<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, bei welcher eine
Gleichspannungsquelle mit dem Zündtransformator über einen als Schalter dienenden Transistor verbindbar ist, dessen Schaltfrequenz durch einen Pulsgenerator, beispielsweise einen astabilen Multivibrator, bestimmbar ist.
Bei herkömmlichen Zündvorrichtungen wird die auf der Primärseite des Zündtransfbrmators bereitgestellte
Zündenergie durch öffnen des Unterbrechers im Stromkreis auf die Sekundärseite übertragen. Die vom
Zündtransformator für jeden Zündvorgang zur Verfügung gestellte Zündenergie ist aber begrenzt, u. zw. unter anderem durch die für den Aufbau des Magnetfeldes im Zündtransformator jeweils zur Verfügung stehende Zeit zwischen zwei Zündungen, die zwangsweise von der Motordrehzahl abhängt. Die abgegebene Zündenergie ist durch rein elektrische Vorgänge festgelegt und nimmt auf verbrennungstechnische Belange keine Rücksicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung zu schaffen, durch die für jeden Zündvorgang eine verhältnismässig sehr grosse, willkürlich variable Zündenergie zur Verfügung gestellt wird, wobei Zündspannung und Zündstrom, sowie ihre Dauer und ihr Beginn unabhängig voneinander in weiten Grenzen willkürlich veränderbar sind. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass Brennstoff-Luft-Gemische, speziell bei grossem Luftüberschuss, dann besser gezündet werden, wenn die Zündenergie relativ zu der Energie, die herkömmliche Zündvorrichtungen abgeben können, um ein Vielfaches höher ist. Ausserdem hat sich gezeigt, dass es von Vorteil ist, zur Unterstützung der Verbrennung nach eingeleiteter Zündung weitere Funkenergie an das Brennstoff-Luft-Gemisch im Brennraum abzugeben.
Die Zumessung der elektrischen Energieabgabe an den Brennraum muss in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand des Motors frei programmierbar sein.
Aus der österr. Patentschrift Nr. 250097 ist eine Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem transistorisierten steuerbaren unsymmetrischen astabilen Multivibrator bekannt, der einen im Primärkreis des Zündtransformators liegenden Schalttransistor steuert, wobei die Stromunterbrechung im Primärkreis während der Zündimpulsdauer zum mehrmaligen Induzieren einer Hochspannung in der Sekundärwicklung des Zündtransformators und zum Auslösen eines Zündimpulses mit mehreren Funken aus einer Zündkerze mindestens eines Zylinders mehrmals erfolgt. Zum Ein-und Ausschalten des astabilen'Multivibrators wird der Basiskreis seiner beiden Transistoren oder der Kollektorkreis eines Transistors mit einem von der Brennkraftmaschine gesteuerten Kontakt oder kontaktlosen Geber beeinflusst.
Im letzteren Falle kann im Geberstromkreis ein phasenschiebendes Netzwerk vorgesehen sein, das einerseits die Vorzündung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl beeinflusst und anderseits verstellbare Elemente, z. B. einstellbare Widerstände, enthalten kann. Der auf diese Weise erzielbare Regelbereich für den Zündspannungsbeginn ist klein und die Zündzeitdauer ist mit dieser bekannten Schaltung überhaupt nicht beeinflussbar ; dazu müssten an der Nockenform des Unterbrecherkontaktes bzw. am kontaktlosen Geber Änderungen vorgenommen werden. Als Kompromisslösung ist bei der bekannten Zündvorrichtung eine Zündzeitdauer eingestellt, die nicht länger ist, als es einem Winkel von 45 an der Kurbelwelle entspricht.
