DE2249838A1

DE2249838A1 - Elektronische zuendvorrichtung fuer brennkraftmotoren

Info

Publication number: DE2249838A1
Application number: DE2249838A
Authority: DE
Inventors: Andre Gabriel Lapeyronnie
Original assignee: FIME S A
Current assignee: FIME S A
Priority date: 1971-10-14
Filing date: 1972-10-11
Publication date: 1973-04-19
Also published as: US3905347A; FR2157024A5; GB1413971A; GB1413973A; GB1413974A

Description

BR/HB/üMR/21,528 . ' . . £248038

9.1.0,1972

FIKE S.A.

1, rue Ambroise Thomas

75 009 - PARIS

"Elektronische Zündvorrichtung für Brennkraftmotoren. ^ιΐ

Die Erfindung betrifft eine elektronische Zündvorrichtung für Brennkraftmotoren, die eine Anzahl mechanischer und/oder clek-.. . trischer Einzelteile besitzt, die dazu bestimmt sind) die'Funken ■ oder Lichtbögen zwischen den Elektroden der in den-Zylindern der · Brennkraftmotoren angebrachten Zündkerzen zu erzeugen. . ".'.- ' *

Die klassische und bisher in der Technik bekannte Zündung erfolgt mit einer Vorrichtung, die mechanisch gesteuert wird und einen von einem Nocken bewegten mechanischen Unterbrecher, eine Transformatorspule zur Heraufumwandlung der niedrigen Spannung der Batterie in die hohe Spannung für die Elektroden der Kerzen, einen mechanischen Verteiler, wie z.B. einen sich drehenden Finger, der die Hochspannung an die verschiedenen Kerzen ύ.^3 Motors liefert, und Vorrichtungen zur Einstellung der Vorzündung besitzt, wie z.B. mit Reguliergewichten versehene Fliehkraftvorrichtungen und Unterdruckvorrichtungen* Im allgemeinen sind der Nocken des Unter-

3 033Ι6/086Λ

■ ■ . 1249838

β» ■ 2 "*

und der Drehfinger um Vtrtt&ltr* mt tin Wtllt »on-

titrt, deren Drehgeaohwindifliilt voi* 4f? des Motor· anhingt, Diese mechanischen «Steuermittel weiatn tint gewiegt Anzahl von WinfeXn wf und besitzen in§beaon4er# nlolftt dit notwendige Genauigkeit und Schnelligkeit t Auaaerde« nutsen eii tiefe aefer ■ . »ehnell ab und sind nicht mit den hohen MotQrdFftwiAleni, wie a_;ie i,i, in den hochg©züchteten Motoren verwendet wtrct·!*! vereinbar verbrauchen ferner eine beträchtliche

Die bisher bekannte Tephnik, achlSlgt wt4teTlnin^ Xtindvorrichtungen »it teilweise elektronischer Steuerung. Y^r₁ 4ie Xm allgemeinen mit Mono-Impulsen oder Multi-Impulaen arbeiten.. In diesen· Fillen wird ein geringer Teil der aufgenommenen Inergie. iw.lildwg der Funken zwischen den Elektroden der Kerben verwe©d,t1»,. Ihr Wirtoingagrad ist c»aher sehr schlecht.

Um die genannten Mängel zu beheben* achligt dl.t eine elektronische Zündvorrichtung fttr BrennliraftÄOitQrejil vor» die wenigstens einen Unterbrecher, dessen Qf&tungs-HUQä (juenz von der Drehgeschwindigkeit des Motors abfein||t„_: ei.n@ zur Umformung der Niederspannung in Hochsnannitng; v^.. einen fer-· teiler für die hohe Spannung an die Kerzen des. Motors; besitzt_t wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichn^ ist ι <tasst sie vieaigstens eine elektronische Vorrichtung zur Unterbre€h«n|| dies friailrkreises der Spule, die zwischen dem Unterbrecher mau der genannten Spule eingebaut ist und die von dem genannten Unterbrecher gelieferten elektrischen Impulse formt , besitzt«

Einem weiteren Merkmal der Erfindung gemä*ss wird die genannte Unterbrechervorrichtung von einem Uni-Vibratorkreis gesteuert, der unmittelbar hinter dem Unterbrecher angeordnet ist.

Nach eiiiem weiteren Merkmal der Erfindung ist der genannte Unterbrecher ein elektionischer Kreis, der einen Signalnehmer, z.B.'einen Phototransistor und einen Schmitt-Trigger besitzt, der definierte oder geeichte Rechteckimpulse liefert, deren Frequenz von der Drehgeschwindigkeit des Motors abha'ngt.

3 0 9 8 16/0-364

_ 3 - ■

Weiteren Merkmalen der Erfindung gemäss besitzt die Zündvorrichtung elektronische Kreise, zur Einstellung der Vorzündung und Verteilung des Stromes an jeden Zylinder des Motors.

Dank der Erfindung entstehen auf diese Weise Zündvorrich- ' tungen, die vollständig elektronisch, oder teilweise mechanisch und teilweise elektronisch aufgebaut sind. Diese Vorrichtungen haben einen ausgezeichneten Wirkungsgrad, verbrauchen wenig Energie und arbeiten zudem bei sehr hohen Motordrehzahlen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben, das sich auf die beigefügten schematischen Zeichnungen bezieht. · .

