DE3006288C2

DE3006288C2 -

Info

Publication number: DE3006288C2
Application number: DE3006288A
Authority: DE
Inventors: Georg 8438 Berg De Haubner; Juergen Dipl.-Ing. 8500 Nuernberg De Wesemeyer; Werner 8540 Rednitzhembach De Meier; Hans Ing.(Grad.) 8507 Oberasbach De Schrumpf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Ducati Energia SpA
Priority date: 1980-02-20
Filing date: 1980-02-20
Publication date: 1988-07-14
Also published as: JPS56132465A; FR2476232B1; IT1135544B; DE3006288A1; SE8100506L; SE443405B; FR2476232A1; IT8119860A0; US4378769A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Zündung von Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Schaltungsanordnung bekannt (DE-OS 27 01 750), bei der eine drehzahlabhängige Zündzeitpunkt-Verstellung durch die Steu ereinrichtung realisiert wird. Die Verstellinie wird hier durch ana log arbeitende Bauelemente, mit RC-Gliedern sowie mit einem mehr oder weniger in den Sättigungsbereich gesteuerten Zündtransistor verwirklicht. Derartige Bauelemente haben jedoch Toleranzen und sind außerdem in ihren Kennlinien temperaturabhängig. Die Verstellinie einer solchen Zündanlage ist daher auch temperaturabhängigen Schwan kungen ausgesetzt und läßt sich nur begrenzt an die Erfordernisse der Brennkraftmaschine anpassen.

Bei einer ähnlichen, bekannten Magnetzündanlage (DE-OS 27 30 002) wird der Zündzeitpunkt drehzahlabhängig über einen relativ großen Winkelbereich verstellt, um zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine mit zunehmender Drehzahl eine Vorverstellung des Zündzeitpunktes durch analog arbeitende Bauelemente zu erzielen. Dort treten folglich ebenfalls die vorgenannten Nachteile bezüglich der temperaturabhängigen Schwankungen und Unzulänglichkeiten im Ver stellbereich auf. Außerdem wird dort das Steuersignal zur Auslösung der Zündvorgänge von einem separaten Steuergeber mit umlaufendem Steuermagneten erzeugt, was einen zusätzlichen Aufwand bedeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanord nung zur Zündung von Brennkraftmaschinen der eingangs erwähnten Art die Steuereinrichtung derart weiterzubilden, daß eine programmier bare Zündzeitpunkt-Verstellinie realisierbar ist, die den Erforder nissen der Brennkraftmaschine über den gesamten Drehzahlbereich optimal angepaßt werden kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeich nenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine für die Brennkraftmaschine ermittelte optimale Verstellinie in einem Programmspeicher des Steuer gerätes eingegeben wird und daß dann diese optimale Ver stellinie von der Steuereinrichtung durch digitale Verar beitung exakt eingehalten wird. Die gespeicherte Ver stellinie wird dabei in vorteilhafter Weise mit einem Bezugssignal digital verarbeitet, das vom Magnetgenerator bei jeder Umdrehung rechtzeitig vor Auslösung eines Zünd vorganges in die Steuereinrichtung gelangt. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die Bezugssignale des Magnet generators im Steuergerät gleichzeitig zur Bestimmung der Drehzahl verwendet werden, so daß hierfür kein besonderer Drehzahlgeber erforderlich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Besonders vorteilhaft ist, einen Zähler im Eingang des Steuergerätes abwechselnd mit Beginn einer Spannungshalbwelle des Magnet generators zu löschen und während einer ersten Periode an eine feste Taktfrequenz anzuschalten. Mit Beginn einer nachfolgenden Spannungshalbwelle kann dann der Inhalt des Zählers während der zweiten Periode als Drehzahlsignal verarbeitet werden.

Zeichnung

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

Fig. 1 eine Transistor-Zündanlage für eine Motorsäge mit einem Magnetgenerator und mit einer Steuereinrichtung, die einen Mikroprozessor enthält,

Fig. 2 zeigt ein im Mikroprozessor realisiertes Blockschaltbild der Steuereinrichtung,

Fig. 3 zeigt die gewünschte Zündzeit punkt-Verstellinie der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Drehzahl,

Fig. 4 zeigt den Verlauf der Primär spannung und des Primärstromes der Zündanlage und

