DE3337339C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brenn­ kraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1, und insbesondere eine Zündanlage mit ei­ nem magnetischen Zündsystem, in dem ein Zündgenera­ tor eine Primärspannung in Form von Impulsen erzeugt.

Es ist bei Zündschaltungen bekannt, eine spezielle Triggerschaltung vorzusehen, um die Zündenergie für den Zündfunken mit einer vorgegebenen Voreilung vor dem oberen Totpunkt des Kolbens freizugeben. Solche eine Schaltung kann eine Spule aufweisen, an der ein Permanentmagnet dicht vorbeigeführt wird, der auf ei­ nem Schwungrad der Maschine angeordnet ist, und es kann ein Zündgenerator vorgesehen sein, durch den ein Triggerimpuls in der Spule erzeugt wird, wenn der Ma­ gnet sich an der Spule vorbeibewegt. In neueren Zünd­ schaltungen versucht man, ohne die Triggerspule auszu­ kommen, und man ersetzt diese Spule durch eine Steu­ erschaltung, die die Triggerimpulse mit Hilfe der Zün­ denergieimpulse erzeugt. Man hat auch einen elektroni­ schen Speicher für die Zündzeit-Kennwerte verwendet, die an die jeweilige Brennkraftmaschine angepaßt sind.

Von diesem Speicher erhält die Steuerschaltung, die die Triggerimpulse liefert, eine Information über den Be­ trag der Vorzündung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine.

Aus der DE-OS 30 06 288 ist eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einer elektronischen Zünd­ schaltung bekannt. Diese bekannte Zündanlage enthält einen magnetischen Zündgenerator, welcher die Zünd­ energie bereitstellt. An einer Zündspule ist primärseitig ein Zündschalter angeschlossen, der durch Triggersi­ gnale schaltbar ist, und sekundärseitig ist eine Zündker­ ze angeschlossen. Die Triggersignale werden unter Ver­ wendung einer logischen Einheit erzeugt, die von dem Magnetsystem mit einer Betriebsspannung versorgt wird und die einen Detektor aufweist, der einen Bezugs­ zeitpunkt für jeden Zündfunken mit einer vorgegebe­ nen Voreilung erzeugt. Der Bezugspunkt liegt an dem Übergang zwischen der ersten Halbwelle und der zwei­ ten Halbwelle eines vom Zündgenerator erzeugten Ge­ neratorsignals. Mittels eines in der logischen Einheit vorgesehenen Impulszählers, der zum Bezugszeitpunkt von einer Steuerschaltung gestartet wird, die in einem Oszillator erzeugte Impulse zählt. Nach dem Erreichen einer vorgegebenen Zahl von Impulsen wird das Trig­ gersignal erzeugt und der Zündschalter sperrt den Strom durch die Primärseite der Zündspule, wodurch in der Sekundärseite ein Zündimpuls induziert wird.

Aus der DE-OS 26 24 994 ist weiterhin ein Impulsge­ nerator bekannt, der Impulse mit einer Folgefrequenz erzeugt, die ein Mehrfaches der Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine ist. Dieser Impulsgenerator besteht aus einem Zahnrad, dessen Drehzahl der Drehzahl der Brennkraftmaschine zugeordnet ist und aus einem in der Nähe der Zähne des Zahnrades angeordneten Ab­ nehmer, der bei jedem Vorbeigang eines Zahnes einen Impuls erzeugt. Die Anzahl der während einer vorgege­ benen Zeitdauer erzeugten Impulse wird gezählt und in Abhängigkeit von dieser Anzahl werden aus einem Speicher Zahlenwerte ausgelesen, die der Voreilung für den Zündfunken zugeordnet sind. Bei einer Überein­ stimmung zwischen den Zahlenwerten und dem jeweili­ gen Zählerstand wird jeweils ein Zündfunke erzeugt.

