DE4105399C2 - Zündanlage für Viertakt-Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Viertakt- Brennkraftmaschinen mit vier Zylindern und mit zwei, jeweils einer Gruppe von zwei Zylindern zugeordneten Doppelzündspulen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 29 23 425 ist eine Zündanlage für eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit zwei jeweils einer Gruppe von zwei Zylindern zugeordneten Doppelzündspulen bekannt. Jeder Doppelzündspule ist eine Endstufe vorgeschaltet, die ihrerseits anhand einer Steuerleitung mit einer Steuereinheit verbunden ist. Somit sind bei der bekannten Zündanlage zwei Verbindungsleitungen zwischen Steuereinheit und den Endstufen notwendig.

Eine solche Zündanlage enthält keinen mechanischen Hochspannungsverteiler, was neben anderen Vorteilen geringere Wartung bedeutet sowie eine Verringerung der Möglichkeit für Zündaussetzer. Die Steuerung der vier Zylinder erfolgt hierbei so, daß zwar immer zwei Zünd­ kerzen gleichzeitig zünden, jedoch ist die Zylinderan­ ordnung so gewählt, daß nur eine Zündkerze im Moment der Zündung ein komprimiertes Luft-Brennstoff-Gemisch vorfindet. Hierzu werden die beiden Zündendstufen über zwei Steuerleitungen mit der Steuereinheit verbunden, wobei jeweils über eine Steuerleitung das Signal zur Schließwinkelsteuerung der der Steuerleitung zugeord­ neten Zylinder gesendet wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zündanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die nur eine einzige Steuerleitung erfordert.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Demnach besteht die Erfindung darin, daß die Informa­ tionen des Taktsignales, das die Schließwinkel- und Zündzeitpunktinformationen umfaßt, sowie des Zylinder­ signales, das die Zuordnung der Zylindergruppen zum Taktsignal bestimmt, mittels einer ersten Interface- Stufe zusammengefaßt und über eine einzige Steuerlei­ tung einer der Zündendstufe zugeordneten zweiten Inter­ face-Stufe zugeführt werden. Dieses auf der Steuerlei­ tung bereitgestellte Signal wird in der zweiten Inter­ face-Stufe dazu herangezogen, um über eine erste bzw. zweite Steuerleitung der Zündendstufe ein erstes bzw. zweites Signal zur Schließwinkel- und Zündzeitpunkt­ steuerung der einen bzw. anderen Zylindergruppe zu er­ zeugen. Somit liegt eine Zündanlage vor, die mit nur einer einzigen Steuerleitung zwischen der Steuereinheit und der der Zündendstufe zugeordneten Interface-Stufe auskommt, wodurch im Vergleich mit Zündsystemen mit zwei Steuerleitungen Material eingespart werden kann und infolge dessen auch die Wirtschaftlichkeit eines solchen Zündsystems erhöht ist. Des weiteren ist nur eine Leitung mit EMV-Entstörmaßnahmen zu versehen.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Er­ findung weist das Zylindersignal zur Zuordnung der bei­ den Doppelzündspulen zum Taktsignal einen ersten und zweiten Spannungspegel auf, wobei zur Erzeugung des Steuersignales die erste Interface-Stufe bei Anliegen des den Schließwinkel und Zündzeitpunkt bestimmenden Spannungspegels des Taktsignales in Abhängigkeit des in der zeitgleichen Periode des Zylindersignales auftre­ tenden ersten oder zweiten Spannungspegels einen dritten oder vierten Spannungspegel generiert. Hier­ durch entstehen in einfacher Weise für jede Zylinder­ gruppe zugeordnete definierte Spannungspegel. Ferner besteht bei einer Weiterbildung dieses Ausführungsbei­ spieles das von der Steuereinheit erzeugte Zylinder­ signal U_Z aus über jede Periode konstanten Spannungs­ pegeln, wobei die Höhe dieser Spannungspegel der Höhe des ersten oder des zweiten Spannungspegels entspricht. Desweiteren kann das Steuersignal so ausgebildet wer­ den, daß es einen rechteckförmigen Signalverlauf auf­ weist, wobei einer der beiden Spannungspegel jeder Periode des Steuersignales den Schließwinkel und Zünd­ zeitpunkt bestimmt und dessen Höhe der Höhe des dritten oder vierten Spannungspegels entspricht, wobei hierin die Information der Zylindergruppenzuordnung liegt. Da hier nicht mit zeitlich kleinen Referenzimpulsen zur Zylindererkennung gearbeitet wird ist die Störanfällig­ keit auf der Steuerleitung 11 gering einzuschätzen.

Gemäß Anspruch 5 wird bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die erste Interface-Stufe mittels zwei Schalttransistoren und einem Widerstand aufgebaut. Eine solche einfach aufgebaute Interface- Stufe kann kostengünstig hergestellt werden. Dieser Widerstand kann auch durch einen gesteuerten Einströmer oder durch eine Zenerdiode ersetzt werden.

Ferner ist bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die zweite Interface- Stufe die Höhe des den Schließwinkel und Zündzeitpunkt bestimmenden Spannungspegel des Steuersignales mittels Komparatoren detektiert und daß die Ausgangspegel dieser Komparatoren einer Logikschaltung zugeführt wer­ den, wobei diese Logikschaltung für jede Doppelzünd­ spule die Schließwinkel- und Zündzeitpunktsteuersignale erzeugt. Hierdurch werden in einfacher Weise die auf der Steuerleitung anliegenden unterschiedlichen Span­ nungspegel in dieser zweiten Interface-Stufe so deco­ diert, daß wieder zwei Ansteuersignale für die Doppel­ zündspulen bereitgestellt werden.