Fig. 5 zeigt das vom Mikroprozessor ermittelte Zeitsignal vom Beginn einer Spannungshalbwelle bis zum Zündzeitpunkt bei Leerlauf bzw. bei einer mittleren Drehzahl der Brennkraft maschine.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung zur Zündung einer Ein-Zylinder-Brennkraftmaschine für eine Baumsäge ist eine Transistor-Spulenzündanlage, die einen Magnetzünder 10 enthält. Der Magnetzünder 10 besteht aus einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen umlaufenden Polrad 11, in dem ein Dauermagnet 12 zur Erzeugung eines Magnetfeldes am Umfang des Polrades 11 eingebettet ist. Am Umfang des Polrades 11 ist ein Zündanker 13 stationär befestigt, der mit jedem Umlauf des Polrades 11 vom Magnetfeld des Dauer magneten 12 durchsetzt wird. Der Zündanker 13 hat eine Primärwicklung 14 und eine Sekundärwicklung 15, die mit einem Ende mit der Primärwicklung 14 verbunden ist und mit dem anderen Ende über ein Zündkabel 16 an eine Zünd kerze 17 angeschlossen ist. An die mit einem Ende auf Masse gelegte Primärwicklung 14 ist der Primärstromkreis der Zündanlage angeschlossen, in dem die Schaltstrecke eines Darlington-Zündtransistors 18 in Reihe mit einer Schutzdiode 19 angeordnet ist. Die Basis des Zündtransis tors 18 ist über einen Widerstand 20 mit seinem Kollek toranschluß verbunden. Zur Sperrung des Zündtransistors 18 zum Zündzeitpunkt ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die einen Steuertransistor 21 aufweist, dessen Schaltstrecke zur Steuerstrecke des Zündtransistors 18 parallel geschal tet ist. Die Basis dieses Steuertransistors 21 ist über einen Widerstand 22 mit dem Ausgang eines Mikrorechners 23 verbunden. Der Eingang des Mikrorechners 23 liegt über einen weiteren Widerstand 24 am Primärstromkreis und ist durch ein zum Eingang des Mikrorechners 23 parallelge schaltete Z-Diode 25 gegen Überspannung geschützt. Die Stromversorgung des Mikrorechners 23 erfolgt über einen Kondensator 26, der über einen Widerstand 27 und eine Diode 28 ebenfalls am Primärstromkreis der Zündanlage an geschlossen ist. Auch hier ist eine Z-Diode 29 zum Schutz des Mikrorechners 23 gegen Überspannung zum Kondensator 26 parallel geschaltet. Der Mikrorechner 23 wird außerdem von einem Schwingquarz 30 mit einer hochfrequenten Schwin gung versorgt.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Mikrorechners 23 in einem Block schaltbild. Der am Widerstand 24 angeschlossene Eingang 31 des Mikrorechners 23 wird über eine Impulsformerstufe 32 zu einer zentralen Recheneinheit 33. Die zentrale Recheneinheit 33 ist über einen Bus 34 mit einem Zähler 35 verbunden, an dem ein Taktgenerator 36 angeschlossen ist und der wiederum mit dem in Fig. 1 dargestellten Schwing quarz 30 verbunden ist. Die zentrale Recheneinheit 33 ist außerdem über einen weiteren Bus 37 mit einem Festwert speicher 38 verbunden, in dem die gewünschte Zündzeitpunkt- Verstellinie der Zündanlage gespeichert ist. Über einen weiteren Bus 39 ist ein weiterer Zähler 40 angeschlossen, der ebenfalls mit einem Taktgenerator 41 verbunden ist. Der über den Widerstand 22 am Steuertransistor 21 (Fig. 1) angeschlossene Ausgang 42 des Mikrorechners 23 ist über eine Verstärkerstufe 43 mit der zentralen Recheneinheit 33 verbunden. Über die drei Busse 34, 37 und 39 werden digitale Daten, Adressen und Steuerbefehle übertragen.

Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Zündanlage soll mit Hilfe der Diagramme in Fig. 3, 4 und 5 erläutert werden. In Fig. 3 ist die Zündzeitpunkt-Verstellinie über die Drehzahl der Brennkraftmaschine dargestellt. Sie zeigt den Verstellwinkel ζ vor dem oberen Totpunkt (OT) über die Drehzahl (n). Der kleinste Verstellwinkel tritt bei der Leerlaufdrehzahl n _o auf. Der Verstellwinkel wird hier auf das Abgasverhalten der Brennkraftmaschine optimal ein gestellt. Diese Leerlaufdrehzahl n _o wird dadurch stabili siert, daß bei weiter abnehmender Drehzahl eine stark zu nehmende Vorverstellung des Zündzeitpunktes vorgesehen ist, durch die der Motor wieder bis zur gewünschten Leer laufdrehzahl beschleunigt wird. Im Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine steigt die Zündzeitpunkt-Verstellinie nach der in Fig. 3 dargestellten Kurve bis zu einem Maximum an. Die Steilheit dieser Kurve ist auf die Leistungsabgabe des Motors optimal eingestellt. Bei der maximal zulässigen Drehzahl n _max der Brennkraftmaschine fällt die Verstellinie steil auf Null ab. Das bedeutet, daß die Leistung des Motors beim Erreichen der maximalen Drehzahl stark reduziert wird. Die in Fig. 3 dargestellte Zündzeitpunkt-Verstellinie wird in einem Digitalcode in den Festwertspeicher 38 des Mikro rechners 23 eingegeben.

Wird nun die Brennkraftmaschine gestartet, so erzeugt der Dauermagnet 12 des Polrades 11 bei jeder Umdrehung im Pri märstromkreis eine positive und negative Spannungshalbwelle. Der Verlauf der Primärspannung ist in Fig. 4 über den Dreh winkel ω t dargestellt. Während der negativen Halbwelle ist der Zündtransistor 18 gesperrt und auch der Kondensator 26 wird nicht aufgeladen, da die ihm vorgeschaltete Diode 28 in Sperrichtung liegt. Mit Beginn der folgenden positiven Spannungshalbwelle der Primärspannung U _p wird zum Zeitpunkt t _o der Zündtransistor 18 über den Widerstand 20 in den stromleitenden Zustand gesteuert und zugleich gelangt über den Widerstand 24 die Primärspannung auf die Impulsformer stufe 32 des Mikrorechners 22. In der Stufe 32 wird nun ein Bezugssignal erzeugt, das über die zentrale Recheneinheit 33 und dem Bus 34 den Zähler 35 mit der festen Taktfrequenz des Generators 36 einschaltet. Der Zähler bleibt nun während der gesamten Umdrehung des Polrades 11 eingeschaltet und er wird erst beim nachfolgendem Bezugssignal der Impulsformer stufe 32 beim Beginn der nachfolgenden positiven Spannungshalb welle U _p stillgesetzt. Da die Zeit zwischen zwei Bezugs signalen umgekehrt proportional zur Drehzahl der Brennkraft maschine ist, folglich also eine Funktion der Drehzahl darstellt, läßt sich nunmehr der Inhalt des Zählers 35 als digitales Drehzahlsignal verwenden, das über den Bus 34 in die zentrale Recheneinheit 33 gelangt. Gleichzeitig mit dem zweiten Bezugssignal der Impulsformerstufe 32 wird über die zentrale Recheneinheit 33 und dem Bus 39 der Zeit schalter 40 eingeschaltet; außerdem wird über den Bus 37 aus dem Festwertspeicher 38 ein Verstellsignal abgerufen, das gemäß der in Fig. 3 dargestellten Verstellinie für die gemessene Drehzahl der Brennkraftmaschine dort gespeichert ist. Dieses Verstellsignal wird in der zentralen Rechen einheit 33 in ein Zeitsignal umgesetzt, das über den Bus 39 auf den Zeitschalter 40 gelangt. Der Zeitschalter 40 enthält einen Zähler, der durch das Zeitsignal auf eine entsprechende Zahl gesetzt wird. Zugleich wird der Zähler durch die zentrale Recheneinheit 33 an den Taktgenerator 41 angeschaltet und der den Zähler zurückdreht. Zum Zünd zeitpunkt t _z erreicht der Zähler den Stand Null und der Zeit schalter 40 teilt der zentralen Recheneinheit 33 über den Bus 39 den Ablauf des Zeitintervalles mit. Nun gibt die zentrale Recheneinheit 33 ein Zündsignal über die Verstärkerstufe 43 an ihren Ausgang 42, durch das der Steuertransistor 21 in den stromleitenden Zustand durchgesteuert wird. Dadurch wird die Steuerstrecke des Zündtransistors 18 überbrückt und un verzüglich gesperrt. Der Verlauf des Primärstromes I _p in Fig. 4 zeigt, daß zum Zündzeitpunkt der Primärstrom abrupt unterbrochen wird. Dadurch wird in der Sekundärwicklung 15 des Zündankers 13 ein Hochspannungsimpuls induziert, der an der Zündkerze 17 einen Zündfunken zur Folge hat.