Fig. 1 stellt in einer Teilansicht eine erfindungsgemässe Vorrichtung dar ;

Fig. 2 zeigt ein Schaltungsschema einer Ausführung der Erfindung, die die in der Fig. 1 dargestellte ergänzt ;

Fig. 3 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung ;

Fig. 4 zeigt ein genaues Schaltbild der in der Fig. 3 dargestellten Vorrichtung ;

Fig. 5 stellt den erfindungsgemässen elektronischen Verteiler schematisch dar ;

Fig. 6 ist eine Detail-Ansicht eines Teiles des in der Fig. 5 dargestellten Verteilers ;

Fig. 7 stellt in einem Teilschnitt eine Einzelheit des Aufbaues einer erfindungsgemässen Vorrichtung dar-.;

Fig. 8A-B, deren Klemmen X, Y jeweils zu'saiiimenzuschalten sind,

zeigen das Gesamtschaltbild einer Vorrichtung zur erfindungssen Zündvoreinstellung ',

309816/Q'8 BA

mm ■ ·

Fig. 9 zeigt die Übertragungscharakteristik eines in der Fig. 8 eingebauten Operationsverstärkers ;

Fig. 1OA-B-C zeigen .verschiedene Impulse, die in der Vorrichtung der Fig. 8 3rzeugt werden ;

Fig.11 veranschaulicht die Regelcharakteristik*der Vorrichtung der Fig. 8 ;

Fig.12 zeigt das Schaltbild einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Leistungsstufe.

Die B¹Ig. 1 stellt eine Schaltung zur Formung der von dem Unterbrecher gelieferten Impulse dar. Diese Schaltung ist einer Spule B und einem mechanischen Veiteiler D der Hochspannung an die Kerzen eines Motors zugeordnet. Die Schaltung besitzt einen

ι ■ ■ ■ ■

Leistungstransistor 1 und einen Steuertransistcr 2, deren Kollektoren mit den Primär-Y/icklungen der Spule über den Dioden 3 und verbunden sind. Die Diode 3 ist am Ausgang der Primär-Wicklung angeordnet, während die Diode 4 so angeschlossen ist, dasc zwischen ihr und der Diode 3 ungefähr ein Zehntel der genannten Primärwicklung liegt.

Der Transistor 1 wird, je nachdem, ob der UnterbVecher geschlossen oder geöffnet is⁴"., gesättigt oder gesperrt. Ist dieser Transistor gesperrt, hat die gebildete Hochspannung die Form einer, gedämpften Sinusschwingung und die Diode 3 übernimmt zusammen mit dem Transistor 1 die Rolle eines vollkommenen Schalters. Diese Massnahme ermöglicht es, die Abschaltzeit des Spulenkreises zu verbessern und die in dem mechanischen Unterbrecher verlorene Energie zu Null zu machen.

Der soeben beschriebene Kreis wird auf einfache Weise von einem mechanischen Unterbrecher mit Hilfe eines Uni-Vibrators entsprechend dem in der Fig. 2 dargestellten Schaltbild gesteuert.

Die Uni-Vibratorschaltung, die die in herkömmlicher V/eise ge-

3 09816/0-8 64

schalteten Transistoren 7 und 8 besitzt, definiert die Dauer der · Impulse, die durch das Offnen und Schliessen des Unterbrechers erzeugt werden. Der Widerstand 11 muas klein sein, damit das Auslösesignal des Uni-Vibrators eine ausreichend geringe Anstiegszeit besitzt und damit ein Minimalstrom in den Unterbrecher 10 geliefert wird, wobei der Kontaktwiderstand des Unterbrechers von dem ihn durchflies senden Strom abhängt. Der Widerstand 12 begrenzt den Entladestrom des Kondensators 13-

Die Arbeitsdauer des Uni-Vibrators beträgt höchstens eine Millisekunde, Dadurch wird ein vollständiges Entladen der Spule B möglich und es bleibt einem Vier-Zylinder-Motor noch eine Zeit von vier Millisekunden bei 6 000 Umdrehungen pro Minute, um die Spule zu belasten.

Ein sehr wesentlicher Vorteil dieser Vorrichtung besteht da- · rin, dass die Zünddauer nicht von dem Abstand der platinierten Schrauben des herkömmlichen, mechanischen Verteilers abhängt. Hinzu kommt, dass die Zener-Diode 14 ein vollständiges Sperren des Transistors 2 ermöglicht, selbst wenn die Sättigungsspannung des Transistors 5 nicht sehr schwach ist. Obwohl die Speisespannung durch die Diode 3 auf 9 Volt geregelt wird, um die Schaltung gegen Parasiten und SpannungsSchwankungen zu schützen, bewahrt ctie Ein-7 heit, die für eine Arbe its spannung von 12 Volt vorgesehen ist, . ihre Eigenschaften in einem Spannungsbereich von 6 bis. zu. 15 VpIt. bei einem Temperaturbereich zwischen -20° bis + 80⁰C, ';- ' . '.

Es ist ferner festzustellen, dass die Diode 4 weggelassen " werden kann und durch einen Widerstand ersetzt werden kann, der zwischen den Kollektor des Transistors 2 und die Niederspannungsversorgung der Spule geschaltet ist, - ·

In der beschriebenen Vorrichtung wird der Unterbrecher von einem sehr schwachen Strom durchflossen und trennt einen Widerstandskreis, wobei er nur die Rolle eines Synchronisators spielt. Indessen bleibt ein Teil der mit dem Unterbrecher verbundenen Mängel bestehen, d.h. die Unsicherheit,des Zündzeitpunktes, das

309818/0*64

Zurückprellen des Unterbrechers, die Verwirrung bei hoher Drehgeschwindigkeit. Um diese Mängel zu'beseitigen, schlägt die Erfindung eine elektronische Synchronisiervorrichtung vor, die den klassischen mechanischen Schalter ersetzt.

Diese Vorrichtung, die teilweise in der Fig· 3 veranschaulich ist, besitzt einen Signalnehmer, der einem Schmitt-Trigger zugeordnet ist, der die vom Signalnehmer gelieferten Impulse formt. Erfindungsgemäss ist der benutzte Signalnehmer ein Photo-Traneistor, z.B. vom Typ BPX 45, dessen wesentliche Eigenschaften sine.

- Detektion im nahen Infrarotbereich und im sichtbaren Spektrum,

- bedeutender Gewinn (Nenngewinn = 5 000),

- Leistung : 400 Milliwatt,

- geringer Raumbedarf,

- kompatible Ansprechzeit,

- farblose Linse, die ihm eine gute Richtwirkung verleiht,

- Arbeitstemperatur : von - 65° bis + 125°C.

