁ und d~ in Fig. 3 (F) zeigen, daß der Schnitt ρ der Signale c und d entlang des geneigten Teils m des Signals c mit zunehmender Motordrehzahl innerhalb des Bereichs N„ - N„„ heruntergeht,

η ηη

Folglich wird das Zündsignal e zeitlich verzögert, wenn die Motordrehzahl von N_n bis N„„ anwächst und verursacht,

η nil

daß der Zündverstellwinkel, der bei der Drehzahl N„ den

ti

Wert ©2 hatte, linear entsprechend der anwachsenden Motordrehzahl bis zu einem minimalen Wert Θ* bei der Drehzahl N„„ abnimmt. Die Motordrehzahl N„, bei der ZÜnd-

lili H

verstellwinkel entsprechend der Motordrehzahl scharf abfällt, wird vom Pegel v~ des Sägezahnsignals c und/oder dem Spitzenwert des Signals d in oben erwähnter Weise bestimmt und somit wird es durch die Wahl des Werts des Widerstands 146 im Sägezahnsignalgenerator 3 und/oder durch die Wahl der Werte der Widerstände 154, 167 und 170 und des Kondensators 166 im Sägezahnsignalgenerator 4 bestimmt. Der Drehzahlbereich N„ - N„„ ist veränderbar,

π Hn

indem die Steigung des Sägezahnsignals d eingestellt wird.

Wenn die Motordrehzahl N_HH übersteigt, erreicht die Spitze des Sägezahnsignals d nicht mehr den minimalen Pegel des Sägezahnsignals c, wie die Signale c_ und d~ in Fig. 3 (F) zeigen, wodurch der Transistor 174 im Vergleicher 5 im AUS-Zustandbleibt und das Zündsignal e nicht erzeugt wird. In diesem Fall spricht die Zündschaltung auf den positiven Impuls im Impulssignal a hin an, und es ergibt sich ein minimaler Zündverstellwinkel θ-. Der Zündverstellwinkel nimmt also den Wert Θ. an, wenn die Motordrehzahl höher als N„„ wird. Die Drehzahl N„„

tin an

wind vom Pegelminimum des Sägezahnsignals c und/oder vom Spitzenpegel des Signals d bestimmt und kann willkürlich durch Einstellung der Steigung des schrägen Teils m des Signals c und/oder durch Einstellen der Steigung des schrägen Teils des Sägezahnsignals d eingestellt werden.

Die erfindungsgemäße, einfach aufgebaute Zündzeitpunkt-Steuerung kann den Zündzeitpunkt, den der Verbrennungsmotor benötigt, abhängig von dessen Drehzahl dauerhaft steuern, wodurch die Ausgangsleistung des Motors erhöht wird. Insbesondere wird bei höheren Drehzahlen oberhalb einer bestimmten Drehzahl, die willkürlich eingestellt wird, der Zündverstellwinkel kleiner proportional zur anwachsenden Motordrehzahl, und das bei hoher Drehzahl auftretende Drehmoment des Motors wird erhöht. Zusätzlich wird der Motor dadurch vor dem überdrehen im oberen Drehzahlbereich geschützt.

Obwohl die oben beschriebene Ausführung der Erfindung einer Zündzeitpunkt-Steuerung unter Verwendung eines Magnet-Dynamos für die Zündstromversorgung beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung selbstverständlich auch für transistorisierte Zündvorrichtungen, die eine

Stromunterbrechungs-Zündstroraversorgung verwenden, angewendet werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführung ist ein Ausführungsbeispiel für einen Ein-Zylinder, Zwei-Taktmotor, jedoch kann die vorligende Erfindung natürlich auch bei einem Ein-Zylinder, Vier-Taktmotor, einem Mehr-Zylinder-Zwei-Taktmotor und einem Mehr-Zylinde^ Vier -Taktmotor angewendet werden. Dabei kann eine Mehr-Zylinder^Zwei-Taktmaschine gesteuert werden, indem die Anordnung von Fig. 2 unabhängig für jeden Zylinder vorgesehen wird, oder indem man eine Anzahl von Magnetpaaren 17S und 17N auf dem Motor 16 und eine Anzahl von Magneten 12 auf der Scheibe 10 , die gleich der Anzahl der Zylinder sein müssen, anordnet und einen Verteiler zur Verteilung der einzelnen Zündsignale e an jeden Zylinder verwendet.

