DE2636945C2 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetgenerator - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Zündanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs aus. Bei einer aus der DE-OS 22 61 156 bekannten Zündanlage dieser Art wird beim Beginn einer positiven Spannungshalbwelle im Primärstromkreis der Zündtransistor durch diese Spannung zunächst in den stromleitenden Zustand gesteuert, so daß ein Primärstrom fließt, der im Zündanker des Magnctgencrators ein starkes magnetisches Feld erzeugt. Im Bereich des Schcitelwertes der Spannungshalbwellc gelangt sodann diese Spannung über einen Schwellwertschalter auf einen Steuerschalter, der den Zündtransistor augenblicklich sperrt, wodurch der Primärstrom unterbrochen und folglich ein Hochspannungsimnuls im Sekundärstromkreis des Zündankers erzeugt wird, der an der Zündkerze einen Zündfunken zur Folge hat. Zur Verstellung des Zündzeitpunktes weiden bei dieser bekannten Zündanlage zunächst eine kleinere und nachfolgend eine größere positive Spannungshalbwclle im Primärstromkreis erzeugt. Im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine spricht der Schwellwertschalter zur Auslösung des Zündvorganges nur bei der größeren Spannungshalbwelle an. Da mit zunehmender Drehzahl auch die Spannungen im Primärstromkreis steigen, spricht im oberen Drehzahlbereich der Schwellwertschalter bereits beim Auftreten der vorgelagerten kleineren Spannungshalbwelle an. Der Zündzeitpunkt wird daher bei der sogenannten Sprungdrchz.ahl um einen festen Betrag in Richtung Frühzündung verstellt.

Der Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen, die innerhalb eines großen Drchzahlbereiches unter Last arbeiten, ist bei dieser Zündanlage insbesondere im mittleren Drehzahlbereich ungünstig, da die Zündzcitpunkt-Verstellinic in diesem Bereich sich nicht den Erfordernissen anpassen läßt. Ferner ist nachteilig, daß zur Erzeugung der beiden unterschiedlich hohen Spannungshalhwcllen im Primärsimmkreis zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind.

Mit der vorliegenden Mrfindung wild angestrebt, eine Zündanlage mit einer möglichst stetigen und den Erfor-

dernissen der Brennkraftmaschine anzupassenden Zündzeitpunkt-VersteJlinie zu schaffen, die mit möglichst geringem Aufwand realisierbar ist und die über den gesamten zulässigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zuverlässig arbeitet.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber der bekannten Ausführung den Vorteil, daß zur Verstellung des Zündzeitpunktes für jeden Zündvorgang über den gesamten Drehzah'bereich der Brennkraftmaschine nur eine vom Magnetgenerator zu erzeugende Halbwelle der Primärspannung benötigt wird, wodurch der Aufbau der Zündanlage vereinfacht wurde. Durch die Ansteuerung des Zündtransistors mittels des Schwellwertschalter und dem über diesen Schwellwertschalter an den Primärstromkreis angeschlossenen ersten Zeitglied ist es möglich, durch seine auf die Zündanlage und Brennkraftmaschine abgestimmte Dimensionierung die gewünschte Zündzeitpunkt-Versiellinie zu realisieren.

Aus der DE-OS 24 05 382 ist es zwar bekannt, in der Steuerschaltung einer Zündanlage bei zunehmenden Drehzahlen der Brennkraftmaschine einen Kondensator über einen Stellwiderstand auf eine höhere Spannung aufzuladen, wobei abhängig von seiner Ladespannung ein Schaltelement im Primärstromkreis angesteuert wird. Dort wird jedoch der Kondensator nicht durch die zur Zündung verwendeten positiven Halbwellen tier Primärspannung aufgeladen sondern durch die negativen Halbwellen und es wird dort nicht der Zündzeitpunkt verstellt sondern die Zündung wird durch die Steuerschaltung beim Überschreiten der zulässigen Höchstdrehzahl abgeschaltet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sir.d vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich. So ist es beispielsweise besonders vorteilhaft, wenn der frequenzabhängige Widerstand des ersten Zeitgliedes aus einem ohmschen Widerstand besteht, zu dem ein zweites Zeitglicd parallel geschaltet ist. Ferner ist es zur Anpassung der Zündzeitpunkt-Verstellinie zweckmäßig, wenn eine Z-Diode als Schwellwertschalter verwendet wird, die zwischen dem Kondensator und dem ohmschen Widerstand des ersten Zeitgliedes so angeordnet ist, daß sie anodenseitig mit dem Kondensator und kathodenseitig mit dem Widerstand sowie mit dem zweiten Zeitglied verbunden ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die erfindungsgemäße Zündanlage mit einem Magnetgenerator zur Erzeugung der Zündenergie,

F i g. 2 die Zündzeitpunkt-Verstellinie der Zündanlage nach F i g. 1 und

Fi g. 3 den Verlauf der Primär- und der Steuerspannung im unteren und im oberen Drehzahlbercich der Brennkraftmaschine.

