DE2703431C2

DE2703431C2 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2703431C2
Application number: DE2703431A
Authority: DE
Inventors: Günter 7135 Pinache Gräther; Friedrich Dipl.-Ing. 7141 Schwieberdingen Rabus
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-01-28
Filing date: 1977-01-28
Publication date: 1986-09-18
Also published as: JPS5395440A; DE2703431A1; JPS6125909B2; FR2378955A1; GB1589195A; US4173962A

Description

größer ist als die Ladequote, wobei (A)o die Beschleunigung, k die Anzahl der Zylinder und no die Drehzahl einer Brennkraftmaschine ist, und wobei für diesen Faktor der größtmöglichste, auftretende Wert über den vorkommenden Drehzahl- und Beschleunigungsbereich einzusetzen ist.

4. Zündanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Primärstromkreis der Zündspule (25) eine an sich bekannte Strombegrenzungsvorrichtung (27) zugeordnet ist.

5. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung zur verstärkten Entladung eine weitere Entladequelle (19) der Entladequelle (17) parallel geschaltet ist

6. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung als Kondensator (15) und die Quellen als Stromquellen (14,17,19) ausgebildet sind.

7. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung als digitaler Zähler (30) und die Quellen als Taktfrequenzgeneratoren (33 bzw. 37, 38) ausgebildet sind.

8. Zündanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung zur verstärkten Entladung ein Taktfrequenzgenerator (37) mit einer höheren Frequenz vorgesehen ist und daß durch eine logische Verknüpfungsschaltung (34 bis 36) alternativ diese höhere Frequenz und die Frequenz der Entladequelle (38) dem Zähler (30) zugeführt sind.

9. Zündanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Entladequelle eine mit dem Taktfrequenzgenerator (37) für die verstärkte Entladung verbundene Frequenzuntersetzerstufe (38) vorgesehen ist.

10. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Standzeit des Zeitglieds (18) in Abhängigkeit der Versorgungsspannung gesteuert wird.

!Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 24 24 896 ist bereits eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen bekannt geworden, die eine in der elektronischen Steuereinrichtung vorgesehene Ladequelle zur Aufladung einer Speichervorrichtung während eines Gebersignals aufweist sowie eine Entladequelle, die die Speichervorrichtung während der Zeit zwischen zwei Gebersignalen entlädt. Während des Emlacievorganges der Speichervorrichtung ist es dabei möglich, bei einer vorgegebenen Schwelle den elektrischen Schalter im Primärstromkreis der Zündspule in den stromleitenden Zustand zu versetzen. Dadurch wird es möglich, den Schließwinkel der Drehzahl anzupassen.

Weiterhin zeigt die DE-OS 24 54 505 ein transistorisiertes Batteriezündsyst-im für Brennkraftmaschinen, mit dem es möglich ist, die Einschaltdauer für den Strom in der Primärwicklung der Zündspule in etwa konstant zu halten. Hierbei wird jedoch eine relativ lange Zeit gewählt, so daß auch bei einem Absinken der Einschaltdauer im Bereich hoher Drehzahlen ein ausreichender Stromanstieg zum Betrieb für die Zündanlage zur Verfügung steht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erlindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Schließwinkel-Steuervorrichtungen so zu verbessern, daß nach dem Erreichen des Stromsollwerts in der Zündspule noch eine in Abhängigke^. von der Drehzahl stehende kurze zeitliche Reserve vorgesehen ist, die die Leistungsbilanz der Zündanlage nicht belastet jedoch dalür sorgt, daß auch bei Beschleunigungsvorgängen trotz der verspäteten Drehzahlinformation noch ein Erreichen des Sollwerts gewährleistet.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die Ladezeit nach Erreichen des Sollwertes stark reduzierbar ist, so daß einerseits der Stromsollwe;*t auch bei Beschleunigungsvorgängen sicher erreicht wird und andererseits die Stromaufnahme der Zündanlage minimisiert ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich. Besonders vorteilhaft ist, dem Primärstromkreis der Zündspule eine an sich bekannte Strombegrenzungsvorrichtung zuzuordnen und die Entladequote der Entladequelle um einen Faktor größer als die Ladequote festzusetzen, der in der Größenordnung kleiner als 5% ist. Durch die Strombegrenzung während der Reserveladezeit können zusätzliche Verluste reduziert, der Schalttransistor geschützt sowie eine konstante Zündenergie erreicht werden.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, die erfindungsgemäße Zündanlage digital auszuführen, in dem die Speichervorrichtung als digitales Zählmittel und die

Quellen als Taktfrequenzgeneratoren ausgebildet werden. Durch die digitale Lösung ist eine besonders exakte Minimisierung der Reserveladezeit möglich.