In der DE-OS 26 46 428 ist weiterhin eine Zündanlage beschrieben, bei der die einen Halbwellen eines Genera­ torsignals des Zündgenerators einer Zündschaltung zu­ geführt werden, während die anderen Halbwellen an eine elektrische Last gelegt werden. Diese elektrische Last ist beispielsweise ein Ladegerät für eine Batterie oder ein Heizelement. Eine Steuerung der Voreilung der Zündfunken unter Verwendung einer logischen Ein­ heit mit einem Detektor oder einem Impulszähler ist bei dieser bekannten Zündanlage nicht vorgesehen.

Schließlich offenbart die DE-OS 23 02 726 eine Zünd­ anlage für eine Brennkraftmaschine, bei der die von der Ausgangsspule eines Stromerzeugers abgegebene Energie über eine Diode einem Kondensator zugeführt wird und dort gespeichert wird. Zum Zündzeitpunkt entlädt sich der Kondensator über einen Thyristor und die Primärwicklung einer Zündspule, so daß durch de­ ren Sekundärwicklung ein Zündfunke an einer Zündker­ ze erzeugt wird. An einer Ausgangsspule eines Impuls­ generators ist eine Gleichrichterschaltung angeschlos­ sen, die durch Ansteuern des Thyristors den Zündzeit­ punkt festlegt. Bei niedriger Drehzahl wird eine Ein­ weggleichrichtung der von der Ausgangsspule abgege­ benen Signale durchgeführt, so daß die zweite Halbwel­ le den Zündzeitpunkt festlegt und bei hohen Drehzahlen wird eine Zweiweggleichrichtung durchgeführt, so daß die gleichgerichtete erste Halbwelle den Zündzeitpunkt festlegt und damit eine Vorzündung erreicht wird. Eine logische Schaltung ist bei dieser bekannten Zündanlage nicht vorgesehen und die Vorzündung ist durch die bei­ den Halbwellen nur in zwei groben Stufen verstellbar.

Vorliegender Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen der im Ober­ begriff von Patentanspruch 1 genannten Art derart wei­ terzubilden, daß eine verbesserte Energieausnutzung beider Halbwellen des Generatorsignals und eine ge­ nauere Definition des Bezugspunktes für den Zündzeit­ punkt sowie eine genauere Steuerung der Zündanlage erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 angegebene Zündanlage gelöst.

Da eine zwei- oder dreipolige Magneteinrichtung so­ wohl positive als auch negative Impulse erzeugt, stellt es eine vorteilhafte Verbesserung dar, die eine Art dieser Impulse für die Zündenergie und die andere Art dieser Impulse zur Versorgung der Steuerschaltungen zu ver­ wenden. Um die Zündkontrolle mit hoher Genauigkeit auszuführen, benötigt man einen wohldefinierten Be­ zugszeitpunkt, und dieser Bezugszeitpunkt ist die Spitze der Impulse, die zur Versorgung der Steuerschaltungen dienen. Die Verwendung dieser Impulse für die elektro­ nischen Steuerschaltungen bedeutet, daß die anderen Impulse unbeeinflußt und intakt bleiben und vollständig zur Erzeugung der Zündenergie verwendet werden können. Die Beträge der Vorzündung werden in einer Impulsfrequenz ausgedrückt, die ein Vielfaches der Drehzahl der Maschine darstellt. Da die Impulsfrequenz mit dem Bezugszeitpunkt verknüpft ist, entspricht die Zahl der Impulse, die nach dem Bezugszeitpunkt auftre­ ten, einem Drehwinkel der Maschinenwelle. Wenn eine Zahl von Impulsen, die durch den Speicher vorgegeben ist, mit den durchlaufenden Impulsen (in einem Impuls­ zähler) übereinstimmt, ist der Zündzeitpunkt erreicht, und die Zündung wird durch einen Triggerimpuls von der Steuerschaltung realisiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun an­ hand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Zündanlage;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm einer Zündschaltung und einer Stromversorgung;

Fig. 3 einen Teil einer Spannungskurve eines Zündge­ nerators;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Schaltungsdia­ gramms für die Zündanlage;

Fig. 5 eine Variation der Spannungskurve für den Zündgenerator; und

Fig. 6 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Schaltungsdiagramms für die Zündanlage.