Für den folgenden Umlauf des Polrades 11 bleibt der Zähler 35 des Mikrorechners 23 stehen. Der Zähler 35 wird folglich abwechselnd mit Beginn einer Spannungshalbwelle im Primär stromkreis gelöscht und während einer ersten Periode an die Taktfrequenz des Taktgenerators 36 angeschaltet. Mit Beginn der nachfolgenden Spannungshalbwelle wird sein Inhalt während einer zweiten Periode als Drehzahlsignal an die zentrale Recheneinheit 33 abgegeben. Die Drehzahl der Brennkraft maschine wird folglich mit jeder zweiten Umdrehung des Pol rades 11 erneut gemessen und bleibt dann für zwei weitere Um drehungen des Polrades 11 zur Berechnung des Zündzeitpunktes maßgebend. Da für jede Drehzahl der Brennkraftmaschine im Festwertspeicher 38 ein Verstellsignal eingespeichert ist, das mit dem Auftreten eines jeden Bezugssignales beim Beginn einer positiven Spannungshalbwelle im Primärstromkreis vom zentralen Rechner 33 in ein Zeitsignal umgesetzt wird und auf den Zeitschalter 40 gelangt, wird jeweils mit dem Auftreten des Bezugssignales zur Zeit t _o die Umsteuerung des Zündtransistors 18 nach Ablauf eines Zeitintervalles T ausgelöst. Der Rückwärtszähler des Zeitschalters 40 wird dabei von der zentralen Recheneinheit 33 mit jedem Bezugs signal der Impulsformerstufe 32 auf die feste Taktfrequenz des Taktgenerators 41 geschaltet und zugleich mit einer Takt zahl beaufschlagt, die von der zentralen Recheneinheit 33 ermittelt wird. Diese Taktzahl wird durch die Taktimpulse des Taktgenerators 41 abgearbeitet. Jeder Takt des Takt generators 41 entspricht dabei einem Zeitinkrement von 5 Mikrosekunden, so daß mit einer vorgegebenen Taktzahl des Rückwärtszählers ein bestimmtes Zeitintervall T zwischen dem Beginn einer positiven Halbwelle und dem Zündzeitpunkt erzielt wird.

In Fig. 5 ist ein solches Zeitintervall für die Leerlauf drehzeit n _o und für eine Arbeitsdrehzahl n ₁ dargestellt. Für die Leerlaufdrehzahl soll das Zeitintervall T _o 150 Mikro sekunden betragen. Mit dem Auftreten des Bezugssignales zur Zeit t _o wird dann der Rückwärtszähler des Zeitschalters 40 von der zentralen Recheneinheit 33 aufgrund eines ent sprechenden Wertes aus dem Festspeicher 38 auf die Zahl 30 gesetzt. Diese Zahl wird dann durch 30 Takte des Taktgene rators 41 abgearbeitet und nach 30 Zeitinkrementen von je 5 Mikrosekunden wird vom Mikrorechner 23 die Umsteuerung des Zündtransistors 18 ausgelöst. Bei einer Drehzahl n ₁ wird der Rückwärtszähler beim Auftreten eines Bezugs signales von der zentralen Recheneinheit 33 auf die Takt zahl 10 eingestellt und anschließend durch den Taktgene rator 41 abgearbeitet. Bei der Drehzahl n ₁ wird daher die Zündung schon nach Ablauf eines Zeitintervalls T 1 von 50 Mikrosekunden ausgelöst.

