DE2709653C2

DE2709653C2 -

Info

Publication number: DE2709653C2
Application number: DE2709653A
Authority: DE
Inventors: Mark Morzine Fr Coventry
Original assignee: LUMENITION Ltd LONDON GB
Current assignee: AUTOCAR EQUIPMENT LTD., LONDON, GB
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1977-03-05
Publication date: 1987-07-09
Also published as: FR2343128B1; FR2343128A1; US4171687A; DE2709653A1; JPS6045311B2; IT1116406B; JPS52115936A; GB1536204A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Begrenzen der Drehgeschwindigkeit einer Brennkraftmaschine mit einer Zündspule zum Erzeugen von Zündfunken, mit einem elektronischen Zündsystem, das einen mit der Primärwindung der Spule in Reihe geschalteten Leistungstransistor aufweist, mit einem Detektor zum Bestimmen der Anzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle der Maschine pro Zeiteinheit.

Es ist bekannt, daß die Drehzahl von Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung dadurch begrenzt werden kann, daß oberhalb einer vorgegebenen Grenzdrehzahl der dem spannungsführenden Anschluß einer Bordnetzversorgung, z. B. einer Autobatterie, zugewandte Anschluß der Primärwicklung der Zündspule mit Masse verbunden bzw. geerdet wird und dadurch der Zündfunke unterdrückt wird, bis die Drehzahl wieder unter den Grenzwert abgesunken ist.

Aus der DE-OS 24 24 885 ist eine Begrenzerschaltung für die Zündanlage eines Verbrennungsmotors bekannt, die auf die Drehgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors anspricht. Unterhalb einer vorgegebenen Grenzdrehzahl ist ein Relaiskontakt geöffnet, und die Zündfunkenbildung erfolgt synchron mit dem Öffnen des Unterbrecherkontaktes. Beim Überschreiten dieser Grenzdrehzahl wird die Zündspule über den Relaiskontakt an einen Parallelwiderstand angeschlossen, der die in der Zündspule gespeicherte Energie verbraucht, so daß keine Zündfunkenbildung an den Zündkerzen eintritt.

Ein Nachteil dieser Schaltung zeigt sich jedoch im Übergangsbereich zwischen Begrenzerbetrieb und Normalbetrieb dadurch, daß Zündfunken zu einem unerwünschten Zeitpunkt gebildet werden können. Wenn nämlich der zunächst geschlossene Relaiskontakt im Moment des Erreichens der Grenzdrehzahl geöffnet wird, entsteht bei geschlossenem Unterbrecherkontakt zu diesem Zeitpunkt ein Zündfunke, der nicht dem durch den Unterbrecher vorgegebenen bestimmten Takt entspricht, d. h. nicht zündwinkelrichtig ist.

Eine Schaltung zum Begrenzen der Drehgeschwindigkeit einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE-OS 14 64 056 bekannt. Zur Bestimmung der Anzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle der Maschine pro Zeiteinheit wird eine Impulsfolge durch ein Zahnrad und eine Aufnehmerspule erzeugt. An einem Kondensator liegt dann eine von der Motordrehgeschwindigkeit abhängige Spannung an. In Abhängigkeit von dieser Spannung wird eine bistabile Kippschaltung gesteuert, die so arbeitet, daß ihr Ausgangstransistor unterhalb der Grenzdrehzahl des Motors leitend und oberhalb dieser Drehzahl gesperrt ist. Der Ausgangstransistor steuert den als Thyristor ausgebildeten Leistungstransistor. Unterhalb der Grenzdrehzahl ist der Thyristor leitend, während beim Überschreiten der Grenzdrehzahl der Thyristor zu dem Zeitpunkt sperrt, bei dem der Strom in der Primärwindung zu Null wird. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung sind die Primärwindung der Zündspule und der Leistungstransistor in Reihe zu einem mechanischen Unterbrecherkontakt angeordnet, der den Takt zur Erzeugung von Zündfunken angibt. Bei geschlossenem Unterbrecherkontakt kann jedoch - auch oberhalb der Grenzdrehzahl - bei dieser bekannten Schaltungsanordnung nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden, daß an der Primärwindung eine Spannung entsteht, die zur Induzierung einer Spannung in der Sekundärwindung führt, deren Größe zur Ionisierung des Mediums zwischen den Zündkerzenelektroden und damit zur Erzeugung eines Zündfunkens ausreicht. Derartige oberhalb der Grenzdrehzahl auftretende Zündfunken sind naturgemäß unerwünscht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum Begrenzen der Drehgeschwindigkeit einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art weiterzuentwickeln, so daß ein Auftreten von Zündfunken oberhalb der Grenzdrehzahl mit Sicherheit vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaltung eine Halbleiterschaltung, deren Durchbruchsspannung oberhalb einer vorgegebenen Schwellspannung liegt, und einen Halbleiterschalter enthält, der in Reihe mit der Halbleiterschaltung den Leistungstransistor des elektronischen Zündsystems überbrückt, und daß vom Drehzahldetektor gesteuerte Schaltkreise vorgesehen sind, die den Halbleiterschalter derart ansteuern, daß er entweder leitend oder nichtleitend ist, wobei während des nichtleitenden Zustandes eine normale Zündung bei Geschwindigkeiten unterhalb des Grenzwertes stattfindet, und während des leitenden Zustandes bei Geschwindigkeiten oberhalb des Grenzwertes die in der Primärwicklung der Zündspule erzeugte Spannung auf eine Spannung begrenzt wird, die gleich der Durchbruchsspannung der Halbleiterschaltung ist.