Claims

Ansprüche

[1J Zündzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor ,
gekennzeichnet durch

- einen Impulsgenerator (1), der synchron mit der Drehung der Kurbelwelle des Motors einen ersten Impuls zu einem Zeitpunkt,der eineirtmaximalen Zündverstellwinkel des Motors entspricht und einen zweiten Impuls zu einem Zeitpunkt, der einem minimalen Zündverstellwinkel des Motors entspricht, erzeugt;

- eine bistabile Schaltung (2), die von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand abhängig vom ersten Impuls des Impulsgenerators (1) und vom zweiten Zustand zum ersten Zustand abhängig vom zweiten Impuls des Impulsgenerators (1) übergeht;

- eine-erste Sägezahngeneratorschaltung, die abhängig von einem Ausgangssignal der bistabilen Schaltung (2) ein erstes Sägezahnsignal erzeugt, das einen ersten Pegel besitzt, wenn die bistabile Schaltung (2) im ersten Zustand ist, auf einen zweiten Pegel fällt, wenn die bistabile Schaltung vom ersten Zustand zum zweiten Zustand übergeht, danach mit einer ersten Steigung zeitlich absteigt und zum ersten Pegel zurückgeht, wenn die bistabile Schaltung (2) vom zweiten Zustand zum ersten Zustand übergeht;

81-A6774-O2-AtF

eine zweite Sägezahngeneratorschaltung, die abhängig von einem Ausgangssignal der bistabilen Schaltung (2) ein zweites Sägezahnsignal erzeugt, das von einem vierten Pegel mit einer zweiten Steigung zeitlich ansteigt, nachdem die bistabile Schaltung (2) vom zweiten Zustand zum ersten Zustand übergegangen ist, einen momentanen Pegel behält, wenn die bistabile Schaltung (2) den zweiten Zustand einnimmt und zum vierten Pegel abfällt, wenn die bistabile Schaltung vom zweiten Zustand zum ersten Zustand übergeht;

eine Vergleicherschaltung (5), die die Pegel des ersten und zweiten Sägezahnsignals vergleicht und einen Zündimpuls erzeugt, wenn der Pegel des zweiten Sägezahnsignals den Pegel des ersten Sägezahnsignals erreicht; und

eine Zündschaltung (6), die eine Zündkerze betreibt, die einen Zündfunken in Abhängigkeit des zweiten Impulses des Impulsgenrators (1) oder des Zündimpulses der Vergleicherschaltung (5) erzeugt, wobei der Zündverstellwinkel des Motors im wesentlichen einen konstanten maximalen Wert besitzt, während die Drehzahl des Motors zwischen einer ersten vorgegebenen Motordrehzahl (N-) und einer zweiten vorgegebenen Motordrehzahl (N₁₁), die höher ist

π als die erste Motordrehzahl, liegt, wobei

der Zündverstellwinkel proportional mit zunehmender Motordrehzahl abnimmt, während die Drehzahl des Motors in einem Drehzahlbereich zwischen der zweiten Motordrehzahl und einer dritten vorgegebenen Motodrehzahl (N_HH), die höher ist als die zweite Motordrehzahl, liegt und wobei

der Zündverstellwinkel minimal wird, wenn die Motordrehzahl oberhalb der dritten vorgegebenen Motordrehzahl (N„_H) liegt.

mm "5 mm
2. Zündzeitpunkt-Steuerungsvorrichtungnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Motordrehzahl abhängig vom zweiten Pegel des ersten Sägezahnsignals ist und daß die dritte Motordrehzahl abhängig von der ersten Steigung des geneigten Teils des ersten Sägezahnsignals bestimmt wird.
3. Zündzeitpunkt-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die bistabile Schaltung (2) den zweiten Impuls des ersten Impulsgenerators (1) durch eine Integrationsschaltung erhält, so daß die bistabile Schaltung vom zweiten Zustand zum ersten Zustand nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, nachdem die bistabile Schaltung (2) den zweiten Impuls des Impulsgenerators (1) empfangen hat, übergeht.
4. Zündzeitpunkt-steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste Sägezahnsignalgeneratorschaltung- eine Gleichspannungsvorspannungsschaltung enthält, die den zweiten Pegel des ersten Sägezahnsignals bestimmt.
5. Zündzeitpunkt-steuerungs vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Sägezahngeneratorschaltung eine Lade- und Entladeschaltung enthält, die eine Entladung unmittelbar nachdem die bistabile Schaltung (2) ihren Übergang vom zweiten zum ersten Zustand ausgeführt hat, bewirkt, danach KLaden beginnt, und das Laden beibe ^a wenn die bistabile Schaltung zum ersten Zustand zurückkehrt, und daß der Entlade- und Ladevorgang die Erzeugung des zweiten Sägezahnsignals bewirkt.