Das Blockdiagramm von Fig. 1 zeigt fünf Einheiten, die in der gezeigten Weise miteinander verdrahtet sind. Eine Zündspule 10 hat in an sich bekannter Weise eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung, wobei die Primärwicklung mit einer elektronischen Zündschal­ tung 11 verbunden ist, die über eine Leitung Triggerim­ pulse von einer logischen Schaltung 12 erhält. Die Steu­ erschaltungen werden von einer Stromversorgungs­ schaltung 13 versorgt, die auch einen Spitzenspannungs­ detektor 14 versorgt. Die verschiedenen Einheiten kön­ nen auf mannigfaltige Weise verwirklicht werden, und im Folgenden werden einige einfache und in der Praxis zuverlässige Ausführungsbeispiele beschrieben.

Die Zündspule 10, die Zündschaltung 11 und die Stromversorgungsschaltung 13 sind im einzelnen in Fig.

2 gezeigt. Die Zündspule 10 hat einen Eisenkern 15 mit Wicklungen 16, 17, von denen die Wicklung 17 eine Hochspannung liefert und für die Zündung eines Fun­ kens in einer Zündkerze 18 sorgt. Der Eisenkern 15 liegt dicht bei einem Schwungrad 19 der Maschine, welches mit einem Magneten 20 versehen ist, der eine Spannung in der Wicklung 16 induziert.

Die Zündenergieschaltung (Fig. 2) enthält die übli­ cherweise in einer Transistorzündanlage vorgesehenen Komponenten. Eine Diode 21 läßt den positiven Impuls der induzierten Spannung, der von der Wicklung 16 kommt, durch, und dieser Impuls wird von einem Dar­ lington-Transistor 22 durchgelassen, der Steuerstrom durch einen Widerstand 23 erhält. Die Spannung ruft einen Strom durch die Wicklung und die Zündenergie­ schaltung hervor, so daß ein Magnetfeld in der Zünd­ spule erzeugt wird. Ein weiterer Transistor 24, der in der in Fig. 2 gezeigten Weise in der Schaltung geschaltet ist, ist anfangs nichtleitend, da ein Basiswiderstand 25 noch keinen Steuerstrom liefert. Der Basiswiderstand 25 ist mit der logischen Schaltung 12 verbunden, die einen Triggerimpuls zum Zündzeitpunkt der Brennkraftma­ schine liefert, wobei zu diesem Zeitpunkt der Transistor 24 beginnt, leitend zu werden und der Basisstrom des Transistors 22 aufhört. Durch den Transistor 22 wird dadurch der Strom in der Wicklung 16 unterbrochen, so daß ein bestimmter Abfall des Magnetfeldes bewirkt wird, wodurch die Zündspannung in der Wicklung 17 induziert wird.

Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Zünden­ ergieschaltung ist in Fig. 4 gezeigt, die ähnlich aufgebaut ist, wie die Schaltung von Fig. 2. Die Basis des Darling­ ton-Transistors 22 wird jedoch bei der Schaltung von Fig. 4 von einem NPN-Transistor 26 versorgt. Der Vor­ teil dieser Schaltung beruht darin, daß die einzige Last durch einen Widerstand 27 gebildet wird, wenn die Schaltung unterbrochen wird. Der Widerstand 27 ist ein sehr hochohmiger Widerstand. Dadurch wird die Zünd­ spannung erhöht und der Zündfunke verbessert.

Die Steuerschaltungen werden von einer Stromver­ sorgungsschaltung 13 gespeist, indem ein Gleichrichter 28 die negativen Teile der Generatorspannung durch­ läßt und einen Kondensator 29 aufgeladen hält. Ein Wi­ derstand 30, der zu dem Kondensator 29 parallel ge­ schaltet ist, bestimmt die maximal zulässige Gleichspan­ nung. Bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine haben die negativen Impulse der Generatorspannung eine große Amplitude, so daß unkontrollierte Funken in der Zündkerze auftreten können. Solche Funken haben den Nachteil, daß sie große Störungen im Radiofre­ quenzbereich verursachen, und sie sollten daher unter­ drückt werden. Der Widerstand 30 vermindert das Auf­ treten solcher Störungen.