Die Erfindung zielt darauf ab, die Nachteile der bekannten Konstruktion zu vermeiden und weitergehende Einstellmöglichkeiten zu schaffen, und besteht im wesentlichen darin, dass bei einer Zündvorrichtung der eingangs erwähnten Art für das Ein- und Ausschalten des Pulsgenerators zwei monostabile Multivibratoren vorgesehen sind, deren jeweilige Zeitdauer des instabilen Zustandes in einstellbarem Masse von Betriebs- und Umweltparametern bestimmbar ist.
Dadurch können zum Einleiten eines Arbeitstakte der Brennkraftmaschine der Zündspannungsbeginn sowie die Zündzeitdauer (und damit die Anzahl unmittelbar aufeinanderfolgender Zündfunken) unabhängig voneinander innerhalb eines weiten Bereiches verändert werden, so dass nach verbrennungstechnischen Gesichtspunkten für jeden Betriebsfall die optimale Energie zur Entzündung und Verbrennung dem Brennstoff-Luftgemisch zugeführt wird.
Das Einleiten jedes Zündvorganges kann in üblicher Weise durch einen mechanisch betätigten Unterbrecher oder aber durch kontaktlose Ansteuerung bestimmt werden.
Vorzugsweise sind die den Zündspannungsbeginn und die Zündzeitdauer bestimmenden monostabilen Multivibratoren über Stellglieder, z. B. Potentiometer, in Abhängigkeit von mittelbar oder unmittelbar gemessenen bzw. festgestellten Betriebs- und gegebenenfalls Umweltdaten beeinflussbar. Dabei können die über die Stellglieder, z. B. die Potentiometer, eingeführten Stellgrössen die Drehzahl und/oder die Stellung der Drosselklappe und/oder die Grösse der Luftdüse des Vergasers und/oder der Unterdruck in der Ansaugleitung sein.
Von den Umweltdaten kommen als Stellgrössen insbesondere die relative Luftfeuchtigkeit und/oder die Lufttemperatur und/oder der Luftdruck in Frage.
Zur Erzielung eines möglichst geringen Schadstoffgehaltes in den Abgasen der Brennkraftmaschine sind die
EMI1.1
und/oder. unverbrannten Kohlenwasserstoffen.-
Typische Werte der variablen Ausgangsdaten der erfindungsgemässen Zündvorrichtung sind für die Leerlpufzündspannung 25 bis 40 kV, für die Zündleistung 100 bis 700 mJ/ms und für die Dauer der Zündenergieerzeugung 0, 5 bis 25 ms. Durch die Ausnutzung dieser Merkmale wird eine gewünschte Beeinflussung auf den in der Brennkraftmaschine stattfindenden Verbrennungsprozess und auf die Beschaffenheit bzw. die Zusammensetzung der Verbrennungsgase erreicht.
Die Nebenschlusswiderstände in den Zündkerzen, verursacht durch Verbrennungsrückstände, haben nur geringen Einfluss.
<Desc/Clms Page number 2>
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Zündvorrichtung gemäss der Erfindung dargestellt. Es zeigt schematisch : Fig. 1 das Blockschaltbild ; Fig. 2 das Schaltbild und die Fig. 3a bis 3k Impulsdiagramme. Das Blockschaltbild soll den Überblick erleichtern und ist mit den Fig. 2 und 3 gemeinsam beschrieben.
Die Zündvorrichtung nach den Fig. 1 und 2 ist über die Plusleitung --1-- und Minusleitung --2-- an
EMI2.1
--5-- mit- 14 und 15--, der die Aufgabe hat, die Schaltfrequenz des Gleichspannungswandlers --20-- als Überlagerungsstörung der Gleichspannungsversorgung an der Klemme --19-- von der Gleichspannungsquelle - fernzuhalten. Die Grenzfrequenz des Siebgliedes-12-wird durch die Drossel --13-- und den Kondensator --14-- bestimmt, während der Kondensator --15-- hochfrequente Einstreuungen unterbindet.
Die Ausgangsklemme-18-des Siebgliedes-12-ist mit der Eingangsklemme --19-- des Gleichspannungswandlers--20--zur Plusversorgung verbunden.