Gemäß Anspruch 8 ist eine solche zweite Interface-Stufe mit einem ersten und zweiten Komparator sowie einem NICHT- und NOR-Glied aufgebaut.

Darüber hinaus kann bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung zwecks einer Schließwinkel­ regelung die Verbindung zwischen der ersten und zweiten Interface-Stufe mittels der dritten Steuerleitung bi­ direktional, im Sinne eines Regelkreises genutzt wer­ den, indem die zweite Interface-Stufe einen fünften Spannungspegel auf dieser dritten Steuerleitung er­ zeugt, daß die Zeitdauer, während der die dritte Steuerleitung auf diesem fünften Spannungspegel liegt, einen Istwert darstellt. Hierbei liegt während dieser Zeitdauer der Wert des Zündspulenstromes der gerade angesteuerten Doppelzündspule über einem vorgegebenen Stromschwellenwert. Ferner wird dieser Istwert über einen Vergleich mit einem in der Steuereinheit abge­ legten Sollwert zur Bestimmung eines Korrekturwertes für den Einsatzzeitpunkt der Schließzeit verwendet.

In vorteilhafter Weise erfolgt hierbei die Ansteuerung der Zündendstufe über einen geschlossenen Regelkreis in der Weise, daß die die Interface-Stufen verbindende Steuerleitung auch als Rückmeldeleitung benützt wird. Durch Auswertung des Istwertes kann der Einsatzzeit­ punkt der Schließzeit mit Hilfe der Steuereinheit ge­ regelt werden. Die daraus sich ergebenden Vorteile be­ stehen unter anderem in einer geringeren Wärmebelastung der Zündendstufe sowie einer geringeren Störanfällig­ keit durch die bidirektionale Verwendung der Steuer­ leitung im Vergleich mit Systemen, die eine eigene zu­ sätzliche Rückleitung verwenden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird dieser Istwert aus einem Rückmeldezeitpunkt (t_R) bestimmt, bei dem der Zündspulenstrom einen vorbestimm­ ten Stromschwellenwert überschreitet. Zu diesem Rück­ meldezeitpunkt erfolgt eine definierte Absenkung oder Erhöhung des auf der dritten Steuerleitung stehenden, die Schließzeit bestimmenden, dritten oder vierten Spannungspegels auf den fünften Spannungspegel. Schließlich wird die durch diese Absenkung oder Er­ höhung definierte Flanke über die erste Interface-Stufe als Auswertesignal der Steuereinheit zur Verfügung ge­ stellt. In der Steuereinheit kann mit Hilfe dieses Aus­ wertesignals und des bekannten Zündzeitpunktes ein Kor­ rekturwert für den Einsatzzeitpunkt des Ladezeitbeginns berechnet werden.

Zur Übertragung des für diesen Istwert maßgebenden Rückmeldezeitpunktes erzeugt die Zündendstufe ein im­ pulsförmiges Rückmeldesignal, das der zweiten Inter­ face-Stufe zugeführt wird. Hierbei entspricht der Im­ pulsdauer dieses Rückmeldesignales der Zeitdifferenz, die sich aus diesem Rückmeldezeitpunkt und dem Zünd­ zeitpunkt ergibt. Diese Impulsdauer entspricht dann dem Istwert.

Schließlich erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung gemäß des Anspruches 13 die Pegelab­ senkung oder die Pegelerhöhung auf den fünften Span­ nungspegel mit Hilfe entweder eines gesteuerten Ein­ strömers oder mit Hilfe eines geschalteten Widerstands­ teilers oder mit Hilfe einer geschalteten Zenerdiode.

Die Erfindung soll im nachfolgenden anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbei­ spieles der erfindungsgemäßen Zündanlage,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der ersten Interface-Stufe ohne Schließwin­ kelregelung.

Fig. 3 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der zweiten Interface-Stufe ohne Schließwin­ kelregelung.

Fig. 4a bis 4g Pegeldiagramme zur Erläuterung der Funktionen der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1, 2 und 3,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispieles der zweiten Interface-Stufe mit Schließwinkelregelung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispieles der ersten Interface-Stufe mit Schließwinkelregelung, und

Fig. 7a bis 7g Pegeldiagramme zur Erläuterung der Funktionen der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 5 und 6.

In den Zeichnungen sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die erfindungsgemäße Zündanlage gemäß der Fig. 1 ist aus folgenden Komponenten aufgebaut. Zwei Doppelzünd­ spulen 1a und 1b mit jeweils zwei Zündstrecken 3a und 3b bzw. 4a und 4b, einer Zündendstufe 2, einer Steuer­ einheit 5, einer ersten Interface-Stufe 7 und einer zweiten Interface-Stufe 8.