Der negative Spannungsimpuls U _p , der in Fig. 3 ge­ zeigt ist, ist der anfängliche Teil des Kurvenverlaufs der Spannung, die von dem Zündgenerator geliefert wird, jedesmal, wenn sich der Magnet an dem Eisenkern vor­ beibewegt. Dieser Spannungsimpuls wird über eine Lei­ tung an den Spitzenspannungsdetektor 14 geführt und lädt einen Kondensator 31 (Fig. 4) mit einer Kurve U _k , die parallel zu der Kurve U _p erläuft. Eine weitere Span­ nung U _B (Basis-Spannung) läuft parallel, jedoch etwas versetzt zu den genannten Spannungen und bildet nach der Spitzenspannung eine Spanungsdifferenz U _B -U _K , wobei U _K die Kondensatorspannung ist, die entspre­ chend der Entladungskurve abfällt.

Der Spitzenspannungsdetektor 14, der die erste nega­ tive Amplitude der Spannungskurve erfaßt, ist in einem Schaltungsdiagramm in Fig. 4 gezeigt. Bis zu der negati­ ven Spitzenspannung (Fig. 3) ist ein Transistor 32 nicht­ leitend, da die Spannung U _B -U _K der Spannung des Transistors entspricht und daher keinen Steuerstrom verursacht. Nach der Spitzenspannung steigt U _B -U _K an, so daß der Transistor leitend wird. Ein weiterer Transistor T, der Steuerstrom von dem Transistor 32 erhält, wird leitend, und eine Spannung U _T wird an den Widerstand 33 angelegt. Dioden 34 sind vorgesehen, um den Spannungabfall in den Kurven U _B , U _K in bezug auf U _P zu kompensieren. Wenn diese Dioden nicht vorhan­ den wären, hätte das Signal U _T die Spannung 1,2 V (0,6 + 0,6) nach der Spitzenspannung. Alle Komponen­ ten in dem Detektor haben die gleiche Temperaturcha­ rakteristik, so daß die Schaltung automatisch in bezug auf die Temperatur kompensiert ist, d. h. daß die Schal­ tung die gleiche Funktion bei allen Temperaturen beibe­ hält. Die genannte, negative Spitze der Spannungskurve ist darüber hinaus unabhängig von Abweichungen in dem Polabstand und dem Magnetfluß.

Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Detek­ tors, der einen Bezugszeitpunkt nahe unterhalb des Nullpunkts der negativen Halbwelle erzeugt, ist in Fig. 6 gezeigt, während die Spanungskurve und der Bezugs­ punkt in Fig. 5 dargestellt sind. Die Zündenergieeinheit kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel in der in Fig. 2 dargestellten Weise ausgeführt sein.

Ein vereinfachtes Schaltungsdiagramm der logischen Schaltung ist in Fig. 4 dargestellt, wobei die Vereinfa­ chung darin besteht, daß verschiedene Funktionen der Schaltung durch Standardbausteine in der sogenannten CMOS-Technologie ausgeführt sind. Das Signal U _T er­ reicht die logische Schaltung durch einen Modul 4013, der als logisches D-Flip-Flop bezeichnet wird und als Eingangs- und logische Steuerschaltung 35 verwendet wird. Dieser Modul wird durch eine positive Spannungs­ flanke getriggert, und bei der in Fig. 4 gezeigten Schal­ tung gelangt der Impuls von dem Spitzenspannungsde­ tektor zu dem Eingang CL des Moduls 4013. Der Aus­ gang Q des Moduls 4013 liefert nach dem Triggern ein kontinuierliches Signal, bis der Modul zurückgesetzt wird, was durch einen Impuls an dem Eingang R be­ werkstelligt wird, wenn eine Zündkurve, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, die Zündenergieschaltung durchlaufen hat.