Der Gleichspannungswandler --20-- ist über die Klemme --21-- mit der Minusleitung--2-- verbunden. Im Beispielfall ist der Gleichspannungswandler--20--ein an sich bekannter Gegentaktwandler. Es kann aber auch ein Eintaktwandler Verwendung finden. Der Gleichspannungswandler--20--hat die Aufgabe,
EMI2.2
--3-- aufEingangsklemme--23--eines an sich bekannten Stromreglers--24--verbunden.
Der negative Bezugspunkt des Stromreglers--24--ist über die Verbindung der Klemme --25-- mit der Minusleitung-2-hergestellt. Der Istwert des zu regelnden Verbraucherstromes wird am Widerstand --26-- als Spannungswert abgegriffen. Die Sollwertvorgabe erfolgt über Stellglieder-27, 28, 29--, die beim Ausführungsbeispiel Potentiometer sind, wobei das Stellglied --27-- in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt und das Stellglied --29-- in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Benzin-Luftverhältnisses betätigt wird. Die Ausgangsklemme --30-- des Stromreglers --24-- ist mit der Eingangsklemme --31-- eines an sich bekannten Spannungsreglers-32-verbunden.
EMI2.3
Spannungsreglers--32--Zündtransformators--38--.
Der Kern des Transformators --38-- besteht aus zwei ohne Luftspalt zusammengefügten U-förmigen Hälften aus Ferritmaterial.
Die Klemme --39-- der Primärwicklung --37-- des Zündtransformators --38-- wird über die Klemmen--40, 41--der Schaltstufe--42--auf den negativen Bezugspunkt --34-- des Stromreglers --24-- und den negativen Bezugspunkt--33--des Spannungsreglers--32--geschaltet. Die Schalthäufigkeit des EIN- oder AUS-Zustandes der Schaltstufe --42-- wird durch den Pulsgenerator--43-in Verbindung mit den monostabilen Multivibratoren--44, 45--und dem Zündzeitpunktgeber --46-bestimmt. Durch das Schalten der Schaltstufe--42--wird in der Primärwicklung --37-- eine Spannung
EMI2.4
--47-- des- ist über den Entkopplungswiderstand --60-- und über die Klemme --61-- mit der Ausgangsklemme --62-- des Pulsgenerators --43-- verbunden.
Der Pulsgenerator --43-- arbeitet als astabiler Multivibrator. Das Potentiometer --63-- erlaubt eine Frequenzvariation des Pulsgenerators--43-zwischen etwa 1 und 20 kHz zur Optimierung der Schaltfrequenz auf das Übertragungsverhalten des Zündtransformators--38--. Der Pulsgenerator --43-- ist aus logischen Schaltungen in integrierter Technik aufgebaut. Über die Klemme--64--des Pulsgenerators--43--wird mit der Leitung--65--der logische Bezugspunkt herangeführt. Der Pulsgenerator--43--wird über den monostabilen Multivibrator --44-- für vorwählbare Zeitintervalle ein- und ausgeschaltet. Der Schaltbefehl kommt über die Verbindung der Klemme - des Pulsgenerators-43-mit der Klemmendes monostabilen Multivibrators-44-.
Fig. 3a zeigt das Impulsdiagramm für die Klemme--62--, Fig. 3b das Impulsdiagramm für die Klemme --67--.
<Desc/Clms Page number 3>
Der monostabile Multivibrator--44--ist aus logischen Schaltungen in integrierter Technik aufgebaut.
Über die Klemmendes monostabilen Multivibrators --44-- wird mit der Leitung --65-- der logische Bezugspunkt herangeführt. Die Sollwertvorgabe für die Einschaltzeitdauer des monostabilen Multivibrators erfolgt über die Stellglieder-69, 70,71, 72--, die beim Ausführungsbeispiel Potentiometer sind, wobei das Stellglied --69-- in Abhängigkeit von der Drehzahl, das Stellglied--70--in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe, das Stellglied--71--in Abhängigkeit vom Zündzeitpunkt und das Stellglied --72-- in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Benzin-Luftverhältnisses betätigt wird.