Beschreibung der Erfindung

In F i g. 1 ist das Schaltbild einer Zündanlage für eine Einzylinder-Brennkraftmaschine dargestellt, die von einem Magnetzünder 10 versorgt wird. Der Magnetzünder 10 besteht aus einem umlaufenden Magnetsystem 11 mit einem zwischen zwei Polschuhen angeordneten Dauermagneten 11a am äußeren Umfang eines von der nicht dargestellten Brennkraftmaschine angetriebenen Schwung- oder Lüfterrades. Das Magnetsystem 11 wirkt mit einem am Gehäuse der Brennkraftmaschine angeordneten Zündanker 12 zusammen, der gleichzeitig als Zündspule wirkt und mit einer Primärwicklung I3a und einer Sekundärwicklung 13Z? versehen ist. Die Sekundärwicklung ist über ein Zündkabel 14 mit e.ner Zündkerze 15 der Brennkraftmaschine verbunden. Die Primärwicklung 13a des Zündankers 12 ist an einem Primärstromkreis angeschlossen, in dem als Schaltstrekke ein npn-leitender Zündtransistor 16 angeordnet ist. Der Zündtransistor 16 ist als Darlington-Schalttransisior ausgebildet, dessen Kollektor mit einem auf Masse liegenden linde der Primärwicklung 13a und dessen Emitter über eine Diode 17 mit dem anderen Ende der

2(i Primärwicklung 13;/ verbunden ist. wobei die zum Schutz gegen Inversstrom dienende Diode 17 mit der Schahstrecke des Zündtransistors 16 in gleicher Durchlaßrichtung gepolt ist. Zum Schutz des Zündtransistors 16 gegen zu hohe Spannungen ist seine Schaltstrecke von einer Z-Diode 18 überbrückt. Die Basis des Zündtransistors IG ist über einen Widerstand 19 mit seinem Kollektor verbunden. Die aus Basis-Emitter gebildete Steuerstrecke des Zündtransistors 16 ist mit einer Steuerschaltung verbunden, deren Steuerschalter als npn-

jo leitender Steuertransistor 20 zur Steuerstrecke des Zündtransistors 16 parallel geschaltet ist. Die Basis des Steuertransistors 20 ist über einen Widerstand 21 an einen parallel zur Primärwicklung 13a liegenden Schaltungszweig der Steuerschaltung angeschlossen, der eine

J5 als Schwellwertschalter dienende Z-Diode 22 enthält.

Dieser Schaltungszweig der Steuerschaltung enthält ferner zur drehzahlabhängigen Verstellung des Zündzeitpunktes ein erstes Zcitglied. in dem ein zweites Zcitglied angeordnet ist. Das erste Zeilglied wird aus einem Reihen-/?C mit einem Kondensator 24 und einem frequenzabhängigen Widerstand gebildet. Er besteht aus einem ohmschen Widerstand 23. zu dem das /weite Zcilglied parallel geschaltet ist. Die Z-Diode 22 ist zwischen dem ohmschen Widerstand 23 und dem Konden-

4¹) sator 24 dieses ersten Zeitgliedes angeordnet, indem sie anodenseitig mit dem Kondensator 24 und kathodenseitig mit dem Widerstand 23 verbunden ist. Der andere Anschluß des Widerstandes 23 ist mit dem auf Masse liegenden Ende der Primärwicklung 13a verbunden; der andere Anschluß des Kondensators 24 ist mit dem anderen Ende der Primärwicklung 13a verbunden. Das zweite zu dem Widerstand 23 parallel geschal'ete Zeitglied besteht ebenfalls aus einem Reihen-/?C mit einem Widerstand 25 und einem Kondensator 26. Zwischen dem Widerstand 25 und dem Kondensator 26 dieses zweiten Zeitgliedes ist ein weiterer Schaltungszweig angeschlossen, der zu dem Ende der Primärwicklung 13c des Zündankers 12 führt, mit dem auch der eine Anschluß des Kondensators 24 des ersten Zeitgliedes verbunden ist.