Der Steuereinheit 5 werden über Leitungen, die mit dem Bezugszeichen 6 angedeutet sind, Sensor- und Geber­ signale zugeführt, um hieraus ein den Schließwinkel und Zündzeitpunkt für jeden Zylinder bestimmendes Takt­ signal U_T und ein die Zuordnung der Zylinder zum Takt­ signal U_T bestimmendes Zylindersignal U_Z zu erzeugen. Ein solches Taktsignal U_T bzw. ein solches Zylinder­ signal U_Z zeigt das Pegeldiagramm der Fig. 4a bzw. der Fig. 4b. Hierbei ist das Taktsignal U_T über 4 Perioden T₁ bis T₄ dargestellt, wobei der Signalverlauf recht­ eckförmig mit einer Pegelhöhe U_T1 und U_T2 ist. Hierbei bestimmt der Pegel U_T1 den Schließwinkel als auch den Zündzeitpunkt, das heißt, der Pegelwechsel von U_T2 zu U_T1 stellt den Einsatzzeitpunkt t_s für die Schließzeit dar und zum Zeitpunkt t_z des Pegelwechsels von U_T1 zu U_T2 erfolgt die Zündung. Die Zuordnung der einzelnen Perioden des Taktsignales U_T zu den beiden Doppelzünd­ spulen 1a und 1b erfolgt über das Zylindersignal U_Z. Gemäß der Fig. 4b zeigt das Zylindersignal über jede Periode einen konstanten Spannungspegel, wobei jedoch nur zwei Spannungspegel U₁ (erster Spannungspegel) und U₂ (zweiter Spannungspegel) abwechselnd den Signalver­ lauf des Zylindersignales bestimmen. Hierdurch kann beispielsweise dem ersten Spannungspegel U₁ die eine Doppelzündspule 1b und dem zweiten Spannungspegel U₂ die andere Doppelzündspule 1a zugeordnet werden. Hier­ durch ergibt sich folgende Zuordnung der vier Takt­ perioden des Taktsignales U_T gemäß der Fig. 4a: Die Perioden T₁ und T₃ geben den Schließwinkel und Zünd­ zeitpunkt für die eine Doppelzündspule 1b an und die beiden Perioden T₂ und T₄ enthalten die entsprechende Information für die andere Doppelzündspule 1a. Diese Zuordnung ist in der Fig. 4 zeichnerisch dadurch dar­ gestellt, daß die die Doppelzündspule 1a betreffenden Signalverläufe punktgestrichelt und diejenigen, die die Doppelzündspule 1b betreffen mit durchgezogenen Linien gezeichnet sind.

Die erste Interface-Stufe 7 faßt diese beiden Signale zu einem Steuersignal U_I auf eine Steuerleitung 11 zu­ sammen, die diese erste Interface-Stufe 7 mit der zwei­ ten Interface-Stufe 8 verbindet. Diese zweite Inter­ face-Stufe 8 erzeugt mit Hilfe des Steuersignales U_I jeweils ein Ansteuersignal U_St1 bzw. U_St2 für die Dop­ pelzündspulen 1a und 1b. Das Ansteuersignal U_St1 wird über eine erste Steuerleitung 9 und das andere An­ steuersignal U_St2 wird über eine zweite Steuerleitung 10 der Zündendstufe 2 zugeführt. Die Zündendstufe 2 ist über zwei Leitungen mit den Primärspulen der Doppel­ zündspulen 1a und 1b verbunden. Zwei weitere Leitungen der Primärspulen sind an der Bordnetzspannung U_Bat an­ geschlossen. Die Sekundärwicklungen sind jeweils mit zwei Zündstrecken 3a und 3b bzw. 4a und 4b mit dem Be­ zugspotential der Schaltung verbunden.

Die Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbei­ spieles der ersten Interface-Stufe 7 gemäß der Fig. 1. Hiernach besteht diese Interface-Stufe 7 aus einem ersten npn-Schalttransistor T₁ und einem zweiten npn- Schalttransistor T₂ sowie einem ersten Widerstand R₁ und einem zweiten, der zweiten Interface-Stufe 8 zuge­ ordneten Widerstand R_2. Die beiden Kollektor-Elektroden der Schalttransistoren T₁ und T₂ sind über den ersten Widerstand R₁ miteinander verbunden, wobei zusätzlich die Kollektor-Elektrode des ersten Schalttransistors T₁ an die Steuerleitung 11 angeschlossen ist. Darüber hin­ aus liegen die beiden Emitter-Elektroden dieser beiden Schalttransistoren T₁ und T₂ auf dem Bezugspotential der Schaltung. Ferner wird der Basis-Elektrode des ersten Schalttransistors T₁ das Taktsignal U_T zuge­ führt, während an der Basis-Elektrode des zweiten Schalttransistors T₂ das Zylindersignal U_Z angelegt wird. Schließlich ist das andere Ende der dritten Steuerleitung 11 über den zweiten Widerstand R₂ mit der Bordnetzspannung U_Bat verbunden.