Die Vorteile der Erfindung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Drehzahlbegrenzungsschaltungen bestehen insbesondere darin, daß der Halbleiterschalter oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes für die Drehgeschwindigkeit den Leistungstransistor des elektronischen Zündsystems überbrückt und eine mit dem Halbleiterschalter in Reihe geschaltete Zener-Diode die Spannung über der Primärwindung der Zündspule begrenzt, so daß in der Sekundärwindung keine hinreichend hohe Spannung zum Ionisieren des Mediums im Bereich der Zündkerzenelektroden induziert werden kann.

Unterhalb des Grenzwertes ist der Halbleiterschalter während geeigneter Zeitabschnitte geöffnet, so daß die Zündfunkenbildung genau zum zündwinkelgerechten Zeitpunkt erfolgt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Falls die Zündeinrichtung von einer 12-Volt-Batterie ge speist wird, kann die Zener-Diode eine Durchbruchsspannung von 20 Volt haben.

An Hand der beigefügten Zeichnung werden Ausführungs beispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform des Drehzahlbegrenzers;

Fig. 2A zeitliche Spannungsverläufe an verschiedenen Punkten der Schaltung des Drehzahlbegrenzers gemäß Fig. 1 bei niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine, bei der der Drehzahlbegrenzer nicht einsetzt;

Fig. 2B entsprechende zeitliche Spannungsverläufe beim Einsatz des Drehzahlbegrenzers; und

Fig. 3 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des Drehzahlbegrenzers.

In Fig. 1 umfaßt die Schaltung des Drehzahlbegrenzers folgende Bauteile: Transistoren T 1 bis T 4, ein aus Transistoren T 5 und T 6 bestehendes Darlington-Paar, Widerstände R 1 bis R 7, Zener-Diode Z 1 bis Z 4, Dioden D 1 und D 2 sowie Kondensatoren C 1 und C 2.

Die Schaltung hat drei Anschlüsse A, B und C, von denen der Anschluß A mit einer spannungführenden Netzleitung, der Anschluß B mit dem dem positiven Leiter gegenüberlie genden Anschluß der Primärwicklung der (nicht dargestell ten) Zündspule und C ein Anschluß an Masse oder Erde ist.

Die Basis-Elektrode des Transistors T 1 ist mit dem An schluß B über den Widerstand R 1 sowie die Dioden D 1 und D 2 verbunden. Die Kollektor-Elektrode des Transistors T 1 ist über die Zener-Diode Z 2 mit der Basis-Elektrode des Transistors T 2 verbunden, während der Kondensator C 1 zu dem Emitter und Kollektor des Transistors T 1 parallel geschaltet ist.

In gleicher Weise ist die Kollektor-Elektrode des Tran sistors T 2 mit der Basis-Elektrode des Transistors T 3 über die Zener-Diode Z 3 verbunden und der Kondensator C 2 zu dem Emitter und Kollektor des Transistors T 2 pa rallel geschaltet. Die Kollektor-Elektrode des Transistors T 3 ist direkt mit der Basis-Elektrode des Transistors T 4 und die Kollektor-Elektrode des Transistors T 4 direkt mit der Basis-Elektrode des Transistors T 5 verbunden, der das erste Bauteil des Darlington-Paars PD ist.