In diesem Schaltungszweig liegt ein Widerstand 27 und eine dazu in Reihe geschaltete Diode 28 sowie die Diode 17. Der Kondensator 24 des ersten Zeitgliedes ist von einer Diode 29 überbrückt, die anodenseitig mit dem nicht auf Masse liegenden Ende der Primärwicklung 13a

h5 verbunden ist. Die Primärwicklung 13;i des Zündankers 12 ist ferner von einer Reihenschaltung aus einem Widerstand 30 und einer Diode 31 überbrückt, die im Zündzeitpunkt von der Primäispannung in Sperrich-

tung beansprucht ist. Dieser Schaltungszwcig dient zur Bedämpfung der Spannungshalbwellen des Magnetzünders tO, die nicht zur Zündung benötigt werden. Die Bedämpfung dieser Spannungshnlbwellcn kann durch eine Einstellung am Widerstand 30 bzw. durch eine geeignete Wahl eines oder mehrerer Widerstünde anstelle des Widerstandes 30 beeinflußt werden. Die Bedämpfung verhindert eine unerwünschte Aufladung des Kondensators 26 durch die negativen Spannungshalbwellen. Die Fig.2 zeigt die gewünschte Zündzeitpunkt-Verstellinie über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine. Bei Leerlauf soll der Zündzeitpunkt im Hinblick auf Abgasbestimmungen und eines stabilen Leerlaufverhaltens 20° Kurbelwellendrehung vor dem oberen Totpunkt (OT)des Kolbens liejen (g· = +20°). Mit zunehmender Drehzahl soil der Zündzeitpunkt im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine kontinuierlich in Richtung Frühzündung verstellt werden und im oberen Drehzahlbercich bis max. 28° Kurbelwellendrehung vor dem oberen Totpunkt liegen (₉> = + 28°).

Die Realisierung dieser Zündzeitpunkt-Verstelhnie wird durch die Zündanlage nach F i g. 1 möglich, deren Funktion im folgenden näher erläutert wird.

F i g. 3 zeigt den Verlauf der Primärspannung Up, des Primärstromes Ip und der Steuerspannung Us am Kondensator 24 für den unteren und für den oberen Drehzahlbcreich der Brennkraftmaschine. Auf den Zeitachsen ωι I und tot 2 bei 1000 min-' und auf den Zeitachsen ωΐ3 und (üt4 bei 8000min-'. Für die in Fig.3 dargestellten Spannungsverläufe gilt als Bezugspunkt das nicht auf Masse liegende Ende der Primärwicklung 13a. Mit dem Anlaßvorgang wird das Magnetsystem 11 in Pfeilrichtung gedreht und durch das Vorbeibewegen des Dauermagneten lla an dem E-förmigen Eisenkern des Zündankers 12 in den Wicklungen 13a und 136 zunächst eine negative, dann eine positive und anschließend erneut eine negative Spannungshalbwelle induziert. Die beiden negativen Halbwellen werden über die Diode 31 und den Widerstand 30 gedämpft. Bei diesen Halbwcllen ist der Kondensator 24 durch die in Durchlaßrichtung gepolte Diode 29 überbrückt, so daß er lediglich auf die Schwellspannung dieser Diode 29 aufgeladen wird. Die beiden Transistoren 16 und 20 bleiben gesperrt. Beim Beginn der positiven Spannungshalbwelle der Primärspannung Up gelangt diese zunächst über den Widerstand 19 zur Basis des Zündtransistors 16 und steuert diesen in den stromleitenden Zustand um. Nunmehr kann über die Schaltstrecke des Zündiransistors 16 der Primärstrom Ip fließen. Erreicht die Primärspannung Up den Schwellwert von ca. 4 V an der Z-Diode 22. s"o wird diese stromleitend und es beginnt ein Steuerstrom über die Widerstände 23 und 25 zu fließen, der die Kondensatoren 24 bzw. 26 auflädt; dabei fließt ein Teil des Steuerstromes im Widerstand 25 über den Widerstand 27 und die Diode 28 ab. Zum Zündzeitpunkt Zzp erreicht die Steuerspannung Us am Kondensator 24 die Ansprechspannung Ua des Steuertransistors 20, dessen Basis über den Widerstand 21 mit dem Kondensator verbunden ist. Der Steuertransistor 20 wird damit in den stromleitenden Zustand gesteuert und seine Schaltstrecke überbrückt nunmehr die Steuerstrecke des Zündtransistors 16. so daß dieser augenblicklich gespern wird. Der Primärsirom Ip wird dadurch schlagartig unterbrochen. Dadurch werden in der Primärwicklung 13a sowie in der Sekundärwicklung 13b Spannungsimpulse induziert. Der Hochspannungsimpuls in der Sekundärwicklung 13fc erzeugt dabei an der Zündkerze 14 einen Zündfunken. Da der Widerstand 21 an der Basis des Steuertransistors 20 die Entladung des Kondensators 24 verzögert und da ferner der in der Primärwicklung 13a auftretende Spannungsimpuls auch über die Z-Diode 22 auf die Basis des Steuertransistors 20 gelangt, wird sichergestellt, daß der Zündtransistor 16 während des gesamten Zündvorganges im Sperrzustand bleibt, indem seine Steuerstrecke von der stromlcitcnden Schaltstrecke des Steuertransistors 20 überiη brückt ist. Der Spannungsimpuls wird außerdem durch die Z-Diode 18 auf ca. 300 V begrenzt.