Der monostabile Multivibrator --44-- wird über die Verbindung seiner Klemme --73-- mit der Klemme --74-- des monostabilen Multivibrators--45--eingeschaltet.
Der monostabile Multivibrator --45-- ist aus logischen Schaltungen in integrierter Technik aufgebaut. über die Klemme--75--des monostabilen Multivibrators--45--wird mit der Leitung--65--der logische Bezugspunkt herangeführt. Fig. 3c zeigt das Impulsdiagramm an der Klemme-74--. Die Zeitverzögerung, die durch den monostabilen Multivibrator --45-- für den Beginn der Zündenergie-Erzeugung eingeführt wird, ist veränderbar.
Die Sollwertvorgabe erfolgt über die Stellglieder--76, 77, 78--, die beim Ausführungsbeispiel Potentiometer sind, wobei das Stellglied --76-- in Abhängigkeit von der Drehzahl, das Stellglied--77--in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe und das Stellglied--78--in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Benzin-Luftgemisches betätigt wird.
EMI3.1
Zündzeitpunktgebers-46--eingeschaltet.--81-- mit der Minusleitung --2-- hergestellt. Für die monostabilen Multivibratoren-44, 45-wird der negative Bezugspunkt über die Verbindungen der Klemmen-82, 83-mit der Minusleitung--2- hergestellt. Der Zündzeitpunktgeber--46--dient zur Einleitung des Zündvorganges.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein herkömmlicher Unterbrecherschalter--86--gezeichnet, der durch einen von der Brennkraftmaschine angetriebenen Nocken--87--in Abhängigkeit des Kurbelwinkels betätigt wird. Die Einleitung des Zündvorganges wird in herkömmlicher Weise durch das öffnen des Unterbrecherschalters -86-- erreicht. Da das öffnen und Schliessen des Unterbrecherschalters --86-- von einem Kontaktprellen begleitet ist, muss zur Einhaltung des eindeutigen Öffnungszustandes der erste Öffnungsaugenblick erkannt werden.
Dies wird durch eine Kontrollogik erreicht, die aus einem monostabilen Multivibrator --96-- und logischen Schaltungen--95, 97 und 135--in Verbindung mit dem Kondensator--98--besteht. Der Widerstand --88-- sorgt für einen Querstrom über den Unterbrecherschalter--86--, solange er sich in geschlossenem Zustand befindet, um eine Oxydation des Kontakts zu vermeiden. Der Querstrom hat einen Wert von 20 bis 100 mA, vorzugsweise 50 mA.
Die Drossel--91--verhindert in Verbindung mit dem Widerstand --92-- und der Z-Diode--93--die Zuleitung von Störfrequenzen. öffnet der Unterbrecherschalter --86--, so erfolgt an Klemme --89-- ein Spannungsübergang vom Potential der Minusleitung--2--auf das Potential der Plusleitung --1--, verringert um den Spannungsabfall an dem Widerstand--88--. Der Spannungsübergang von Minus nach Plus gelangt an die logische Schaltung--95--, nämlich ein als Inverter
EMI3.2
--94-- inMultivibrators --96-- an der Klemme --99-- mit dem zweiten Eingang der logischen Schaltung-97--, nämlich einem NAND-Gatter, verbunden.
Der Ausgang des NAND-Gatters-97-ist über das als Inverter geschaltete NAND-Gatter --135-- mit der Klemme--80--des Zündzeitpunktgebers--46--zur Einschaltung des monostabilen Multivibrators--45--an der Klemme--79--verbunden. Das Impulsdiagramm der Klemme --94-- ist in Fig. 3g, das der Klemme-90-in Fig. 3f, das der Klemme - -99-- in Fig. 3e und das der Klemme --80-- in Fig. 3d gezeigt.