Die Emitter-Elektroden aller Transistoren T 1 bis T 4 und T 6 sind direkt mit Masse oder Erde verbunden. Der Strom für die Transistoren T 1 bis T 3 wird über die Zener-Diode Z 1 und auf 7,5 Volt stabilisiert; diese Zener-Diode ist über den Widerstand R 5 mit dem Anschluß A verbunden. Die Widerstände R 2, R 3, R 4, R 6 und R 7 sind jeweils mit den Kollektor-Kreisen der Transistoren T 1 bis T 4 ver bunden.

Die Zener-Diode Z 4 ist zwischen den Anschluß B und die vereinigten Kollektor-Elektroden des Darlington-Paares geschaltet und hat eine Durchbruchsspannung von über 20 Volt; sie wird daher bei Spannungen von über 20 Volt lei tend.

Der Schaltvorgang des Darlington-Paars PD wird von den Impulsen gesteuert, die an dem Anschluß B von dem mit der Primärwicklung der Zündspule in Reihe geschalteten Halb leiterschalter oder Unterbrecher erzeugt werden. Die Im pulse werden über den Widerstand R 1 sowie die Dioden D 1 und D 2 der Basis des Transistors T 1 zugeführt. Die Dio den D 1 und D 2 erhöhen die Schwellenspannung für die Schaltung des Transistors T 1 auf einen Wert oberhalb der Sättigungsspannung des Stromgebers einer jeden elektro nischen Zündeinrichtung.

Zunächst sei die Arbeitsweise des Drehzahlbegrenzers bei niedriger Drehzahl betrachtet, bei der der Drehzahlbegren zer nicht einzugreifen braucht.

Fig. 2A zeigt die zeitlichen Spannungsverläufe am Anschluß B sowie an den Kollektor-Elektroden der Transistoren T 1 und T 2 und an dem Darlington-Paar PD. An der Stelle P ist die Spannung am Anschluß B praktisch null. Der Transistor T 1 ist ab-, der Transistor T 2 angeschaltet. Der Transistor T 3 ist ab-, der Transistor T 4 eingeschaltet, und das Darling ton-Paar PD ist ausgeschaltet. Sodann erscheint die Span nungsspitze PK am Anschluß B und schaltet den Transistor T 1 ein, der seinerseits praktisch verzögerungsfrei den Transistor T 2 abschaltet. Nun wird der Kondensator C 2 über den Widerstand R 4 während einer Zeit b aufgeladen, bis die Spannung die Durchbruchsspannung der Zener-Diode Z 3 zuzüglich der Einschaltspannung des Transistors T 3 überschreitet. Der Transistor T 3 wird dann am Punkt R eingeschaltet und schaltet seinerseits praktisch verzöge rungsfrei den Transistor T 4 ab und damit das Darlington- Paar PD ein. Die Verzögerungszeit b muß länger als die Dauer der Spannungsspitze PK sein, damit unter normalen Betriebsbedingungen keine Energie von der Spannungsspitze absorbiert wird. An der Stelle Q fällt die Spannung am Anschluß B wieder auf null ab. Dadurch wird der Transistor T 1 sofort abgeschaltet. Der Transistor T 2 wird jedoch erst eingeschaltet, wenn der Kondensator C 1 über die Widerstände R 3 und R 4 bis auf die Durchbruchsspannung der Zener-Diode Z 2 aufgeladen ist. Dafür wird eine Zeit a benötigt. Danach wird praktisch verzögerungsfrei der Transistor T 3 abgeschaltet, der zu der Zeit S den Tran sistor T 4 ein- und das Darlington-Paar PD ausschaltet.

Der ausgeschaltete Transistor T 2 wird somit eingeschal tet und der Anschluß B zu der Zeit a nach dem Ende des Primärspannungsimpulses am Anschluß B von der Masse- bzw. Erdleitung getrennt.

Wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine zunimmt, folgen die Impulse rascher aufeinander, wie aus Fig. 2B er sichtlich. Die Situation, bei der der Drehzahlbegrenzer einsetzt, ist in Fig. 2B dargestellt. Hier ist die Zeit t vom Ende eines Impulses bis zum Erscheinen des nächsten Impulses kürzer als die Zeit a, und der Tran sistor T 1 wird vom Aufstrich E des Impulses eingeschal tet, bevor der Kondensator C 1 Zeit gehabt hat, sich auf zuladen und den ausgeschalteten Transistor T 2 einzu schalten. Am Ende des Impulses wird der Transistor T 1 abgeschaltet, und der Kondensator C 1 beginnt sich auf zuladen. Er wird aber erneut entladen, bevor er den Tran sistor T 2 einschalten kann. Daher wird der Transistor T 2 überhaupt nicht eingeschaltet, und der Anschluß B bleibt über die Zener-Diode Z 4 und das leitende Dar lington-Paar PD mit der Masse oder Erde verbunden.