Wie aus F i g. 3 erkennbar ist. sind die Spannungshalbwellen der Primärspannung Up bei 8000 Umdrehungen pro Minute wesentlich höher als bei 2000 Umdrehungen pro Minute und demzufolge erhöht sich auch während der negativen Spannungshalbweüen der Primärstrom Ip. Die Steuerspannung Us am Kondensator 24 bleibt dagegen während der negativen Spannungshalbwellen über den gesamten Drehzahlbereich gleich, da sie durch die Schwellspannung der Diode 29 festgelegt ist. Die positive Spannungshalbwelle der Primärspannung Ut ist bei der vorliegenden Schaltung maßgebend für die Verstellung des Zündzeilpunktes gemäß der Kennlinie nach F i g. 2. Die Zündzeitpunktverstellung wird da- >5 durch erreicht, daß mit zunehmender Drehzahl die Frequenz zunimmt und damit der komplexe Widerstand der beiden /?C'-Glieder abnimmt. Da das zweite RC-Glied zum ohmschen Widerstand 23 parallel geschaltet ist, wird folglich der frequenzabhängige Widerstand für ω den Kondensator 24 des ersten /?C-Gliedes mit zunehmender Drehzahl herabgesetzt. Das hat zur Folge, daß beim Überschreiten der Zenerspannung Uz der Kondensator 24 mit zunehmender Drehzahl schneller aufgeladen wird, wodurch die Ansprechspannung Ua des j5 Steuertransistors 20 frühzeitiger erreicht wird. Der Zündtransistor 16 wird durch den Steuertransistor 20 nunmehr früher in den Sperrzustand umgeschaltet und folglich wird gemäß F i g. 3 der Zündzeitpunkt Zzp um den Verstellwinkel φ in Richtung Frühzündung verschoben.

Um den Beginn der Zündzeitpunkt-Verstellung besser bestimmen zu können, wird die am Kondensator 26 des zweiten /?C-Gliedes wirksame Spannung durch den Widerstand 27 herabgesetzt, der zusammen mit dem Widerstand 25 einen Spannungsteiler bildet. Das Teilerverhältnis dieses Spannungsteilers mit den Widerständen 25 und 27 ist etwa 5 zu 1.

Die Steilheit der in Fig.2 dargestellten Zündzeitpunkt- Vcrstellinie läßt sich durch eine entsprechende Abstimmung der Kondensatoren 24 und 26 sowie der Widerstände 23, 25 und 27 beeinflussen. Im vorliegenden Austührungsbeispiei hat der Kondensator 24 eine Kapazität von 0,68 μF und der Kondensator 26 hat 0,33 μΡ. Der Widerstand 23 hat einen Wert von 1,2 V.O. und der Wert des Widerstandes 25 beträgt 820 Ohm. Die Ansteuerung des Steuertransistors 20 läßt sich während des Zündvorganges noch dadurch verbessern, daß ein Widerstand 32 von ca. 150 Ohm - wie in Fig.l gestrichelt angedeutet - mit dem Kondensator 24 in Reihe geschaltet ist, in dem die Induktionsspannung beim Zündvorgang an ihm einen Spannungsabfall erzeugt, der den Steuertransistor 20 im stromleitenden

Zustand hält. .

Um den Temperaturgang der Bauelemente im Hmt,5 blick auf die Zündzeitpunkt-Verstellung zu kompensieren wird ein /vTC-Widerstand 33 von etwa 1 kn bei Raumtemperatur zu dem Widerstand 27 des am zweiten Zcitglied angeschlossenen Schaltungszweiges parallel-

geschaltet, wie dies in F i g. 1 gestrichelt angedeutet ist.