Zeichnung

Zwei AusführungsbeispieJe der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuterL Es zeigen F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in analoger Ausführung, Fig.2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise und F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in digiteler Ausführung.

Beschreibung der Erfindung

Bei dein, in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine vorzugsweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundene Geberanordnung 10 mit einer vorzugsweise als Schmitt-Trigger ausgebildeten Impulsformerstufe 11 verbunden. Der Geber 10 ht in der Darstellung als induktiver Geber ausgebildet, jedoch ist z. B. auch eine Ausführung als Unterbrecherkontakt, als Hall-Geber oder als optischer Geber möglich. Entscheidend dabei ist, daß der Geber eine Signalfolge mit einem bestimmten Tastverhältnis abgibt Dies ist äquivalent und durch Einzelimpulse des Gebers möglich, die z. B. eine bistabile Schaltstufe betätigen. In der Geberanordnung 10 kann in bekannter Weise eine mechanische oder elektronische Vorrichtung vorgesehen sein, durch die Gebersignale in Abhängigkeit der Drehzahl oder sonstiger Parameter verschoben werden können. Eine solche Zündwinkelverstellvorrichtung kann in bekannter Weise auch hinter die Impulsformerstufe geschaltet sein.

Der Ausgang der impuisformerstufe ii ist über eine Klemme 12 mit dem Steuereingang einer Ladestromquelle 13 verbunden, durch den diese Ladestromquelle 13 in Abhängigkeit des anliegenden Signals an- oder abgeschaltet werden kann. Die Ladestromquelle 13 ist zwischen eine Klemme 14, die mit dem positiven Pol einer Versorgungsspannung verbunden ist, und einen als Speichervorrichtung dienenden Kondensator 15 geschaltet, dessen zweiter Anschluß an Masse liegt. Die Klemme 12 Ht weiterhin über einen Inserter 16 an einen entsprechenden Steuereingang einer ersten Entladestromquelle 17 geschaltet, die ihrerseits parallel zum Kondensator 15 liegt. Der Ausgang des Inverters 16 ist weiterhin über ein vorzugsweise als monostabile Schaltstufe ausgebildetes Zeitglied 18 mit einem entsprechenden Steuereingang einer zweiten Entladestromquelle 19 verbunden, die ebenfalls parallel zum Kondensator 15 liegt. Die Klemme 14 ist an einem Steuereingang des Zeitglieds 18 angeschlossen, über dem die Standzeit des Zeitglieds in Abhängigkeit der Versorgungsspannung gesteuert wird.

Der Verknüpfungspunkt des Kondensators 15 mit den Stromquellen 13, 17, 19 ist über eine Schwellwertstufe 20 mit einem Eingang eines UND-Gatters 21 verbunden, dessen zweiter Eingang an den Ausgang des Inverters 16 angeschlossen ist. Der Ausgang des UND-Gatters 21 ist über eine Klemme 22 mit dem Eingang einer bekannten Zündanlage 23 verbunden. Dabei ist die Klemme 22 mit dem Steuereingang eines elektrischen Schalters 24 verbunden, der vorzugsweise als steuerbarer Halbleiterschalter, insbesondere als Transistor, ausgebildet ist. Die Klemme 14 ist über die Reihenschaltung der Primärwicklung einer Zündspule 25 mit der Schaltstrecke des Transistors 24 und mit einer als Widerstand ausgebildeten Strommeßvorrichtung 26 an Masse angeschlossen. Die Klemme 22 ist über eine Strombegrenzungsvorrichtung 27 mit der Strommeßvorrichtung 26 verbunden. Eine solche Anordnung ist aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt. Die mit einem Anschluß an der Primärwicklung liegende Sekundärwicklung der Zündspule 25 ist mit ihrem zweiten Anschluß über eine Zündstrecke 28 an