In einer Ausführungsart der Erfindung wird der Photo-Transistor durch eine Öffnung in einer mit der den klassischen mechanischen Verteiler antreibenden Achse verbundenen Scheibe von einer 5-Volt Lampe angestrahlt, deren Zuverlässigkeit oberhalb von 100 000 Stunden liegt und die dem "Reiskorn-Flugzeuglampen¹¹ Typus angehört. . , ,

In der Fig. 3 ist die Lampe 20 dargestellt, die periodisch den Photo-Transistor 21 anstrahlt, der mit einer Schaltung 22 verbunden ist, wie einem z.B. mit Hilfe von logischen NAND-Sqhaltungen aufgebauten Schmitt-Trigger, um die Anstiegsflanke der Impulse zu versteuern und den Zündzeitpunkt mit grösserer Genauigkeit festzulegen.

Einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäss, gelangen die von den Schmitt-Trigger ausgehenden Signale an eine Vorrichtung zur Einstellung der Zündung, je nach Drehgeschwindigkeit des Motors.

309816/0-8 64

Das Prinzip dieser Vorrichtung ist in der Fig. 3 dargestellt. Biese EinsteilVorrichtung besitzt in Reihe geschaltete Üni-Vibratoren 23, einen Integrator'24, einen Stromgenerator 25, einen RC-Parallelkreis, einen elektronischen Schalter 26, der mit dem Ausgang des Schmitt-Triggers verbunden ist und einen Trigger 27, der sich auslöst, sobald die Spannung einen bestimmten Schwellwert erreicht hat. " . .

Diese Vorrichtung Obernimmt die Rolle des herkömmlichen , _r Fliehkraftmechanismus zur Zündvoreinstellung, mit der es möglich war, mehr oder weniger gut die Vor zündung je nach Drehgeschwindigkeit des Motors einzustellen.· Im vorliegenden Fall wird die " Zündung anfänglich für die Höchstdrehgeschwindigkeit des Motors eingestellt und die elektronische Einstellvorrichtung ermöglicht es, der Zündung eine gewisse Verzögerung zu verleihen, die von der Abweichung der wirklichen Drehgeschwindigkeit, des Motors und · seiner Höchstgeschwindigkeit abhängt.

Zu diesem Zweck v/erden die vom Schmitt-Trigger gelieferten Impulse von einem Uni-Vibrator 23 geeicht, dann von der Schaltung 24 integriert, sodass eine Spannung entsteht, die der Drehgeschwindigkeit des Motors proportional ist,. dann .von dem-Stromgenerr.. rator 25 so transformiert, dass sie eine grosse Stromstärke erhalten, die von der Drehgeschwindigkeit des Motors abhängt. Die Werte des Widerstandes und der Kapazität R und C v/erden so gewählt, dass die Stromstärke direkt der Drehgeschwindigkeit des Motors proportional ist. Wenn der elektrische Schalter 26 geschlossen ist, ist die Zeit, nach deren Ablauf die Spannung gleich der Schwelispannung für die Auslösung des Triggers 27 ist, eine Funktion von C und R und der Stromstärke, und damit von der Drehgeschwindig-: keit des Motors.

In der.Figc 4 ist eine Ausführungsform der soeben beschriebenen Vorrichtung dargestellt. Diese Vorrichtung besitzt demnach einen Photo-Transistor 21, der als Emitter-Folger geschaltet ist und einen Schmitt-Trigger 22 aus'lögischen Schaltungen und von zwei weiteren logischen Schaltungen, die die Rolle eines zweiten

.3-09 81 B/0*8 6 A

Schmitt-Triggers spielen, gefolgt auslöst, einen Uni-Vibrator 23 in logischer Schaltung und einen integrierten Kreis 24, der zusammen mit dem Kondensator 28 und dem Widerstand 29 als Integrator arbeitet. Am Ausgang des Integrators ist der Stromgenerator 25 angeordnet, de¹" von den Transistoren 30 und 31 gebildet wird, und an dessen Ausgang der Kondensator C und der Widerstand R angeschlossen sind. Der Transistor 32, dessen Basis mit dem Ausgang des Schmitt-Triggers 22 verbunden ist, arbeitet als elektronischer Schalter. Darauf folgt der Trigger 27» dei? von zwei logischen Schaltungen gebildet wird und hinter einem Transistor 33 als Anpassungsschaltung wirkt. Die Schaltung wird am Punkt A mit der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung verbunden.

Auf diese Weise wird hinsichtlich der klassischen Zündung der Unterbrecher und die Fliehkraft-Vorzündungseinstellung von elektronischen Vorrichtungen ersetzt. Einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäss kann der herkömmliche mechanische Verteiler durch ein elektronisches Umschaltsystem ersetzt v/erden, das mit Photo-Transistoren aufgebaut ist, die in der gleichen Weise geschaltet sind wie der die Zündung steuernde Photo-Transistor 21. In der Fig. 5 ist ein derartiges, elektronisches Umschaltsystem dargestellt.

Dieses System besitzt zwei Photo-Transistoren 40, die v/ie vorher als Emitter-Folger geschaltet sind und einen Schmitt-Trigger 41 auslösen, der ein Ausgangssignal P1 (bzw. P2) liefert. Zwischen den die Schmitt-Trigger bildenden logischen Kreisen ist ein Ausgang vorgesehen, um das zu P1 und P2 zugehörige konjugierte Signal abnehmen zu können. Dieser Steuervorrichtung sind Umschaltkreise zugeordnet, deren Anzahl derjenigen der Zylinder des Motors entspricht. Jeder dieser Umschaltkreise besitzt eine Umschalterstufe 42, eine Lei.stungsstufe 43 und eine Spule 44, die direkt mit der Kerze des entsprechenden Zylinders verbunden ist. Jede Umschaltstufe 42 ist in A mit der in der Fig. 4 beschriebenen Vorrichtung verbunden und besitzt zwei logische Kreise, die mit einem ihrer Eingänge an den Ausgängen der Schmitt-Triggers 41 angeschlossen sind, wie die Fig. 5 zeigt.