Ein Impulsgenerator 36 mit einstellbarer Frequenz ist durch einen Modul 4046 verwirklicht, der durch die Steuerschaltung 35 und einen Zähler 37 angesteuert wird, der in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Modul 4040 verwirklicht ist. Die Frequenz des Signales an dem Ausgang Q der Steuerschaltung 35 ist gleich oder proportional zu der Drehzahl der Brennkraftma­ schine, der Ausgang 38 des Zählers 37 liefert eine Binär­ zahl, die in dem Impulsgenerator 36 als Multiplikations­ faktor für die Frequenz von der Steuerschaltung 35 ver­ wendet wird. Die Impulsfrequenz am Ausgang des Im­ pulsgenerators 36 ist daher ein Produkt der Signalfre­ quenz des Ausgangssignals der Steuerschaltung 35 und der Binärzahl, die von dem Zähler 37 abgegeben wird.

Ein zweiter Zähler 39, der durch einen weiteren Mo­ dul 4040 verwirklicht ist, nimmt die Impulssignale mit dieser Frequenz an seinem Eingang CL auf. Der zweite Zähler 39 empfängt auch ein Steuersignal von der Steu­ erschaltung 35 an seinem Eingang R, so daß das Zählen der Impulse an dem Eingang CL beginnt, wenn das Si­ gnal der Steuerschaltung 35 auftritt, während der Zähler 39 auf Null gesetzt wird, wenn das Signal von der Steu­ erschaltung 35 aufhört. Der Ausgang des Zählers 39 stellt eine Binärzahl dar, die der Zahl der Impulse ent­ spricht.

Eine UND-Schaltung 40, die durch einen Modul 4081 verwirklicht ist, nimmt das die Binärzahl darstellende Signal auf und dekodiert die Binärzahl. Wenn die Binär­ zahl einen vorbestimmten Wert erreicht hat, so daß die Bedingung der UND-Schaltung 40 erfüllt ist, wird ein Ausgangssignal von der UND-Schaltung abgegeben.

Schließlich ist ein Flip-Flop 41 vorgesehen, welches durch einen weiteren Modul 4013 verwirklicht ist und durch ein Signal von der UND-Schaltung 40 gesteuert wird, so daß an dem Ausgang Q des Flip-Flops 41 ein kontinuierliches Signal abgegeben wird, bis das Flip- Flop zurückgesetzt wird, was durch einen Impuls von der Steuerschaltung 35 an dem Eingang R des Flip- Flops 41 bewirkt wird. Das Ausgangssignal des Flip- Flops 41 wird an einen Transistorverstärker 42 abgege­ ben, der zur Ansteuerung des Transistors in der Zün­ denergieschaltung verwendet wird. Gleichzeitig mit der Abgabe des Ausgangssignals von der UND-Schaltung 41 tritt dieses kontinuierliche Ausgangssignal an dem Transistorverstärker 42 auf und steuert den Transistor­ verstärker 42 in den leitfähigen Zustand, so daß der Steuerstrom zu dem Transistor 22 durchtreten und die­ sen unterbrechen kann, worauf ein Zündvorgang statt­ findet.