Im folgenden soll die Funktionsweise dieser Schaltung gemäß der Fig. 2 im Zusammenhang mit den Pegeldiagram­ men der Fig. 4a bis 4c erläutert werden. Wie schon erwähnt wurde, liegt an der Basis-Elektrode des ersten Schalttransistors T₁ das rechteckförmige Taktsignal U_T gemäß der Fig. 4a mit den beiden Spannungspegeln U_T1 und U_T2 an. Bis zum Einsatzzeitpunkt t_s bleibt der erste Schalttransistor T₁ leitend, da der anliegende Pegel an der Basis-Elektrode auf dem High-Potential U_T2 liegt. Mit dem Pegelwechsel zum Zeitpunkt t_s von dem High-Pegel U_T2 zum dem Low-Pegel U_T1 geht der erste Schalttransistor T₁ in den sperrenden Zustand über, so daß am zweiten Widerstand R₂ die gesamte Bordnetzspan­ nung U_Bat anliegt, das heißt, der Pegel der Steuerspan­ nung U_I wechselt ebenfalls von einem Low-Pegel auf ei­ nen High-Pegel U₃ (dritter Spannungspegel), dessen Wert der Bordnetzspannung U_Bat entspricht, wie es in der Fig. 4c dargestellt ist. Während der gesamten Dauer der ersten Periode T₁ bleibt der zweite Schalttransi­ stor T₂ gesperrt, da er mit dem Low-Pegel U₁ des Zy­ lindersignales U_Z angesteuert wird. Dieser zweite Schalttransistor T₂ geht dagegen in den leitenden Zu­ stand über, wenn dessen Basis-Elektrode der High-Pegel U₂ des Zylindersignales U_Z zugeführt wird. Da jedoch bis zum Einsatzzeitpunkt t_s der zweiten Periode T₂ das Taktsignal U_T auf dem High-Pegel U_T2 liegt, ist der erste Schalttransistor T₁ leitend, weshalb bis zu die­ sem Zeitpunkt das Steuersignal U_I auf Bezugspotential der Schaltung liegt, und erst mit dem Pegelwechsel des Taktsignales U_T auf den Low-Pegel U_T1 erfolgt auch ein Pegelwechsel des Steuersignales U_I auf einen zweiten High-Pegel U₄ (vierte Spannungspegel), da nun ein Stromkreis über die beiden Widerstände R₁ und R₂ ge­ schlossen wird. Dieser vierte Spannungspegel U₄ des Steuersignales U_I hängt von den Widerstandswerten der beiden Widerstände R₁ und R₂ ab und berechnet sich nach folgender Formel:

wobei U_Bat die Bordnetzspannung, R1 bzw. R2 der Wider­ standswert der Widerstände R₁ bzw. R₂ darstellen. Außer dem beschriebenen Widerstandsteiler sind auch andere Methoden realisierbar, die eine bestimmte Pegelabsen­ kung hervorrufen, beispielsweise wenn man R₁ durch eine Zenerdiode ersetzt.

Zum Zündzeitpunkt t_z der zweiten Periode T₂ erfolgt wiederum ein Pegelwechsel des Steuersignales U_I auf das Bezugspotential, da der erste Schalttransistor T₁ wiederum leitend wird. Hierdurch entsteht ein Steuer­ signal, das für jede Doppelzündspule 1a und 1b zuge­ ordnete, definierte dritte und vierte Spannungspegel U₃ und U₄ aufweist; beispielsweise ist der vierte Span­ nungspegel U₄ der einen Doppelzündspule 1a und der dritte Spannungspegel U₃ der anderen Doppelzündspule 1b zugeordnet. Dieses Steuersignal U_I wird nun über die dritte Steuerleitung 11 der zweiten Interface-Stufe 8 zugeführt.

Die Fig. 3 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel der zwei­ ten Interface-Stufe 8, wo mittels zweier Komparatoren K₁ und K₂ die den beiden Doppelzündspulen 1a und 1b zu­ geordneten dritten und vierten Spannungspegel U₃ und U₄ detektiert werden. Hierzu sind die nichtinvertierenden Eingänge dieser beiden Komparatoren K₁ und K₂ mit der Steuerleitung 11 verbunden, während der invertierende Eingang des Komparators K₁ mit einer Bezugspannungs­ quelle 16, die eine erste Bezugsspannung U_S1 liefert, verbunden ist, während der invertierende Eingang des zweiten Komparators K₂ an eine zweite Bezugsspannungs­ quelle 17, die eine zweite Bezugsspannung U_S2 liefert, angeschlossen ist.

Weiterhin weist diese Schaltung ein NICHT-Glied 12 so­ wie ein NOR-Glied 13 auf. Der Ausgang des ersten Kompa­ rators K₁ ist mit dem NICHT-Glied verbunden, wobei des­ sen Ausgang an den einen Eingang des NOR-Gliedes 13 angeschlossen ist. Der Ausgang des NOR-Gliedes 13 ist mit der ersten Steuerleitung 9 verbunden, auf der ein Ansteuersignal U_St1 für die eine Doppelzündspule 1a zur Verfügung steht. Der Ausgang des zweiten Komparators K₂ dagegen ist sowohl mit dem anderen Eingang des NOR- Gliedes 13 als auch mit der zweiten Steuerleitung 10 verbunden, die ein Ansteuersignal U_St2 für die andere Doppelzündspule 1b an die Zündendstufe 2 weiterleitet.

Die Funktion dieser Schaltung gemäß Fig. 3 soll nun in Zusammenhang mit den Diagrammen der Fig. 4d bis 4g erläutert werden. Die beiden Komparatoren K₁ und K₂ ändern genau dann ihren Ausgangspegel, wenn die an dem nicht invertierenden Eingang anliegenden Spannungspegel des Steuersignales U_I den Wert der Bezugsspannungen U_S1 bzw. U_S2 überschreiten. Hierbei ist der Wert der Be­ zugsspannung U_S1 so gewählt, daß er unterhalb des Wer­ tes des High-Pegels U₄ des Steuersignales U_I liegt, während derjenige der zweiten Bezugsspannung U_S2 zwi­ schen dem Wert des High-Pegels U₃ und dem Wert des High-Pegels U₄ des Steuersignales U_I liegt. Am Ausgang des zweiten Komparators K₂ erfolgt nur während der ersten und dritten Periode T₁ und T₃ ein Pegelwechsel, während der anderen Perioden T₂ und T₄ bleibt jedoch der Ausgang auf dem Low-Pegel. Dieses Signal U_St2 ist in der Fig. 4e dargestellt, wonach der Pegelwechsel nur zu dem Einsatzzeitpunkt t_s der Schließzeit und zu dem Zündzeitpunkt t_Z erfolgen kann.