3 0 9 8 16/0-864

2243838

.. ■ — y —

In der Fig. 6 sind die Leistungsstufe 45 und die Spule 44 .jedes Umschaltkreises genauer dargestellt. Es ist festzustellen, dass nach jeder Umschaltstufe 42 die gleiche bereits in der Fig.1 beschriebene.Vorrichtung verwendet wird*

Der erfindungsgemässe elektronische Verteiler hat die unangenehme Eigenschaft, soviel Umschaltstufen, Leistungsstufen und Spulen zu benötigen, wie Zylinder vorhanden sind, erlaubt es jedoch andererseits, die Zündung von mit hohen Drehzahlen sich drehenden Leistungsmotoren zu verbessern. Mit ihm wird es möglich, längere.Ladezeiten für die Spulen zu erhalten, als dies mit einem herkömmlichen Verteiler möglich ist. Der elektronische Verteiler ermöglicht also eine bessere Zündung und eine bedeutend grössere Gleichmässigkeit. ,.· ... ·

In der Fig. 7 ist eine Einzelheit der erfindungsgemässen Ausführung dargestellt, die den praktischen Aufbau eines Photo-Transistors und seiner ihn anstrahlenden Lampe betrifft,

Der Photo-Transistor 21 ist auf einem teilweise geschnitten .^; nen dargestellten Träger aufgebaut, auf dem ebenfalls die Lampe 20 zum Anleuchten des genannten Photo-Transistors angeordnet ist. Der Träger oder die Halterung 50 ist in Form eines waagerecht' '· ·' · liegenden U ausgeführt. Der Photo-Transistor 21 wird¹*von der ■ '-..' Lampe 20 durch Offnungen 52 in einer Scheibe 53 angestrahlt, die'. zwischen den beiden horizontalen Schenkeln des von dem Träger 50 gebildeten U'-s hindurch verläuft. Die Scheibe 53 ist z..B. fest an der Antriebsachse eines Verteilers und eines herkömmlichen mechanischen Unterbrechers verbunden. In der Scheibe 53 ist" eine An-' zahl von Offnungen 52 vorgesehen, die derjenigen der Zylinder.des Motors entspricht.

Die Photo-Transistoren 40 zur Steuerung des elektronischen erfindungsgemässen Verteilers können auf dem gleichen Träger 50 wie der Photo-Transistor 21 zur Steuerung der Zündung aufgebaut sein. Auf diese Weise kann man eine vollständig elektronische, äusserst kompakte Zündschaltung erhalten, da die drei Photo-

309816/Ό-88Α·

Transistoren und ihre Halterungen in einem Gehäuse untergebracht werden können, das wenig grosser ist als das eines herkömmlichen Delco's.

Die Vorrichtung, deren Schaltbild in der Pig. 8A-B gezeigt ist, wird in die erfindungsgemässe Vorrichtung zur elektrischen Zündung für Brennkraftmotoren eingebaut und hai; die Aufgabe, den Optimalwert der Vorzündung in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors zu bestimmen, und dies nicht nur in Funktion von dessen Eigenschaften, sondern auch unter Berücksichtigung von Betrachtungen, die z.B. die Wirtschaftlichkeit des Brennstoffes und die Zusammensetzung der Auspuffgase hinsichtlich der Luftverschmutzung betreffen. .

Die dargestellte Vorrichtung besitzt im Wesentlichen einen tachometrsichen Wertnehmer T, der von einem opto-elektronischen Transduktor gebildet wird, eine Schaltung V zur Erzeugung eines von der Geschwindigkeit abhängenden Signals, eine Phasensynchronisierschaltung S und eine Impulsgenerat or schaltung zur Erzeugung der Steuerimpulse für die Zündung. Die beiden erstge- * nannten Schaltungen sind in der Fig. 8A, die letztgenannte in der Fig. 8B dargestellt. . . ■

Der tachometridche Wertnehmer T wird von einem Photo-Transistor D¹ und einem zugeordneten Transistor D" gebildet. Die beiden Transistoren bilden eine Darlington-Schaltung, die von der Spannung +U gespeist v/ird und auf eine Last Z arbeitet. Der Photo-Transistor B¹ wird periodisch angeleuchtet und auf diese ·. Weise mit einer Frequenz leitend gemacht, die der Drehgeschwindigkeit N des Motors proportional ist. Das Anleuchten wird z.B. mit Hilfe der in der Fig. 7 dargestellten mit einer perforierten Scheibe versehenen Vorrichtung bewirkt. Ein Signalformkreis F, der an dem Widerstand Z angeschlossen ist, liefert an seinem Ausgang Rechteckimpulse I, deren Folgefrequenz dej* Drehgeschwindigkeit N des Motors proportional ist. Diese Impulse werden einerseits der Schaltung V für das von der Geschwindigkeit abhängende Signal und andererseits der Phasensynchroni si er schaltung zuge-

309816/0*86 4

führt.