ίο Masse angeschlossen. Diese Zündstrecke 28 ist bei einer Brennkraftmaschine üblicherweise als Zündkerze ausgebildet Bei mehreren Zündkerzen kann in bekannter Weise ein Hochspannungsverteiler vorgesehen sein. Die Wirkungsweise des in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand des in F i g. 2 dargestellten Signaldiagramms erläutert werden. Zunächst seien die in der Digitaltechnik gebräuchlichen Ausdrücke 1-Signal und 0-Signal eingeführt Dabei entspricht einem 1-Signal ein Potential, das in der Größen-Ordnung des Potentials der Versorgiwsspannung liegt und ein 0-Signal einem Potential, das ungefähr dem Massepotential entspricht

Durch die Geberanordnung 10 wird in Abhängigkeit von der Drehzahl einer sie antreibenden Welle eine Signalfolgc mit einem bestimmten Tastverhältnis erzeugt Diese Signalfolge wird durch die Impulsformerstufe 11 in Rechtecksignale A umgewandelt Durch ein solches Rechtecksignal wird die Ladestromquelle 13 eingeschaltet und der Kondensator 15 lädt sich auf. Die Kondensatorspannung ist im Diagramm als Spannungsverlauf B dargestellt Während des Ladevorgangs sind die Entladestromquellen 17, 19 über den Inverter 16 gesperrt Am Signalende eines Signals A wird die Ladestromquelle 13 ausgeschaltet und einmal über den Inverter 16 die erste Entladestromquelle 17 eingeschaltet, sowie das Zeitglied 18 ausgelöst Am Ausgang dieses Zeitglieds 18 liegt während der Dauer seiner Standzeit ein Signal C an, während dessen die zweite Entladestromquelie 19 eingeschaltet ist. Somit entladen während der Dauer des Signals C beide Entladestromquellen 17, 19 den Kondensator 15. Ab dem Signalende des Signals C wird d: zweite Entladestromquelle 19 ausgeschaltet, und der Entladevorgang erfolgt nur noch über die Entladestromquelle 17. Dies wirkt sich als flachere Entladekennlinie aus. Ist der Kondensator 15 entladen, bzw. sinkt sein Ladezustand unter eine bestimmte Schwelle, die z. B. sehr klein sein kann, so entsteht am Ausgang der Schwellwertstufe 20 ein 1-Signal. Da zu dieser Zeit am Ausgang des Inverters 16 ebenfalls ein 1-Signal anliegt wird über das UND-Gatter 21, an dessen Ausgang nunmehr das Signal D anliegt, der Transistor 24 in seinen stromleitenden Zustand gesteuert. Es beginnt ein Sti omanstieg / im Primärstromkreis der Zündspule 25. Unter der Voraussetzung einer konstanten Versorgungsspannung erreicht der Strom / nach einer bestimmten Zeit seinen Sollwert /5. Ab diesem Sollwert Js wird der durch die Strommeßvorrichtung 26 gemessene Strom durch die St-ombegrenzungsvorrichtung 27 begrenzt und konstant gehalten. Zu Beginn eines neuen Signales A wird der Transistor 24 gesperrt und dadurch in bekannter Weise ein Zündfunke an der ilündstrecke 28 ausgelöst

Um den Einfluß von Versorgungsspannungsschwankungen auszugleichen greift diese Versorgungsspannung in die Standzeit des Zeitglieds 18 über die Klemme 14 ein und bewirkt eine spannungsabhängige Standzeit Dies bedeutet bei sinkender Versorgungsspannung eine Verlängerung der Standzeit

Statt eine gesonderte Schwellwertstufe 20 vorzusehen kann auch der Eingangsschwellwert des UND-Gatters 21, das hier z. B. einen inversen Eingang aufweisen müßte, zur Erkennung der Entladung des Kondensators 15 herangezogen werden. Weiterhin kann in einem einfachen Ausführungsbeispiel auch die Steuerung der Standzeit des Zeitglieds 18 sowie die Strombegrenzungsvorrichtung 27 entfallen.