Dieses Signal U_St2 stellt das Ansteuersignal der Dop­ pelzündspule 1b dar, wonach nur während den Zeiten, an denen der High-Pegel anliegt, die Primärseite der Dop­ pelzündspule 1b mit Strom durchflossen wird, also gemäß der Fig. 4g nur zu den Zeiten der Perioden T₁ und T_3. Somit wird beispielsweise nach der ersten Periode T₁ der Zylinder 1 und nach der dritten Periode der Zylin­ der 4 gezündet.

Der erste Komparator K₁ ändert immer dann seinen Aus­ gangspegel auf High, wenn das Steuersignal U_I seinen Low-Pegel verläßt. Dieser Signalverlauf am Ausgang des ersten Komparators K₁ wird durch das NICHT-Glied 12 invertiert, an dessen Ausgang das Signal in der Fig. 4d dargestellt ist. Dieses Signal wird mit dem Signal U_St2 des Ausgangs des zweiten Komparators K₂ mittels des NOR-Gliedes 13 verodert und negiert, so daß das Ansteuersignal U_St1 für die Doppelzündspule 1a nur dann einen High-Pegel aufweist, wenn das Steuersignal U_I auf dem High-Pegel U₃ liegt, also in den Perioden T₂ und T₄. Auch hier erfolgt der Pegelwechsel des An­ steuersignales U_St1 zu dem Einsatzzeitpunkt t_s und zu dem Zündzeitpunkt t_z. Während dieser Zeitspanne vom Zeitpunkt t_s bis zum Zeitpunkt t_z fließt Strom durch die Doppelzündspule 1a. Dann wird beispielsweise nach der zweiten Periode T₂ der Zylinder 3 und nach der vierten Periode der Zylinder 2 gezündet. Die Fig. 4f zeigt den entsprechenden Signalverlauf des Signales U_St1, und die Fig. 4g den Spulenstrom I_PR durch die beiden Primärspulen der Doppelzündspule.

Die Fig. 5 und 6 zeigen nun Blockschaltbilder von Ausführungsbeispielen der ersten und zweiten Interface- Stufen 7′ und 8′, wobei hier die dritte Steuerleitung 11 zur Übertragung der Information über den aktuell fließenden Primärspulenstrom herangezogen wird, um hierdurch eine Schließwinkelregelung zu realisieren.

Wie schon weiter oben erwähnt wurde, wird der Steuer­ einheit 5 - siehe Fig. 1 - über Sensor - bzw. Geber­ leitungen 6 die benötigten Signale zugeführt, die not­ wendig sind zur Ermittlung von Schließwinkel t_s und Zündzeitpunkt t_z sowie der Zylinderzuordnung. Speziell bei von Mikroprozessoren gestützten Motorsteuergeräten sind die Daten für Schließwinkel t_s und Zündzeitpunkt t_z in Tabellenform in Speichern abgelegt, auf die der Rechner je nach Eingangsdaten, wie z. B. Drehzahl, U_Bat-Spannung, Temperatur usw. zurückgreifen kann. Jedoch führen Schließwinkel bestimmende Datenstreu­ ungen, wie z. B. Spulendaten oder Spulentemperatur, die normalerweise nicht gemessen und ausgewertet werden, bei einem gesteuerten System zu einer Fehlanpassung des Schließwinkelwertes.

Dies hat bei zu großen Schließwinkeln die Folge wesent­ lich erhöhter Verlustleistung im Zündsystem und bei zu kleinen Schließwinkeln kann dies zu verringernder Zünd­ energie bis zu Startproblemen führen. Bei dem im fol­ genden zu beschreibenden Ausführungsbeispiel wird eine solche Fehlanpassung dadurch vermieden, daß die dritte Steuerleitung 11 bidirektional genutzt wird, das heißt eine entsprechende Rückinformation über den aktuell fließenden Primärspulenstrom wird dem auf der dritten Steuerleitung 11 gerade anstehenden Signal überlagert.

Hierzu wird in der hier nicht näher beschriebenen Zünd­ endstufe 2 der Primärspulenstrom I_PR beispielsweise als Spannungsabfall über einen Stromshunt überwacht. Mit Hilfe eines Komparators wird das Überschreiten eines gewissen I_PR-Stromschwellenwertes S₃ angezeigt. Dies ist in der Fig. 7a mittels einer punktgestrichelten Linie, die mit dem Bezugszeichen S₃ versehen ist, dar­ gestellt. Bei Überschreiten dieses Stromschwellenwertes S₃ durch den Primärspulenstrom I_PR schaltet der oben genannte Komparator auf einen High-Pegel, der bis zum Zündzeitpunkt t_z ansteht. Dieses von dem Komparator erzeugte Rückmeldesignal U_R gemäß der Fig. 7b zeigt einen impulsförmigen Verlauf, wobei die Impulsdauer t_p der Zeitdifferenz entspricht, die sich aus dem Rück­ meldezeitpunkt t_R und dem Zündzeitpunkt t_z ergibt. Mit Hilfe dieses Rückmeldesignales U_R läßt sich in ein­ facher Weise auf dem Steuersignal U_I gemäß der Fig. 4c ein weiterer Spannungspegel U₅ (fünfter Spannungspegel) erzeugen, wie dies das Steuersignal U_I′ gemäß der Fig. 7c zeigt. Das Vorhandensein dieses fünften Spannungs­ pegels U₅ über die Zeitdauer Δt sagt aus, daß der Zünd­ spulenstrom I_PR über den vordefinierten Stromschwellen­ wert S₃ angestiegen ist.