Wenn also die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen durch die Verzögerungszeit a (die ihrerseits durch den veränder lichen Widerstand R 3 eingestellt wird) gegebenen Grenzwert überschreitet, wird eine weitere Zündung verhindert.

Die Zener-Diode Z 1 und der Widerstand R 5 gewährleisten eine stabilisierte Spannungszufuhr zu den Zeitkonstanten schaltungen, so daß die Zeitspannen a und b unabhängig von der Batteriespannung eingestellt werden können.

Eine zweite Ausführungsform des Drehzahlbegrenzers ist in Fig. 3 dargestellt, in der für gleiche Teile wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 gleiche Bezugszeichen verwen det wurden.

Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten hauptsächlich durch den Ersatz des Transistors T 2 durch einen Schmitt-Trigger, der aus den Transistoren T 7, T 8 und T 9 mit den zugehörigen Widerständen R 8 bis R 12 sowie den Dioden D 3 bis D 5 besteht.

Andere Modifikationen der Schaltungsanordnung umfassen:

a) einen spannungsabhängigen Widerstand VDR, der zu der Reihenkombination der Zener-Diode Z 4 und dem Darling ton-Paar PD parallel geschaltet ist und verhindert, daß eine bei der Funkenerzeugung induzierte oder eine andere Überspannung die Schaltung beschädigt;
b) eine in den mit der Batterie verbundenen positiven Leiter eingeschaltete Diode D 6, die die Schaltung bei einem falsch gepolten Batterieanschluß schützt;
c) Zener-Dioden Z 6 und Z 7, die zwischen die Masse- bzw. Erdleitung und die Emitter-Elektrode des Transistors T 3, die Basis-Elektrode des Transistors T 4 und die Kollektor-Elektrode des Transistors T 3 geschaltet sind und von denen die Zener-Diode Z 6 die Schaltspannung der dem Schmitt-Trigger folgenden Schaltung auf etwa 4 Volt erhöht, während die Zener-Diode Z 7 verhindert, daß der Transistor T 4 eingeschaltet wird, wenn der Transistor T 3 leitet; diese beiden Zener-Dioden bie ten eine bessere Stabilität der Schaltung bei Tempera turschwankungen; und
d) eine Zener-Diode Z 5, die die Dioden D 1 und D 2 er setzt. Diese Zener-Diode Z 5 erhöht den Betriebspunkt des Transistors T 1 von 1,5 Volt im Falle der Dioden D 1 und D 2 auf 4,7 Volt und verhindert dadurch, daß der Transistor T 1 teilweise eingeschaltet wird und Ladestrom des Kondensators C 1 abfließen läßt.

Der Schmitt-Trigger besteht aus zwei pnp-Transistoren T 7 und T 8, die in Form eines Differenzverstärkers miteinander verbunden sind und vereinigte Emitter-Elektroden haben, die über den Widerstand R 8 mit dem positiven Leiter ver bunden sind. Die Kollektor-Elektroden dieser beiden Tran sistoren sind direkt bzw. über den Widerstand R 9 mit der Masse oder Erde verbunden. Die Basis-Elektrode des Tran sistors T 7 ist mit der Kollektor-Elektrode des Transi stors T 1 verbunden. Die Basis-Elektrode des Transistors T 8 ist mit der Kollektor-Elektrode des Transistors T 9 über den Widerstand R 12 und die Diode D 4 verbunden. Die Basis-Elektrode des Transistors T 8 ist durch einen Paral lelkreis, der aus dem Widerstand R 10 und der Diode D 3 besteht, mit dem positiven Leiter und über den Widerstand R 11 mit Masse oder Erde verbunden. Die Diode D 3 bietet einen Weg für Zufallsübergänge. Die Basis-Elektrode des Transistors T 9 ist mit der Kollektor-Elektrode des Tran sistors T 8 und die Emitter-Elektrode des Transistors T 9 direkt mit Masse oder Erde verbunden. Die Diode D 5 ist zwischen die Basis-Elektrode des Transistors T 3 und die Kollektor-Elektrode des Transistors T 9 geschaltet. Die Basis-Elektrode des Transistors T 3 ist über einen Widerstand R 13 mit dem positiven Leiter verbunden, und der Kondensator C 2 ist zwischen Basis-Elektrode des Transistors T 3 und Masse oder Erde geschaltet.