Durch eine weitere Ausgestaltung der Zündanlage ist es auch möglich, den Mikrorechner 23 über einen weiteren Eingang 44 noch zusätzliche Meßwerte, wie z. B. das Drehmoment der Brennkraftmaschine oder die Temperatur, zuzuführen. Das dem Festwertspeicher 38 entnommene Verstellsignal kann in diesem Fall durch die gemessene Belastung bzw. Tempe ratur der Brennkraftmaschine korrigiert werden. Außerdem ist es ohne weiteres möglich, zur Drehzahlbegrenzung in dem Festwertspeicher eine Information abzulegen, die bei Überschreitung der maximal zulässigen Drehzahl der Brennkraftmaschine jedes zweite Zündsignal am Ausgang des Mikrorechners 23 unterdrückt. Die so erzeugten Zündaus setzer führen auch bei unbelasteter Brennkraftmaschine zu einer sicheren Drehzahlbegrenzung. Darüber hinaus ist es auch möglich, über einen zusätzlichen Ausgang 45 des Mikro rechners 23 weitere Signale für zusätzliche Funktionen, wie beispielsweise Schmierbefehle für bestimmte Stellen der Motorsäge, abzugeben.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungs beispiel beschränkt. Zur Erzeugung des Bezugssignales kann auch ein elektromagnetischer Geber verwendet werden, der mit jedem Umlauf des Polrades 11 ein Signal auf den Eingang des Mikrorechners 23 abgibt. Außerdem kann auch die Strom versorgung des Mikrorechners 21 mit einer besonderen Bat terie realisiert werden.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Zündung von Brennkraftmaschinen mit einem davon angetriebenen Magnetgenerator, der im Primär stromkreis einer Zündspule liegt, die sekundärseitig mit mindestens einer Zündkerze verbunden ist, wobei ein kontakt los steuerbarer Zündschalter im Primärstromkreis zum Zünd zeitpunkt von einer Steuereinrichtung umschaltbar ist, der die zur Zündung verwendeten Spannungshalbwellen des Magnet generators zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (23) einen Rechner (33), einen Zähler (35), einen Festwertspeicher (38) und einen Zeitschalter (40) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (23) mit Beginn einer jeden Spannungshalbwelle (Up) ein Bezugssignal erzeugt, zugleich den Zähler (35) mit einer festen Taktfrequenz bis zum Beginn der nachfolgenden Spannungshalbwelle (U _p) einschaltet, sodann den Zählerinhalt als Drehzahlsignal in den Festwertspeicher (38) leitet, dort ein der gemes senen Drehzahl zugeordnetes Verstellsignal abruft, das Verstellsignal in ein Zeitsignal umsetzt, dieses auf den Zeitschalter (40) leitet und nach Ablauf eines dem Zeit signal entsprechenden Zeitintervalls ein Zündsignal an den Zündschalter (18) abgibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Zähler (35) abwechselnd mit Beginn einer Spannungshalbwelle (U _p) gelöscht und während einer ersten Periode an die Taktfrequenz angeschaltet ist und mit Beginn der nachfolgenden Spannungshalbwelle (U _p) seinen Inhalt während einer zweiten Periode als Drehzahlsignal abgibt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß für jede Drehzahl der Brennkraftmaschine im Festwertspeicher (38) ein Verstellsignal eingespeichert ist, das mit dem Auftreten eines Bezugssignales als Zeit signal auf den Zeitschalter (40) gelangt, der nach Ablauf eines von der jeweiligen Drehzahl abhängigen Zeitinter valls die Umsteuerung des Zündschalters (18) auslöst.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Zeitschalter (40) einen Rückwärtszähler enthält, der mit dem Bezugssignal auf eine feste Taktfre quenz geschaltet wird und eine der jeweiligen Drehzahl zugeordnete, vom Rechner (33) eingegebene Taktzahl ab arbeitet und anschließend die Umsteuerung des Zündschalters (18) auslöst.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (23) ein Mikrorechner ist, dessen Steuereingang (31) über einem Widerstand (24) an die Generatorwicklung (14) des Magnet generators (10) angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Steuerausgang (42) des Mikrorechners (23) auf die Steuerelektrode eines Steuerschalters (21) gelegt ist, der parallel zur Steuerstrecke eines Darlington- Zündtransistors (18) liegt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stromversorgung des Mikrorechners (23) aus einem Kondensator (26) besteht, zu dem eine Z-Diode (29) parallel geschaltet ist und der über einen Widerstand (27) und eine Diode (28) mit der Generatorwicklung (14) des Magnetgenerators (10) verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Geber zur Erzeugung des Bezugssignales mit dem Eingang (31) der Steuereinrichtung (23) verbunden ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (33) das aus dem Festwertspeicher (38) entnommene Verstellsignal durch weitere ihm über zusätzliche Eingänge (44) zugeführte Meßwerte korrigiert.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (23) weitere Signale für zusätzliche Funktionen über weitere Ausgänge (45) abgibt.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die im Festwertspeicher (38) eingespeicherten Verstellsignale eine Verstellkennlinie des Zündzeitpunktes über die Drehzahl der Brennkraftmaschine nachbilden, die im Leerlaufbereich eine steile Flanke zur Stabilisierung der Leerlaufdrehzahl (n _o) im Arbeitsbereich einen anstei genden Verlauf zur optimalen Leistungsabgabe und im oberen Drehzahlbereich einen Sprung in Richtung Spätzündung zur Drehzahlbegrenzung aufweist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß bei Überschreiten der maximal zulässigen Dreh zahl die Steuereinrichtung (23) jedes zweite Zündsignal unterdrückt.