Zur Erzeugung dieses fünften Spannungspegels U₅ wird die zweite Interface-Stufe 8 gemäß der Fig. 3 ent­ sprechend der Fig. 5 modifiziert. Diese modifizierte zweite Interface-Stufe 8′ weist zusätzlich zu den in der Fig. 3 dargestellten und weiter oben schon beschrie­ benen Komponenten eine bistabile Kippstufe 18 sowie einen Schalttransistor T₃ und eine Zenerdiode D auf. Diese bistabile Kippstufe 18 ist als RS-Flip-Flop auf­ gebaut, wobei dessen Setzeingang S von dem Ausgang des zweiten Komparators K₂ angesteuert wird und dessen Rücksetzeingang R mit dem Ausgang des NICHT-Gliedes 12 verbunden ist. Der Ausgang Q der bistabilen Kippschal­ tung 18 ist sowohl mit dem zweiten Eingang des NOR- Gliedes 13 als auch mit der zweiten Steuerleitung 10 verbunden, an der das Ansteuersignal U_ST2 für die Dop­ pelzündspule 1b abgegriffen werden kann.

Zur Erzeugung des fünften Spannungspegels U₅ auf der Steuerleitung 11 ist die Kollektor-Elektrode des Schalt­ transistors T₃ über die Zenerdiode D mit dem nichtin­ vertierenden Eingang des zweiten Komparators K₂ der zweiten Interface-Stufe 8′ verbunden, wobei die Anode dieser Zenerdiode D an die Kollektor-Elektrode des Schalttransistors T₃ angeschlossen ist. Die Emitter- Elektrode dieses Schalttransistors T₃ liegt auf dem Bezugspotential der Schaltung, während dessen Basis- Elektrode das Rückmeldesignal U_R gemäß der Fig. 7b zugeführt wird. Nimmt dieses aus der Zündendstufe 2 zugeführte U_R-Signal seinen High-Pegel an, so wird der Schalttransistor T₃ leitend mit der Folge, daß der dritte oder vierte Spannungspegel U₃ oder U₄ auf der Steuerleitung 11 auf den den fünften Spannungspegel U₅ darstellenden Begrenzungswert der Zenerdiode D abge­ senkt wird. Anstatt der Zenerdiode D in der Fig. 5 ist auch jede andere pegelverändernde Methode einsetzbar.

Als Folge dieser Pegelabsenkung auf der Steuerleitung 11 erfolgt auch am Ausgang des zweiten Komparators K₂ zum Zeitpunkt t_R eine Pegelabsenkung, die jedoch das Steuersignal U_ST2 für die Doppelzündspule 1b verfäl­ schen würde. Der Signalverlauf U_K2 am Ausgang dieses zweiten Komparators K₂ zeigt die Fig. 7e. Damit mit dem modifizierten Steuersignal U_I′; der Fig. 7c ein Ansteuersignal U_ST2 gemäß der Fig. 4e erzeugt werden kann, ist die von oben erwähnte bistabile Kippstufe 18 vorgesehen. Als Setz-Impuls dient die Low-High-Flanke des Signales U_K2 am Ausgang des zweiten Komparators K₂. Da als Reset-Impuls der Low/High-Übergang des Signales , also der Zündzeitpunkt t_z verwendet wird, erfolgt die Umschaltung am Ausgang der bistabilen Kippstufe 18 vom High-Pegel auf den Low-Pegel erst zu diesem Zeit­ punkt. Am Ausgang Q der bistabilen Kippstufe 18 steht somit das Ansteuersignal U_ST2 gemäß der Fig. 7f wieder zur Verfügung. Die Bezugsspannungen U_S1 und U_S2 sind so gewählt, daß die Bezugsspannung U_S1 der Bezugsspan­ nungsquelle 16 unterhalb des fünften Spannungspegels U₅ liegt und die andere Bezugsspannung U_S2 der Bezugsspan­ nungsquelle 17 zwischen dem dritten und vierten Span­ nungspegel U₃ und U₄ liegt.

Zur Detektion des fünften Spannungspegels U₅ weist die erste Interface-Stufe 7 gemäß der Fig. 2 zusätzlich einen Komparator K₃ und eine Bezugsspannungsquelle 19 gemäß der Fig. 6 auf. Bei dieser ersten Interface- Stufe 7′ wird das modifizierte Steuersignal U_I′ gemäß der Fig. 7c über die dritte Steuerleitung 11 dem in­ vertierenden Eingang des Komparators K₃ zugeführt, während dessen nichtinvertierender Eingang mit der Be­ zugsspannungsquelle 19 verbunden ist, die eine Bezugs­ spannung U_S3 liefert. Dieser Auswertekomparator K₃ de­ tektiert den fünften Spannungspegel U₅ auf der Steuer­ leitung 11 und stellt ihn der Steuereinheit 5 zur Aus­ wertung zur Verfügung. Hierzu ist der Pegel der Bezugs­ spannung U_S3 so gewählt, daß er zwischen dem fünften Spannungspegel U₅ und dem vierten Spannungspegel U₄ liegt. Sobald der dritte oder vierte Spannungspegel U₃ oder U₄ unterschritten wird, ändert sich auch am Aus­ gang des Auswertekomparators K₃ der Spannungspegel. Mit Hilfe der den Istwert t_ist darstellenden Zeitdauer Δt des fünften Spannungspegels U₅, also aus der Zeitdif­ ferenz des Zeitpunktes t_R und dem Zündzeitpunkt t_z, bezogen auf die aktuelle Periodendauer T, verschiebt die Steuereinheit 5 den Stromflußeinsatzpunkt t_s zu früheren oder späteren Zeitpunkten hin im Sinne einer Regelung. Im einzelnen erfolgt dies in folgender Weise. Aufgrund der aktuellen Meßdaten, beispielsweise für Batteriespannung, Drehzahl und den Saugrohrunterdruck bestimmt die Steuereinheit 5 den Zündzeitpunkt t_z und den Einsatzzeitpunkt t_s für die Schließzeit. Diese Zeiten sind z. B. in entsprechenden Kennfehlern abge­ speichert. Als Bezugsmarke dient der Steuereinheit 5 beispielsweise eine Spannungsflanke, die immer dann auftritt, wenn der mechanische Stand der Kurbelwelle einen definierten Punkt erreicht hat. Gewisse Schal­ tungsmittel sorgen dafür, daß der Primärzündspulenstrom I_PR auf einen maximalen Wert I_{PR, max} begrenzt wird, wodurch auf der Primärseite der Doppelzündspule eine Energie mit konstantem Wert gespeichert wird.