Der aus den Transistoren T 7 bis T 9 bestehende Schmitt- Trigger ergibt einen genaueren Schaltspannungspunkt als der Transistor T 2. Die Arbeitsweise der Ausführungsform des Drehzahlbegrenzers nach Fig. 3 entspricht im wesent lichen derjenigen der zuerst beschriebenen Ausführungsform, und die in Fig. 2 dargestellten Spannungsverläufe gelten im wesentlichen auch für diese Ausführungsform mit der Ausnahme, daß der dritte Spannungsverlauf an der Kollektor- Elektrode des Transistors T 9 aufgenommen worden ist.

Der an Hand der Fig. 1 bis 3 beschriebene Drehzahl begrenzer kann sowohl bei herkömmlichen Unterbrecher- Zündeinrichtungen als auch bei Magnet- und opto-elektro nischen Zündeinrichtungen verwendet werden.

Claims

1. Schaltung zum Begrenzen der Drehgeschwindigkeit einer Brennkraftmaschine mit einer Zündspule zum Erzeugen von Zündfunken, mit einem elektronischen Zündsystem, das einen mit der Primärwindung der Spule in Reihe geschalteten Leistungstransistor aufweist, mit einem Detektor zum Be stimmen der Anzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle der Maschine pro Zeiteinheit, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schaltung eine Halbleiterschaltung (Z 4), deren Durchbruchspannung oberhalb einer vorgegebenen Schwellspannung liegt, und einen Halbleiterschalter (PD) enthält, der in Reihe mit der Halbleiterschaltung (Z 4) den Leistungstransistor des elektronischen Zündsystems überbrückt, und daß vom Drehzahldetektor gesteuerte Schaltkreise vorgesehen sind, die den Halbleiterschalter (PD) derart ansteuern, daß er entweder leitend oder nicht-leitend ist, wobei während des nicht-leitenden Zustandes eine normale Zündung bei Geschwindigkeiten unterhalb des Grenzwertes stattfindet, und während des leitenden Zustands bei Geschwindigkeiten oberhalb des Grenzwertes die in der Primärwicklung der Zündspule erzeugte Spannung auf eine Spannung begrenzt wird, die gleich der Durchbruchspannung der Halbleiterschaltung (Z 4) ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltung (Z 4) eine Zener- Diode ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter (PD) ein Paar von Transisto ren (T 5, T 6) in Darlington-Schaltung ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter (PD) von einer Kette umgekehrt schaltender Transistoren (T 1-T 4) gesteuert wird, deren erster (T 1) mit dem Anschluß (B) der Primärwicklung über einen Widerstand (R 1) und wenigstens einem Halbleiterelement (D 1 und/oder D 2) verbunden ist.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Paar von Transistoren (T 1, T 2) an eine Zeitkonstantenschaltung angeschlossen ist, die aus einem parallel zu den Kollektor-Emitter-Elektroden eines Tran sistors (T 2) geschalteten Kondensator (C 2) und einer zwi schen der Kollektor-Elektrode des einen Transistors (T 2) und der Basis-Elektrode des nächsten Transistors (T 3) ge schalteten Zener-Diode (Z 3) besteht.

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter (PD) von einem ersten Tran sistor (T 1), einem Schmitt-Trigger- (T 7-T 9) und einer Anzahl umgekehrt schaltender, zu einer Kaskade geschal teter Transistoren (T 3, T 4) gesteuert wird, und die Ba sis-Elektrode des ersten Transistors (T 1) mit dem Anschluß (B) der Primärwicklung über einen Widerstand (R 1) und mindestens ein Halbleiterelement (Z 5) verbunden ist.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement (Z 5 ) eine Zener-Diode ist.

8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein spannungsabhängiger Widerstand (VDR) parallel zu der Reihenschaltung aus Halbleiterschaltung (Z 4) und dem Halbleiterschalter (PD) geschaltet ist.

9. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Halbleiterelemente in den positiven Leiter (A) eine Diode (D 6) geschaltet ist, die einen Stromfluß bei falsch gepoltem Batterieanschluß verhindert.

10. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl umgekehrt schaltender Transistoren aus zwei Transistoren (T 3, T 4) besteht und in den Emitter kreis des ersten Transistors (T 3) eine erste Zener-Diode (Z 6) sowie zwischen Basis-Elektrode des zweiten Tran sistors (T 4) und Kollektor-Elektrode des ersten Tran sistors (T 3) eine zweite Zener-Diode (Z 7) geschaltet ist.