Die Schaltung V zur Erzeugung des von der Geschwindigkeit abhängenden Signales besitzt einen Uni-Vibratör U1, der in Antwort auf jeden Impuls I einen Impuls, dessen Amplitude und Dauer genau bestimmt sind _} an die Basis eines Transistors Q1 gibt, dessen Emitter durch einen von der Spannung +U gespeisten Spannungsteiler ΡΊ - P"1 vorgespannt ist, und dessen Kollektor'mit dem Läufer eines Potentiometers P"2 verbunden ist, das mit einem zugeordneten Widerstand P'2 einen zweiten ebenfalls von der Spannung +U gespeisten Spannungsteiler bildet. Der Mittelpunkt dieses Spannungsteilers ist über einen Schutzwiderstand an den Eingang (-) eines Operationsverstärkers A1 angeschlossen, dessen Eingang . (+) von einem dritten ebenfalls von der Spannung +U.gespeisten ' Spannungs-teiler P'3 - P"3 auf einem Potential VO gehalten wird. Der Operationsverstärker A1 ist mit einer Rückkopplungsschleife versehen, die von der Parallelschaltung eines Kondensators C1 und eines Widerstandes R1 gebildet wird. Der Ausgang dieses Verstärkers arbeitet auf eine Integratorschaltung, die von einem ^ Widerstand Z1 und einem Kondensator KI gebildet wird. Die Spannung an den Klemmen des Kondensators K1, die positiv sein muss, wie die Diode D1 symbolisiert, wird auf einen Wert V1 durch eine Begrenzerfachaltung begrenzt, die eine Diode D2 besitzt, die an den Mittelpunkt eines Spannungsteilers gekoppelt ist, der von Widerständen P'4 - P"4 gebildet wird und über eine Diode D3 von der Spannung +U gespeist wird. Die Spannung V-^ an der Ausgangsklemme < X der Schaltung V zur Ermittlung des Geschwindigkeits-abhängenden Signales variiert folglich, gemäss der in der Fig. 2 dargestellten Charakteristik, d.h. ν_χ = VO ~ kN, "bei Ο^ν_χ-νΐ, wobei letztere Spannung diejenige ist, die am Mittelpunkt des Spannungsteilers P«4 - p»4 anliegt. '

Der Phäsensynchrbnisierkreis S besitzt im wesentlichen einen Unikehrer, der von einem Transistor 02 und einer Kollektorlast, die rn.rt der Spannung +U verbunden ist, gebildet wird,, und einen Dämpfer, der aus einem einfachen, Regelwiderstand R besteht, an dessen Klemme über den Ausgang. Y Impulse I¹ abgenommen werden, deren

30981 6/086A

Grosse regelbar ist und deren Dauer mit derjenigen der tachometrischen Impulse identisch ist.

Die an den Klemmen X, Y vorhandenen Signale werden an die Impulsgeneratorschaitung zur Erzeugung der Steuerimpulse für die Zündung, die in der Fig. 8B dargestellt ist, gegeben. Diese Schaltung besitzt im wesentlichen zwei Operationsverstärker A2, A3 de^en (-) und (+)-Eingänge mit den Klemmen X bzw. Y verbunden sind, und von denen jeder eine Rückkopplungsschleife besitzt, die von einem Widerstand R2, R3 in Reihe mit einem Kondensator C2, C3 gebildet wird, wobei die Zeitkonstanten dieser Rückkopplungszweige unterschiedlich sind. Infolgedessen liefern die Operationsverstärker A2, A3 in Antwort, auf jeden tachometrischen Impuls I Impulse 12 bzw. 13» die in den Fig. 1OA, 1OB dargestellt sind. Diese Impulse beginnen zum Zeitpunkt to mit einer steilen Flanke, die mit derjenigen der tachometrischen Impulse I zusammenfällt, steigen dann langsam an, wobei der Anstieg von der Zeitkonstanten C1.R1 bzw. C2.R2 der Rückkopplungsschleife des betroffenen Verstärkers bestimmt wird. Danach v/eisen die Impulse ein gleichbleibendes Niveau auf, das von der Vorspannung VO und der Drehgeschwindigkeit N des Motors abhängt und enden mit einer steilen Flanke, die mit der Rückkehr in den Ruhezustand des Uni-Vibrators UI zusammenfällt. · . X ·^ί;"'. '

Die Impulse 12, 13 werden dem (-)-Eingang der Operationsverstärker A4, A5 zugeführt, deren (+)-Eingänge auf dem gleichen Potential + V_g gehalten werden. Dieses Potential wird durch einen an die Spannung +U angeschlossenen Spannungsteiler P'5 - P"5 eingestellt. Jeder dieser Verstärker A4, A5 ist mit einer •Rückkopplungsschleife versehen, die von einem einfachen Widerstand R4, R5, gebildet wird, und stellt eine Schwellwertschaltung dar, die ausgelöst wird, wenn die an seinem (-)-Eingang anliegende Spannung die an seinem (+)-Eingang herrschende Spannung +V_g überschreitet. Die Verstärker A4, A5 liefern infolgedessen an ihrem Ausgang die Impulse 14, 15, die in den Fig. 10A, 1OB dargestellt sind und die jeweiligen Verzögerungen Q 4, Q 5 bezogen auf den Zeitpunkt to darstellen. Diese Verzögerungen werden durch den Schnittpunkt der

309818/0 864

Schv/ellenspannungslinie +Vg mit den Anstiegsrampen' der Impulse 12, 13 bestimmt. In dem in diesen Figuren veranschaul-chten Fall "besitzt die Flanke des Impulses 15 bezogen auf diejenige des Impulses°"l4 eine Verzögerung At. .

Die Ausgänge der Operationsverstärker A4, A5 sind miteinander Über entsprechende Dioden D4, D5 gleicher Durchlassriehtungen verbunden. Diese Dioden"stellen ein logisches NOR-Gatter dar, mit Hilfe dessen an den von Wider ständen. R.6, R7 gebildeten. Spannungsteiler ein negativer Impuls 16 gegeben wird, dessen Flanke mit derjenigen der Impulse 14, 15 zusammenfällt, die bezogen auf den Zeitpunkt tO die grösste Verzögerung aufweist. Dieser Impuls 16 gelangt an die Basis eines Transistors Q3, dessen Kollektor von der Spannung +U über eine Last Z3 gespeist wird, an deren Klemmen das Äusgangssignal-der" Schaltung 'abgeriqnmien -wird. Dieses Ausgangssignal wird von einem Uni-Vibrator U2 in entsprechende Form gebracht, bevor es den bereits beschriebenen Schaltungen zur Steuerung der Zündung zugeführt wird.