Der Stromschwellenwert S₃ ist beispielsweise so ge­ wählt, daß bei Überschreiten dieses Schwellenwertes S₃ durch den Zündspulenstrom I_PR 90% des maximalen Strom­ wertes I_{PR, max} erreicht sind. Die Steuereinheit berech­ net aus der Ladezeit (t_R-t_s) einen Sollwert t_soll, der die Zeitdauer zwischen dem Erreichen des Stromschwel­ lenwertes S₃ und dem Zündzeitpunkt t_z darstellt. Dieser Sollwert t_soll wird nun mit dem Istwert t_ist, also der Zeitdauer Δt verglichen, wobei ferner gilt:

Δt=t_p=t_z-t_R,

wobei t_p die Impulsdauer der Rückmeldesignale, t_z der Zündzeitpunkt und t_R der Rückmeldezeitpunkt darstellt.

Falls der t_soll-Wert größer ist als der t_ist-Wert, wenn also der Einsatzzeitpunkt t_s der Schließzeit zu spät erfolgt, berechnet die Steuereinheit einen Korrektur­ wert, mit dem der Einsatzzeitpunkt t_s früher erfolgt. Im umgekehrten Fall, wenn also der t_soll-Wert kleiner als der t_ist-Wert ist, ergibt sich eine Verschiebung des Einsatzzeitpunktes t_s zu einem späteren Zeitpunkt hin.

Claims (13)

1. Zündanlage für Viertakt-Brennkraftmaschinen mit vier Zylindern und mit zwei, jeweils einer Gruppe von zwei Zylindern zugeordneten Doppelzündspulen (1a, 1b), deren Primärkreise mit einer Zündendstufe (2) verbunden sind und in deren Sekundärkreise jeweils zwei Zündstrecken (3a, 3b; 4a, 4b) geschaltet sind und mit einer Steuereinheit (5), die in Abhängigkeit von ihr zugeführten Sensor- und Gebersignalen (6) für jede einer Doppelzündspule (1a, 1b) zugeordneten Zylindergruppe ein den Schließwinkel (t_s) und Zündzeitpunkt (t_z) bestimmendes Taktsignal (U_T) und ein die Zuordnung der Zylindergruppen zum Taktsignal (U_T) bestimmendes Zylindersignal (U_Z) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (5) eine erste Interface-Stufe (7) aufweist, der sowohl das Taktsignal (U_T) als auch das Zylindersignal (U_Z) zugeführt wird, daß eine zweite Interface-Stufe (8) der Zündendstufe (2) vorgeschaltet ist, wobei diese zweite Interface-Stufe (8) über eine erste und zweite Steuerleitung (9, 10) der Zündendstufe (2) ein erstes bzw. zweites Signal (U_St1, U_ST2) zur Schließwinkel- und Zündzeitpunktsteuerung der einen bzw. der anderen Zylindergruppe (1a, 1b) zuführt, daß die erste Interface-Stufe (7) und die zweite Interface- Stufe (8) über eine einzige dritte Steuerleitung (11) verbunden sind, und daß auf der dritten Steuerleitung (11) das mit dem Zylindersignal (U_Z) modulierte Taktsignal (U_T) als Steuersignal (U_I) übertragen wird.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindersignal (U_Z) zur Zuordnung der beiden Doppelzündspulen (1a, 1b) zum Taktsignal (U_T) einen ersten und einen zweiten Spannungspegel (U₁, U₂) auf­ weist, und daß zur Erzeugung des Steuersignales (U_I) die erste Interface-Stufe (7) bei Anliegen des den Schließwinkel (t_s) und Zündzeitpunkt (t_z) bestimmenden Spannungspegels (U_T1) des Taktsignales (U_T) in Abhängig­ keit des in der zeitgleichen Periode des Zylindersigna­ les (U_Z) auftretenden ersten oder zweiten Spannungspe­ gels (U₁, U₂) einen dritten oder vierten Spannungspegel (U₃, U₄) generiert.

3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (5) derart das Zylindersignal (U_Z) erzeugt, daß über jeder Periode jeweils konstante Spannungspegel herrschen, wobei die Höhe dieser Span­ nungspegel der Höhe des ersten oder des zweiten Span­ nungspegels (U₁, U₂) entspricht.

4. Zündanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuersignal (U_I) einen rechteckför­ migen Signalverlauf aufweist, wobei einer der beiden Spannungspegel jeder Periode des Steuersignales den Schließwinkel (t_s) bestimmt und dessen Höhe der Höhe des dritten oder vierten Spannungspegels (U₃, U₄) ent­ spricht, wobei hierin die Information der Zylinder­ gruppenzuordnung liegt.

5. Zündanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Interface-Stufe (7) einen ersten und zweiten Schalttransistor (T₁, T₂) sowie einen ersten Widerstand (R₁) aufweist, daß der Basis-Elektrode des ersten Schalttransistors (T₁) das Taktsignal (U_T) zu­ geführt wird, daß der Basis-Elektrode des zweiten Schalttransistors (T₂) das Zylindersignal (U_Z) zuge­ führt wird, daß die Emitter-Elektroden des ersten und zweiten Schalttransistors (T₁, T₂) auf dem Bezugspo­ tential liegen, daß die Kollektor-Elektrode des ersten Schalttransistors (T₁) über den ersten Widerstand (R₁) mit der Kollektor-Elektrode des zweiten Schalttransi­ stors (T₂) verbunden ist, daß ferner die Kollektor- Elektrode des ersten Schalttransistors (T₁) an das eine Ende der dritten Steuerleitung (11) angeschlossen ist, und daß schließlich das andere Ende der dritten Steuer­ leitung (11) über einen zweiten Widerstand (R₂) mit einer Betriebsspannungsquelle (U_Bat) verbunden ist.

6. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (R₁) durch einen gesteuerten Einströmer oder durch eine Zenerdiode ersetzbar ist.

7. Zündanlage nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Interface-Stufe (8) die Höhe des den Schließwinkel (t_s) bestimmenden Spannungs­ pegels (U₃, U₄) des Steuersignals (U_I) mittels Kompara­ toren (K₁, K₂) detektiert und daß die Ausgangspegel (U_K1, U_K2) dieser Komparatoren zur Decodierung einer Logikschaltung zugeführt werden, wobei diese Logik­ schaltung für jede Doppelzündspule (1a, 1b) ein Signal (U_St1, U_St2) zur Schließwinkelsteuerung erzeugt.

8. Zündanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Interface-Stufe (8) einen ersten und zweiten Komparator (K₁, K₂) sowie ein NICHT- und NOR- Glied (12, 13) aufweist, daß die nicht invertierenden Eingänge des ersten und zweiten Komparators (K₁, K₂) mit der dritten Steuerleitung (11) verbunden sind, daß der invertierende Eingang des ersten Komparators (K₁) an eine erste Bezugsspannungsquelle (16) angeschlossen ist, daß der invertierende Eingang des zweiten Kompara­ tors (K₂) an eine zweite Bezugsspannungsquelle (17) an­ geschlossen ist, daß der Ausgang des ersten Komparators (K₁) über das NICHT-Glied (12) mit einem ersten Eingang des NOR-Gliedes (13) verbunden ist, daß der Ausgang des zweiten Komparators (K₂) sowohl mit einem zweiten Ein­ gang des NOR-Gliedes (13) als auch mit der Zündendstufe (2) verbunden ist, und daß der Ausgang des NOR-Gliedes (13) ebenfalls an die Zündendstufe (2) angeschlossen ist.

9. Zündanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke einer Schließ­ winkelregelung die dritte Steuerleitung (11) im Sinne eines Regelkreises bidirektional genutzt wird, indem die zweite Interface- Stufe (8) einen fünften Spannungs­ pegel (U₅) auf dieser dritten Steuerleitung (11) er­ zeugt, daß die Zeitdauer (Δt), während der die dritte Steuerleitung (11) auf diesem fünften Spannungspegel (U₅) liegt, einen Istwert (t_ist) darstellt, daß der Wert des Zündspulenstroms (I_PR) während dieser Zeit­ dauer (Δt) über einem vorgegebenem Stromschwellenwert (S₃) liegt und daß dieser Istwert (t_ist) über einen Vergleich mit einem in der Steuereinheit (5) abgelegten Sollwert (t_soll) zur Bestimmung eines Korrekturwertes für den Einsatzzeitpunkt (t_s) der Schließzeit verwendet wird.

10. Zündanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich dieser Istwert (t_ist) aus einem Rückmeldezeit­ punkt (t_R) bestimmt, bei dem der Zündspulenstrom (I_PR) den vorbestimmten Stromschwellenwert (S₃) überschrei­ tet, daß zu diesem Rückmeldezeitpunkt (t_R) eine defi­ nierte Absenkung oder Erhöhung des auf der dritten Steuerleitung (11) stehenden die Schließzeit bestim­ menden, dritten oder vierten Spannungspegels (U₃, U₄) auf den fünften Spannungspegel (U₅) erfolgt und daß die durch diese Absenkung oder Erhöhung definierte Flanke über die erste Interface-Stufe (7) als Auswertesignal der Steuereinheit (5) zur Verfügung gestellt wird.

11. Zündanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß über ein von der Zündendstufe (2) erzeugtes impulsförmiges Rückmeldesignal (U_R) der Rückmeldezeit­ punkt (t_R) der zweiten Interface-Stufe (8) zugeführt wird.

12. Zündanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Impulsdauer (t_p) des Rückmeldesignales (U_R) der Zeitdauer entspricht, die sich aus der Zeit­ differenz des Rückmeldezeitpunktes (t_R) und des Zünd­ zeitpunktes (t_z) ergibt.

13. Zündanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Pegelabsenkung oder die Pegelerhöhung auf den fünften Spannungspegel (U₅) mit Hilfe entweder eines gesteuerten Einströmers oder mit Hilfe eines geschalteten Widerstandsteilers oder mit Hilfe einer geschalteten Zenerdiode erfolgt.