Aus den Impulsdiagrammen Fig. 3a bis 3k ist der Funktionsablauf in Zuordnung zu den in Fig. l als Blöcke veranschaulichten Teilen der Zündvorrichtung zu ersehen.
In Fig. 3e bis 3g ist jeweils in der ersten Hälfte des Impulsdiagramms ein prellfreier Betrieb des Unterbrecherschalters--86--und in der zweiten Hälfte die Verhinderung des Öffnungs- und Schliessprellens gezeigt. Spannungseinbrüche bei den logischen Übergängen werden durch den Kondensator--98--
EMI3.3
<Desc/Clms Page number 4>
Zündzeitpunktgebers--46--und--107--, den Kondensatoren--108, 109, 110--und dem Vorwiderstand--111--der Z-Diode--112--. Die Drossel--107--mit den Kondensatoren--108, 109--ist als Tiefpass in 1T-Schaltung ausgeführt. Der Tiefpass soll Überlagerungsstörungen der Gleichspannungsversorgung von der Versorgungsleitung der monostabilen
EMI4.1
45--,Kondensator--110--unterbindet hochfrequente Einstreuung.
Die Z-Diode--112--mit dem Vorwiderstand --111-- verhindert Überspannungen an den Klemmen--103, 104--des Siebgliedes--102--.
Die an der Sekundärwicklung--47--des Zündtransformators--38--an den Klemmen--114 und 113-mit Verbindung zur Minusleitung-2-abgegriffene Hochspannungs-Wechselspannung, deren Frequenz durch den Pulsgenerator --43-- und deren wirksame Dauer durch den monostabilen Multivibrator-44bestimmt sind, wobei die Auslösung durch den Zündzeitpunktgeber--46--in Verbindung mit dem monostabilen Multivibrator --45-- erfolgt, wird über die Gleichrichterstrecke-116-mit den Klemmen - -115, 117-- und den Zündverteiler --118-- mit den Klemmen --119 und 120 bis 123--, den Zündkerzen, im dargestellten Beispiel vier Zündkerzen, zugeführt.
Über die Klemme --128-- sind die
EMI4.2
in Tätigkeit. Zur Erfüllung der geschilderten Funktion, dargestellt in Fig. 3, sind ihrem Ausgang invertierende Gatter, u. zw. Gatter--136--im monostabilen Multivibrator --45-- und Gatter --137-- im monostabilen Multivibrator-44--, nachgeschaltet.
Die dargestellte Logik bezieht sich auf integrierte Schaltkreise der Serie C-MOS. Sie zeichnet sich durch besonders hohe Störspannungsunterdrückung aus. Da auch ihre Versorgungsspannung in weiten Grenzen schwanken kann, kann die Gleichspannungsversorgung von einer Gleichspannungsquelle --3-- mit unterschiedlicher Ausgangsspannung, z. B. einem Akkumulator, erfolgen. Andere Logik-Baureihen sind ebenfalls mit hoher Störspannungsunterdrückung lieferbar, lassen aber keine so grosse Variation ihrer Gleichspannungsversorgung zu. Bei ihrem Einsatz müssen Regeleinheiten, möglicherweise in Verbindung mit einem Gleichspannungswandler, eingesetzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, bei welcher eine Gleichspannungsquelle mit dem Zündtransformator über einen als Schalter dienenden Transistor verbindbar ist, dessen Schaltfrequenz durch einen Pulsgenerator, beispielsweise einen astabilen Multivibrator, bestimmbar ist, dadurch gekenn- zeichnet, dass für das Ein- und Ausschalten des Pulsgenerators (43) zwei monostabile Multivibratoren (44,45) vorgesehen sind, deren jeweilige Zeitdauer des instabilen Zustandes in einstellbarem Masse von Betriebsund Umweltparametern bestimmbar ist.
EMI4.3