Die Wirkungsweise der beschriebenen und dargestellten Vor- .* richtung zur Festlegung.und Überwachung der Vorzündung entspricht'· der in der Fig. 11 gezeigten Kennlinie :

Wenn der Motor mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Grenzgeschwindigkeit N1 dreht, liegen die tachometrischen Impulse I ausreichend weit auseinander, sodass die an dem Ausgang des Ver- . stärkers A1 vorhandene Spannung durch den Spannungsteiler F'4 - * P"4 auf ihrem Maximalwert VI festgehalten wird. Infolgedessen liefern die Verstärker A2, A3 an ihrem Ausgang Impulse,mit einer Flanke und Konstantwert bezogen auf die Impulse 14, 15, die von den Verstärkern A4, A5 geliefert werden, sodass sie zum Zeitpunkt tO eine Verzögerung Q __„ - Werte aufweisen, die die Vorzündung oL in Motorgraden ausgedrückt zu Null macht.

. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors grosser wird als der Grenzwert N1·, beginnt die Ausgangsspannung Vy des Verstärkers A1 · abzunehmen, sodass die Flanke der Impulse 14, 15, von dem der

Flanke der tachometrischen Impulse I entsprechenden Zeitpunkt/fcO abweicht. Durch die Wirkung der Dioden D4, D5 wird der Transistor Q3 dann zur Leitung gebracht und löst den Ausgangs-Uni-Vibrator U2 in dem Moment aus, wenn die beiden Impulse 14, 15 gemeinsam vorhanden sind. · .

Wegen der unterschiedlichen Zeitkonstanten der Rückkopplungsschleifen der Verstärker A2, A3 und dem Einfluss tier Ausgangsspannung des Verstärkers A1 auf die Form der Impulse .12, 13» kehrt sich die Aufeinanderfolge der Impulse 14, 15 für einen bestimmten Geschwindigkeitswert N3 um, was eine Änderung des Abfalles der Regelkennlinie der Vorrichtung zur Folge hat, wie die Fig.11 zeigt.

Das bedeutet z.B., dass zwischen der Geschwindigkeit NI und der Geschwindigkeit N3 die Verzögerung auf die Zündung Q von ihrem anfänglichen Maximalwert ö „ der Verzögerung Q des Im- ■

max ^w

pulses 15 entsprechend abnimmt, bestimmt durch die Zeitkonstante C3.R3 des Verstärkers A3. Oberhalb dieser Geschwindigkeit N3 nimmt die Verzögerung auf die Zündung entsprechend der Verzögerung Q ^ des Impulses 14 ab, bestimmt durch die Zeitkonstante C2.R2.

Von einer bestimmten Geschwindigkeit N4 ab wird die Höhe der Flanke der beiden Impulse 12, 13 grosser als die Schwellenspannung Vg der Verstärker A4, A5, sodass die Verzögerung Q zu Null wird und infolgedessen die Voreilung auf die Zündung auf ihrem Maximalwert £?C _._„ festgehalten wird.

max . $

Es ist festzustellen, dass alle beschriebenen Schaltungen bezogen auf die Masse von der gleichen Spannung +U gvjpeist werden, die vorteilhaft erweise merklich kleiner als die Spannung der Minimallast der Fahrzeugbatterie gewählt wird und z.B. 5 Volt beträgt.

Die Erfindung betrifft auch^neßferbessevte Leistungsstufe, die in der Fig. 12 beschrieben ist.

Die Bedingungen, die von den Autoherstellern und von den neuen Gesetzen über die Umwelt s verschmutzung durch Auspuff gase ge-

3 0 9 8t6/ 0"8 6 4

stellt werden, bedingen, dass die Zündvorrichtungen äusserst harten Massgaben gerecht sein müssen, die insbesondere die Dauer des Zündfunkeris für die Kerze, den Wert der sehr hohen Spannung, die an diese.Kerze geliefert wird und deren Anstiegszeit betreffen. Um eine möglichst gute Verbrennung zu erhalten, wurden> kritische Werte für die Dauer des Zündfunkens, für den Viert der an die Elektroden der Kerze.gelieferten Spannung und.der Anstiegszeit dieser sehr hohen Zündspannung ermittelt» Diese kritischen Werte sind so, dass die bisher in der Technik vorgeschlagenen Vorrichtungen nicht in der Lage sind, die entsprechenden Auflagen zu erfüllen und diesen Bedingungen gerecht zu werden.

Der -ixi der Fig. 12 dargestellten Abwandlung gemäss wird jede Leistungsstufe, die·der einem ZyIInder zugehörenden Kerze, zugeordnet ist, von einem gemeinsamen Umwandler 101 von Gleich-in Wechselspannung gespeist, der seinerseits von der Batterie 102 des Fahrzeuges gespeist wird.

Ein Brückengleichrichter 103 aus Dioden ist an den Ausgang des Umformers 101 angeschlossen, um aus der von dem Umformer ^:'ge-? · lieferten Wechselspannung eine Gleichspannung' zu bilden. Ein elektrochemischer Kondensator. 104 verbindet den Ausgang .der. .Gleichrichterbrücke 103 mit Masse, und eine Diode 105 in Reihe', mit. einer Induktivität 106 zur Vermeidung von Rückwirkungen auf die Gleich-. richterbrücke verbindet den Ausgang dieser Brücke 103 mit einer^: '. Verzögerungsleitung 107> die eine Pufferschaltung bildet.- Eine Spule 108 verbindet diese Verzögerungsleitung mit einer"in dem' entsprechenden Zylinder eingebauten Kerze 109. · ' '.· "■'

Ein aktives Schaltelement, wie z.B. ein Thyristor 110 ist zwischen der Rückwirkungsblockierinduktivität.106 und der Verzögerungsleitung 107 an Masse geschaltet und verbindet die Lei sbmgsstufe mit einer entsprechenden Umschaltstufe aus logischen Schaltungen, die in der Fig. .12 nicht dargestellt sind. Die Kathode dieses Thyristors ist an Masse gelegt. Seine Anode ist mit der Leistungsstufe verbunden und seine Steuerelektrode mit dem logischen Umschaltkreis. Eine Diode 111, deren Durchlassrich-

• 309 816/086 4 ·" ~ ^;

tung derjenigen des Thyristors 110 entgegen gerichtet ist, ist parallel zu diesem zwischen Masse und der Anode dieses Thyristors geschaltet.