Die Schließzeit is setzt sich aus der Stromanstiegszeit ta bis zum Erreichen des Sollwerts Is und der Reservezeit tr zusammen, während der bei Vorhandensein einer Strombegrenzungsvorrichtung 27 der Strom konstant gehalten wird, ta ist eine nahezu konstante Ladezeit, die z. B. 300 μ5 beträgt, und über den gesamten Drehzahlbereich konstant gehalten werden sollte. Da bei einem Beschleunigungsvorgang das nächste Signal A früher kommt dient die Reservezeit tr dazu, mindestens die Anstiegszeit ta auch bei der höchstmöglichen Beschleunigung noch unverkürzt zu erhalten. Unter dieser Voraussetzung hängt ir nach der Beziehung

fr= (A)₀I(I? ■ no³)

von der Motordrehzahl ab. No ist dabei die jeweilige Motordrehzahl, (ή)ο die konstante Motorbeschleunigung und k die Anzahl der Zylinder. Als prozentuale Abweichung von Marke zu Marke folgt

tr ₌ (/i)₀

für das Beispiel no = 2000 U/min · s, k = 6, no = 1000 U/min ergibt dies einen Wert von 2% oder tr = 200 μ5. Da die prozentuale Abweichung von Marke zu Marke mit no wegen \/ng² überproportional kleiner wird, könnten — sofern der Anlaflbereich ausgeschlossen wird — ohne Zündverzug bei Beschleunigung tr = const » 200 μ5 bei der Festlegung der Schließzeit berücksichtigt werden. Bei hoher Drehzahl (z. B. 6000 U/ min) würde die Zeit 200 U5 jedoch einem Stromeinschaltverhäknis von 12% und damit einem erheblichen Leistungsverlust entsprechen. In der erfindungsgemäßen Anordnung wurde daher statt einer festen Zeit der größtmögliche Prozentsatz für die prozentuale Abweichung von Marke zu Marke berücksichtigt und dieser Prozentsatz unabhängig von der Drehzahl konstant berücksichtigt Ein Durchschnittswert errechnet sich zu ungefähr 2%. Diese Methode und Schaltungsrealisierung hat den Vorteil, daß die komplizierte Funktion ϊ/πο² nicht realisiert werden muß.

Bei dem in F i g. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiei ist die analoge Schaltungsanordnung zwischen den Klemmen 12 und 22 durch eine digitale Schaltungsanordnung ersetzt

Dabei ist die Klemme 12 mit dem Vorzeicheneingang U/D eines digitalen Zählers 30 verbunden. Weiterhin ist die Klemme 12 über ein UND-Gatter 31 mit einem Eingang eines ODER-Gatters 32 verbunden, dessen Ausgang an den Takteingang C des Zählers 30 angeschlossen ist Einem weiteren Eingang des UND-Gatters 31 ist die Taktfrequenz eines ersten Taktgenerators 33 zugeführt Weiterhin ist die Klemme 12 über den inverter 16 mit jeweils einem Eingang zweier UND-Gatters 34, 35 verbunden, deren Ausgänge an weitere Eingänge des ODER-Gatters 32 angeschlossen sind. Weiterhin ist der Ausgang des Inverters 16 über das Zeitglied 18 mit einem weiteren Eingang des UND-Gatters 34 verbunden. Der Ausgang des Zeitglieds 18 ist über einen zweiten Inverter 36 an einen weiteren Eingang des UND-Gatters 35 angeschlossen. Ein weiterer Taktfrequenzgenerator 37 ist einmal an einen weiteren Eingang des UND-Gatters 34 und zum anderen über eine Frequenzuntersetzerstufe 38 an einen weiteren Eingang des UND-Gatters 35 angeschlossen. Die Zahlenausgänge des Zählers 30 sind über eine als NOR-Gatter ausgebildete Nullerkennungsstufe 39 mit der Klemme 22 verbunden. Diese Klemme 22 ist über ein