Ein Diagramm für eine Zündanlage mit einem Mikro­ computer 43 ist in Fig. 6 gezeigt, wobei diese Schaltung Funktionen ausführt, die unter anderem anhand von Fig. 4 erläutert wurden. Die Stromversorgung des Mi­ krocomputers wird mit Hilfe der negativen Halbwellen der Generatorspannung verwirklicht, die einen Kon­ densator 44 auf die Arbeitsspannung aufgeladen halten. Ein Transistorverstärker 45, 46 wird dazu verwendet, Impulse zum Zeitpunkt des Bezugszeitpunktes auf der Spannungskurve (Fig. 5) zuzuführen, wobei der Bezugs­ zeitpunkt in diesem Fall bei 0,6 V vor dem Nulldurch­ gang in dem aufsteigenden Teil der Kurve liegt. Der Impuls wird an den Mikrocomputer als Startsignal für eine Prozedur zugeführt, die der Verarbeitungsproze­ dur ähnlich ist, die in der Schaltung von Fig. 4 nach Empfang des erwähnten Triggersignals durchgeführt wird. Die in Fig. 6 gezeigte Zündanlage ist jedoch durch eine Vorzündungs-Rechenschaltung vervollständigt, so daß eine korrekte Vorzündung bei jeder Drehzahl der Brennkraftmaschine verwirklicht wird. Der Mikrocom­ puter 43 hat einen Festwertspeicher, der als Vielfaches der augenblicklichen Drehzahl eine Zahl von Impulsen in einer Impulsfolge angibt, die ähnlich ist wie die, die aus dem Zähler 39 (Fig. 4) kommt. Die Zahl der Impulse wird durch eine Binärzahl dargestellt, die an einem pro­ grammierbaren Taktgeber 47 abgegeben wird, in dem eine zu der UND-Schaltung 40 äquivalente Schaltung vorgesehen ist, die in diesem Fall durch die genannte Binärzahl so programmiert wird, daß die UND-Schal­ tung immer auf eine Zahl eingestellt ist, die einer geeig­ neten Vorzündung bei der augenblicklichen Drehzahl entspricht. Ein Zähler in dem Mikrocomputer entspricht dem Zähler 39, und wenn dieser Zähler Impulse bis zu einer Zahl gezählt hat, die durch die Binärzahl ausge­ drückt wird, die der augenblicklichen Einstellung der UND-Schaltung entspricht, liefert der Mikrocomputer ein Ausgangssignal an einen Transistorverstärker 48, der dann bewirkt, daß der Steuerstrom durch den Dar­ lington-Transistor hindurchtritt, so daß der Primärkreis unterbrochen und ein Funke ausgelöst wird. Wie in Fig. 6 angegeben ist, kann für den Mikrocomputer der Mo­ dul MC 146805 F 2 und für den programmierbaren Zeit­ geber der Modul MC 6840 verwendet werden.

Claims (3)

1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einer elektronischen Zündschaltung, einem magne­ tischen Zündgenerator, der aus der Energie der zweiten Halbwelle seiner Generatorsignale die Zündenergie erzeugt, einer Zündspule, die primär­ seitig mit einem durch Triggersignale schaltbaren Zündschalter und sekundärseitig mit einer Zünd­ kerze verbunden ist, mit einer von den Generator­ signalen gespeisten logischen Einheit und mit ei­ nem Detektor, der einen Bezugszeitpunkt für jeden Zündfunken erzeugt, wobei die logische Einheit ei­ nen Impulszähler aufweist, der beim Auftreten des Bezugszeitpunktes von einer Steuerschaltung ge­ startet wird, die in einem Oszillator erzeugte Impul­ se zählt und der beim Erreichen einer vorgegebe­ nen kritischen Zahl ein Signal zum Steuern des Zündschalters abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der ersten Halbwelle der Genera­ torsignale für die Stromversorgung der logischen Einheit (12) mit dem Detektor (14) ausgenutzt wird, daß der Detektor (14) einen Bezugszeitpunkt lie­ fert, der abhängig vom Maximum der ersten Halb­ welle des Generatorsignals während der ersten Halbwelle des Generatorsignals für jeden Zünd­ funken erzeugt wird, und daß der Oszillator (36) die Impulse mit einer Frequenz erzeugt, die ein Vielfa­ ches der Drehzahl der Brennkraftmaschine ist.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltung zur Stromversorgung der logischen Einheit einen Kondensator (29) und wenigstens einen Gleichrichter (28) aufweist, der mit der Magnetwicklung verbunden ist, um die ge­ nannte Halbwelle an den Kondensator weiterzuge­ ben.

3. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die logische Einheit einen Mikrocom­ puter (43) aufweist, der einen Festwertspeicher um­ faßt, aus dem Informationen über die Vorzündung als Funktion der Drehzahl ausgelesen und an einen Dekoder übertragen werden, der dadurch auf die vorgegebene kritische Zahl in Abhängigkeit von der Drehzahl eingestellt wird.