Die in der Fig. 12 beschriebene Leistungsstufe arbeitet ' ■■ ' folgendermassen :

Ein Impuls 112 wird von der zugeordneten Umschaltstufe geliefert und gelangt an die Steuerelektrode 113 des Thyristors. Letzterer wird dadurch leitend und die von dem Umformar 101 gelieferte und in der Verzögerungsleitung 107 gespeicherte Spannung gelangt plötzlich in die Primärwicklung der Spule 108. Die Zeitdauer dieses Vorganges ist genau durch die Verzögerungsleitung 107 festgelegt. Die in die Sekundärwicklung der .Spule;.1O8 indizierte Spannung verursacht zwisehen den Elektroden der Kerze 109 einen Funken, dessen Anstieg sehr steil ist und dessen Dauer bestimmt ist.

Am Ende des Impulses 112 wird der Thyristor 110 gesperrt, wobei die Induktivität 106 den Umformer während der gesamten Dauer des Impulses 112 schützt und so verhindert, dass dieser an Masse gelegt wird.

Die von der Batterie 102 des Fahrzeuges gelieferte Spannung kann z.B. zwischen 7 und 15 Volt variieren, wobei der Gleich-V/echselumwandler 101 an den Ausgang des Brückengleichrichters 103 ₄ eine Spannung in der Grössenordnung von 200 Volt liefert. Die Diode 105 und die Induktivität 106 bilden einen Spannungsverdoppler, "mit dessen Hilfe eine Spannung wenig unterhalb von 400 Volt an dem Eingang der Verzögerungsleitung entsteht, sodass eine sehr hohe Spannung von der Sekundärwicklung der Spule 108 erzeugt werden kann, die für einen Kerzenwiderstand von 50 kilo-ohm bei einer Anstiegszeit unterhalb von 5 Mikrosekunden 15 000 Volt überschreiten kann. Die Dauer des Funkens zwischen den Elektroden der Kerze beträgt mehr als 0,4 Millisekunden, was einer Funkenenergie in der Grössenordnung von 500 Millijoules entspricht, einer Energie die ungefähr 20 Mal grosser ist als die Energien, die mit den bisher in der

309816/0864

Technik bekannten Vorrichtungen erreicht werden können.

Der verwendete Umwandler liefert an die Spule eine verhöltnismässig hohe Gleichspannung, die grosser ist als die Gleichspannung, die üblicherweise an diese Spule gegeben wird. Dadurch werden an den Kerzen Funkenenergien erhältlich, die diejenigen der von den bisher in der Technik verwendeten Vorrichtungen weit überschreiten.

Hinzu kommt, dass die Verwendung der Spule 108 es ermöglicht, die Streuungen und Kapazitäten zu vermindern, wodurch eine sehr enge Kopplung erreicht v/ird und die Eigenschaft bei Drehzahländerungen verbessert v/ird. ·

309816/0*864

Claims

-Ib-

P A T E N T A N S P R U C H-B

1.7- Vorrichtung zur elektronischen Zündung für Brennkraftmotoren, mit wenigstens -einem Unterbrecher, dessen Offnungs-und Schliessfrequenz von der Drehgeschwindigkeit des Motors abhängt, mit einer Spule zur Hochtransformierung der Niederspannung in Hochspannung und mit einem Verteiler für die Hochspannung an die Kerzen des Motors, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine elektronische Trennvorrichtung für den Primärkreis der Spule (B), die zwischen dem unterbrecher utid der genannten Spule (B) angeordnet ist und die von dem genannten Unterbrecher gelieferten elektrischen Impulse formt, besitzt.

2. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

sie eine Uni-Vibrator-Stufe besitzt, die die genannte elektronische Trennvorrichtung steuert.

3. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge-. «

kennzeichnet, dass der genannte Unterbrecher ein elektronischer Kreis ist, der einen Signalnehmer und einen Schmitt-Trigger besitzt, der Rechteckimpulse liefert, deren\"Frequenz von der Drehgeschwindigkeit des Motors abhängt. .:>·:... ',····.

h. - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass · der genannte Signalnehmer ein Photo-Transistor (2t) ist, der * von einer Lampe (20) mit einer Frequenz angestrahlt wird, die von der Drehgeschwindigkeit des Motors abhängt.

5. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine elektronische Vorrichtung zur . Einstellung der Zündung besitzt, die es erlaubt, der Zündung, die anfänglich für die Höchstdrehgeschv/indigkeit des Motors eingestellt ist, eine Verzögerung zu geben, die von dpr Abweichung der wirklichen Geschwindigkeit von der Höchstdrehgeschwindigkeit des Motors abhängt.

309816/0B6A

6. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die

elektronische" Vorrichtung zur Regelung der genannten Zündung eine Reihenschaltung besitzt, die von einer Uni-Vibrator- . ' Stufe (23)ι die von dem genannten elektrischen Unterbrecher gesteuert wird, einer Integratorschaltung (24), einem Stromgenerator (25), einem Schalterkreis (26), der von dem ge- ' •nannten elektronischen· Unterbrecher gesteuert wird, und einem Trigger (27) gebildet wird. . ·

7. - Vorrichtung nach einem· der vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass eine elektronische Schaltung zur Verteilung des Stromes an jeden Zylinder vorgesehen^ ist, die . hinter dem Unterbrecher und der genannten Vorrichtung zur Zündvoreinstellung angeordnet ist und logische Kreise besitzt, ' " deren Anzahl, gleich der der Zylinder ist, wobei jeder der genannten logischen Kreise eine Umschalter,stufe (42.), eine ; Leistungsstufe (43) und eine Transformatorspule (44) besitzt, die die Niederspannung in Hochspannung umspannt und mit einer Kerze eines Zylinders verbunden ist.

8. - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass

die genannten Umschalterstufen (42) von Signalnehmern ge-• steuert werden, die Signale liefern, deren Frequenz von der Drehgeschwindigkeit des Motors abhängt und die z.B;. von Photo-Transistoren (40) gebildet werden, die Schmitt-Triggern (41) zugeordnet sind.,

9. - Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass .die genannten elektronischen Kreise mit Hilfe von integrierten Schaltungen gebildet werden.

10,*- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Vorrichtung zur Voreinstellung· im wesentlichen einen Operationsverstärker (A2 oder A3) besitzt, •dessen zwei Eingänge (+,-) mit einem tachometrisehen Genera- , tor (T), der definierte Rechteckimpulse (i) liefert, deren

309816/0-8 84

Folgefrequenz der Drehgeschwindigkeit (N) des Motors proportional ist, verbunden sind, der erste Eingang (+) durch eine Amplitudenregelschaltung (S) und der zweite durch eine Integratorschaltung, die eine Gleichspannung liefert, die sich in umgekehrtem Sinn in Abhängigkeit von den genannten Impulsen ändert, und dass sie eine Rückkopplungsschleife aufweist, die von einem Widerstand (R2, R3) in Reihe mit einem Kondensator (C2, C3) gebildet wird und den zweiten Eingang des genannten Verstärkers (A2, A3) mit seinem Ausgang verbindet, der seinerseits mit einem Schwellwert - Steuerkreis verbunden ist, der zu jedem von dem tachometrischen Generator (T) gelieferten Impuls einen Impuls zur Steuerung der Zündung erzeugt, der bezogen auf erste'ren eine Verzögerung aufweist, die.um so grosser ist, je kleiner die Geschwindig-■ keit des Motors "ist. ■ " ^:" ■' ' " ."·'■·■ ■ . '

11.- Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zweiten Operationsverstärker (A3 oder A2) besitzt, der mit dem ersten (A2 oder A3) identisch ist und in gleicher Weise geschaltet ist, aber dessen Rückkopplungsschleife eine andere Zeitkonstante aufweist, wobei die Ausgänge der Schwellwertschaltungen, die den beiden Verstärkern (A2, A3) zugeordnet sind, miteinander durch Dioden (D4, D5) verbunden sind, die jeweils in Durchlassrichtung geschaltet sind:··'· ■■ · . .

12.- Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Integratorkreis im wesentlichen einen Ope-" rationsverstärker (A1)' besitzt, der mit einer Rückkopplungsschleife versehen ist, die von einer Parallelschaltung eines Kondensators (C1) und eines Widerstandes (R1) gebildet wird, und von dessen zwei Eingängen (+,-) der erste eine feste· Referenzspannung erhält und der zweite mit dem genannten tachometrischen Generator (T) verbunden ist, wobei der Ausgang dieses Verstärkers-(Ai) mit einem Integr-vtorkreis (7Λ , K1) verbunden ist.

309816/0864

13«- .Vorrichtung nach einen» der Ansprüche 10 "bis 12, dadurch ge- · kennzeichnet, dass ein Begrenzerkreis dem genannten Inte-, gratorkreis (Z1, K1) zugeordnet ist, um den Höchstwert der Ausgangsgleichspannung festzulegen.

14,- Vorrichtung nach einem Ansprüche 10 bis 13» dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Schwellwertsteuerkreis von einem Operationsverstärker (A4 oder A5) gebildet wird, von dessen zwei Eingängen (+,-) der erstere mit einer Schwellwertbezugs-Spannungsquelle verbunden ist und der zweite -einerseits an den Ausgang des ersten genannten Verstärkers (A2 oder A3) geschaltet ist und andererseits mit seinem eigenen Ausgang durch einen Rückkoppelungswiderstand (R2 oder R3) verbunden

15.- Vorrichtung nach Anspruch 14, und jedem beliebigen Anspruch . 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseschwelle der zwei Operationsverstärker (A4, A5) mit der gleichen Bezugsspannungsquelle verbunden ist. '■*''■.

16,- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch'gekennzeichnet, dass sie von einer Spannung gespeist..wird,, die unterhalb der Minimallastspannung der Batterie liegt⁷.; \: ";'·· ■ ·

17.- Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch·*, gekennzeichnet, dass die Leistungsstufen von einem von: der Fahrzeugbatterie gespeisten Herauf umwandler (101).von Gleichin Wechselspannung gespeist werden, dessen Ausgang mit jeder der genannten Spulen über eine Rückwirkungsblockierinduktivität (106) und einer Verzögerungsleitung (107)* die einen .. Pufferkreis bildet, verbunden ist, wobei zwischen der Induktivität (106) und der Verzögerungsleitung (10?) ein aktives Ausgangselement der zugeordneten Umschaltstufe angeschaltet ist.

18,- Vorrichtung nach Anspruch ,17» dadurch gekennzeichnet» dass der genannte Umwandler (101) einen Zweiweg-Brückengleich-

184816/0864 _{0RIGlMAL INSPECTED}

richter (103) besitzt.

19·- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleichrichterelement der genannten Ruckwirkungsblockierinduktivität (106) zugeordnet ist, um , eine Spartnungsverdopplerschaltung zu bilden.

2Π,- Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Spule ein Impulstransformator (108) ist, der e.iuen abgeschirmten magnetischen Eisenkreis und eine Wicklung besitzt, die durch abwechselnde Überlagerung von Primär- und Sekundärscheiben gebildet wird.

21.- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch ge-'/·"·· kennzeichnet, dass das genannte aktive Ausgangs element· der Umschaltstufe einen Thyristor (110) besitzt, dessen Anode mit dem Eingang der genannten Verzögerungsleitung (107) verbunden ist, dessen Kathode an Masse geschaltet ist und dessen Steuerelektrode mit den logischen Kreisen der Umschaltstufe verbunden ist. " ~*

22.- Vorrichtung nach Anspruch 21, daduroh·gekennzeichnet_f dass dem genannten Thyristor (110) eine Diode (111) parallel geschaltet ist, deren Durchlassrichtung derjenige» des Thyristors entgegen gerichtet ist.

309816/0*864

ORJGlNAL INSPECTED