Schließlich ist noch ein weiterer Widerstand 34 in
F i g. 1 gestrichelt eingezeichnet, der zur Herabsetzung
der Startdrehzahl der Brennkraftmaschine zu der Z-Diode 22 parallelgeschaltet ist und der bei Leerlaufdrehzahl eine ausreichende Aufladung des Kondensators 24 zur Ansteuerung des Steuertransistors 20 gewährleistet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen iu

15

20

25

JO

35

50

55

bO

65

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen, mit einem Magnetgenerator, der einen Zündanker auf- ■> weist, welcher mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, umlaufenden Magnetsystem zusammenwirkt und an dessen einer Wicklung der Primärstromkreis einer Zündspule angeschlossen ist. deren Sekundärwicklung mit mindestens einer ι ο Zündkerze verbunden ist und wobei im Primärstromkreis ein elektronisches Schaltelement angeordnet ist, das durch eine Steuerschaltung /um Zündzeitpunkt vom stromleitenden Zustand in den Spen zustand gelangt, indem die Spannung im Primärstromkrcis über einen parallel zur Wicklung des Zündankers liegenden SchaltUiigs/weig um einem Schwellwertschalter und einem daran angeschlossenen Steuerschalter auf das Schaltelement im Primärstromkreis einwirkt, dadurch g c k c η η ζ e i c h net. daß zur drehzahlabhängigen Verstellung des Zünd/.eitpunktes (Z/p) in dem den Schwellwertschalter (22) enthaltenden Schaliungszwcig /ur Ansteuerung des Steuerschalters (20) ein erstes Zeitglied (23, 24. 25, 26) angeordnet ist, das aus einem Kondensator (24) und einem dazu in Reihe geschalteten frequenzabhängigen Widerstand (23, 25, 26) besteht, dessen Wert mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine abnimmt.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn- jo zeichnet, daß zu einem ohmsehen Widerstand (23) des ersten Zcitgliedes (23, 24, 25, 26) ein zweites Zeilglied (25,26) parallel geschaltet ist.

3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Schwellwertschalter dienende r> Z-Diode (22) mit dem Kondensator (24) des ersten Zeitgliedes (23, 24,25, 26) anodcnscitig und mit dem ohmschen Widerstand (23) sowie mit dem zweiten Zeitglied (25,26) kaihodenseitig verbunden ist.

4. Zündanlage nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (24) des ersten Zeitgliedes (23, 24, 25, 26) von einer Diode (29) überbrückt ist. die kathodenseitig an den mit der Z-Diode (22) verbundenen Kondensaloransehluß angeschlossen ist. 4">

5. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zeitglied (25,26) als Reihen-RCausgebildet ist.

6. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Widerstand (25) und dem Kondensator (26) des zweiten Zeitgliedes ein weiterer Schaltungszweig mit einem Widerstand (27) und mindestens einer dazu in Reihe geschalteten Diode (28) angeschlossen ist, dessen Widerstand (27) mit dem Widerstand (25) des zweiten Zeitglicdcs ei- π nen Spannungsteiler bildet, der parallel zur Wicklung (13J^dcs Zündankers (12) liegt.

7. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (ii:i) des Zündankers (12) von einer Reihenschaltung aus mi mindestens einen Widerstand (30) und einer Diode (31) überbrückt ist, die von den zur Zündung nicht benötigten Spannungshalbwellcn des Zündankers (12) in Durchlaßrichtung beansprucht ist.

S Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprü- ir> clic, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (24) des ersten Zoilgliedes (23. 24, 25, 2b) zur Steuerstrecke eines als Steuerschalter (20) dienenden npnlcitenden Transistors parallel geschaltet ist. dessen Schaltstrccke zur Steuerstrecke eines das Schaltelement (16) im Primärstromkreis bildenden ημη-leitenden Darlingion-Transistors parallel liegt

9. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (24) des ersten Zeitgliedes mit einem weiteren zu ihm in Reihe geschalteten Widerstand (32) parallel zur Steuerstrecke des Steuerschalters (20) angeordnet ist.

10. Zündanlage nach Anspruch 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Steuertransistors (20) über einen Widerstand (21) mit dem Anodenanschluß der Z-Diode (22) verbunden ist

11. Zündanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Widerstand (27) des am zweiten Zeitglied (25, 26) angeschlossenen Schaltungszweigen ein temperaturabhängiger Widerstand (33) parallel geschaltet ist

12. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Schwellwertschalter (22) ein Widerstand (34) parallel geschaltet ist.