ίο UND-Gatter 40 mit dem Sperreingang £des Zählers 30 verbunden. Die Klemme 12 ist über einen dritten Inverter 41 an einen weiteren Eingang des UND-Gatters 40 angeschlossen.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise des in F i g. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels kann wiederum Fig.2 herangezogen werden. Lediglich stellt nunmehr der Spannungsverlauf B einen Zählerstand B dar. Während eines .Signals A sind Ober d?n Inverter 16 die beiden UND-Gatter 34, 35 gesperrt und das UND-Gatter 31 für Signale des Taktfrequenzgenerators 33 geöffnet. Durch dieses Signal A ist der Zählrichtungseingang U/D auf einen Aufwärtszählvorgang geschaltet. Daher wird im Zähler 30 während eines Signals A mit der Taktfrequenz des Taktfrequenzgenerators 33 aufwärts gezählt. Mit dem Signalende eines Signals A wird das UND-Gatter 31 gesperrt, die UND-Gatter 34, 35 geöffnet und der Zählrichtungseingang U/D auf Abwärtszählen geschaltet. Da zu diesem Zeitpunkt wie im ersten Ausführungsbeispiel die Standzeit des Zeitglieds 18 zu laufen beginnt und ein Signal C erscheint ist das UND-Gatter 35 weiterhin gesperrt und das UND-Gatter 34 für die Frequenz des zweiten Taktfrequenzgenerators 37 geöffnet Durch diese Taktfrequenz wird im Zähler 30 während der Standzeit des Zeitglieds 18 abwärts gezählt. Am Ende dieser Standzeit wechselt der Ausgang des Zeitglieds 18 von einem 1-Signal zu einem 0-Signal, das UND-Gatter 34 wird gesperrt und das UND-Gatter 35 geöffnet. Der weitere Abwärtszählvorgang im Zähler 30 wird nunmehr durch die Ausgangsfrequenz der als Frequenzteiler 38 ausgebildeten Frequenzuntersetzerstufe bestimmt. In Abhängigkeit vom Obersetzungsfaktor erfolgt dieser weitere Abwärtszählvorgang langsamer. Ist der niedrigste Zählerstand erreicht so gibt die Nullerkennungsstufe 39 ein Ausgangssignal ab, durch das einmal der elektrische Schalter 24 im Primärstromkreis der Zündspule 25 in seinen stromleitenden Zustand versetzt wird und durch das zum anderen über das UND-Gatter 40 der Zähler 30 über seinen Sperreingang E für weitere Zählvorgänge gesperrt wird. Diese Sperrung wird erst mit Βε^.·ηπ eines neuen Signales A über den Inverter 41 aufgehoben. Auch für dieses Ausführungsbeispiel gelten vorzugsweise die formelmäßig dargestellten, zeitlichen Bedingungen. Dies bedeutet, daß bei einem Tastverhältnis der Signalfolge A von eins die Ausgangsfrequenz der Frequenzuntersetzerstufe 38 um vorzugsweise 2% geringer ist als die Frequenz des Frequenzgenerators 33. Diese prozentuale Angabe kann gemäß den angegebenen Formeln in Abhängigkeit der betreffenden Größen variieren. Bei einem anderen Tastverhältnis der Signalfolge A verschiebt sich das Frequenzverhältnis entsprechend. Soll die Standzeit des Zeitglieds 18 direkt die Stromanstiegszeit ta vorgeben, so muß die Frequenz des Frequenzgenerators 37 doppelt so hoch sein wie die Ausgangsfrequenz des Frequenzuntersetzers 38. Dies bedeutet daß der Frequenzuntersetzer 38 in Verhältnis 2x1 untersetzen muß. Bei einem anderen Uniersetzungsverhältnis verschiebt sich entsprechend das Ver-

hältnis der Standzeit des Zeitglieds 18 zur Stromansiiegszeit ta.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann bevorzugt in
sogenannten Funkenbandzündanlagen eingesetzt werden, d. hi in Zündanlagen, die zu jedem Zündzeitpunkt 5 mehrere Zündfunken erzeugen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

10

15

to

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40

45

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Claims

Patentansprüche:

1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen, mit einer mit einer rotierenden Welle verbundenen Geberanordnung (10), durch die ein drehwinkelproportionales Gebersignal erzeugbar ist, mit einer Zündspule (25), in deren Primärstromkreis ein elektronischer Schalter (24) und in deren Sekundärstromkreis wenigstens eine Zündkerze (28) geschaltet ist, mit einer Ladequelle (13, 33) zur Aufladung einer Speichervorrichtung (15, 30) während des Gebersignals und mit einer Entladequelle (17, 38) zur Entladung zwischen zwei Gebersignalen, wobei zwischen einem vorgegebenen Entladezustand und dem Beginn eines neuen Ladevorgangs der elektrische Schalter (24) geschlossen (stromleitend) wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (IS, 37) zur verständen Entladung der Entladequelle (17,38) zugeordnet ist die während der Standzeit eines Zeitglieds (i8) eingeschaltet ist, wobei das Zeitglied (18) mit dem Signalende eines Gebersignals (A) ausgelöst wird.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Entladequote der Entladequelle (17, 38) zur Ladequote größer ist als das zugeordnete Tastverhältnis der Gebersignale.

3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladequote der Entladequelle (17,38) im wesentlichen um einen prozentualen Faktor