DE3009822C2 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einer Schließwinkelregelvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Solche Zündanlagen sind beispielsweise aus der DE-OS 27 46 885, der DE-OS 28 50 113, der DE-OS 23 62 714 oder der DE-OS 28 50115 bekannt. Die Schließwinkelregelnng diesel bekannten Zündanlagen beruht zwar ebenfalls auf dem Prürdp, einen Zählerstand in Abhängigkeit des primärseitigen Stromflusses durch die Zündspule zu ermitteln, wobei dieser wiederum den Zählvorgang zur Bestimmung des Schließzeitbeginns beeinflußt. Die bekannten Schließwinkelregelungen haben jedoch gemeinsam den Nachteil, daß sie ein Gebersignal bzw. ein Ausgangssignal eines Zündungsrechners benötigen, das ein bestimmtes Tastverhältnis aufweist. Beide Flanken werden zur Ermittlung des Schließwinkels benötigt. Die in der DE-OS 27 46 845 beschriebene Zündanlage weist zusätzlich das Merkmal auf, daß durch eine Flanke des Gebersignals sowohl der elektronische Schalter geöffnet wird (Zündzeitpunkt), wie auch die Auszählung der drehzahlabhängigen Zahlenwerte eingeleitet wird. Die bekannten Zündanlagen haben den Nachteil, daß einmal aufwendige Geber bzw. Zündungsrechner benötigt werden, da die Genauigkeit der beiden Flanken eines solchen Signals zueinander maßgeblich für die Genauigkeit der ermittelten Schließzeit ist. Weiterhin ist es bei rcehrzylindrigen Brennkraftmaschinen oft schwierig, eine entsprechende Anpassung des Tastverhältnisses des Steuersignals an das benötigte Tastverhältnis der Schließwinkelsteuerungsvorrichtung zu bewerkstelligen. Hier muß oft für verschiedene Arten von Brennkraftmaschinen nicht nur der Geber sondern auch die Auswerteschaltukig neu dimensioniert werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündanlage der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß lediglich eine Gebersignalflanke benötigt wird und trotzdem auf einfache Art und Weise eine Schließwinkelregelung ermöglicht wird.

Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß zur Ansteuerung der Schließwinkelregel vorrichtung Geber ohne bestimmtes, festes Steuertastverhältnis verwendet werden können. Zum Beispiel kann daz.u das Signal eines unipolaren Wiegand-Gebers oder sonstiger Impulsgeber verwendet werden. Darüber hinaus ist die Elektronik für alle Arten von Brennkraftmaschinen ohne größere Änderungen einsetzbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich. Eine dynamische besonders hochwertige Regelung erhält man durch Überlagerung des Ausgangssignals der Schließwinkelregelvorrichtung mit dem Ausgangssignal des sie steuernden Winkelgebers oder Zündungsrechners, sofern diese ein kleines Steuertastverhältnis aufweisen, das als Grundschließwinkel geeignet ist. Weiterhin kann auf einfache Art und Weise eine Ruhestromabschaltung und eine Steuervorrichtung für eine minimale Offenzeit des elektronischen Schalters im Primärstromkreis der Zündspule vorgesehen werden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltungsbeispiel des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 der wesentliche Ausschnitt eines Schaltungsbeispiels des zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 ein Signaldiagramm zur Erläuterung des ersten Ausführungsbeispiels und

Fig. 4 die Darstellung einer Zündverstellkennlinie zur Erläuterung des Unterschieds des ersten zum zweiten Ausfuhrungsbeispiel.

Bei dem ir. Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbei-

spiel ist eine vorzugsweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundene Geberanordnung 10 mit einein an sich bekannten Zündungsrechner 11 verbunden, der den Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von Parametern bestimmt (z. B. Druckp, Drehzahl n, Temperatur T). Die Geberanordnung 10 kann z. B. ein induktiver, ein optischer, ein Hall- oder ein Wiegand-Geber sein. Der benötigte Geber braucht für jeden Zyklus nur eine einzige Signalflanke zu liefern. Daher kann diese Geberanordn.ing z. B. ein unipolarer Wiegand-Geber sein. Der Zündungsrechner 11 kann z. B. gemäß der DE-OS 28 51 336 aufgebaut sein.

Der Ausgang des Zündungsrechners 11 ist über eine Klemme 12 mit dem Rücksetzeingang R eines Drehzahlzählers 13 sowie mit den Setzeingängen S eines Offenzeitzählers 14 sowie eines Begrenzungszählers 15 verbunden. Ein als Zähltaktgenerator verwendeter Oszillator 16 ist mit den Takteingängen C der drei Zähler 13 bis 15 sowie eines vierten, als Regelzähler geschalteten Zählers 17 verbunden. Die Zahlenausgänge der Zähler 14,17 sind über einen digitalen Komparator 18 mit einem Eingang eines UND-Gatters 19 verbunden, dessen Ausgang über einen Verstärker 20 mit dem Steuereingang eines elektronischen Schalters 21 verbunden ist. Die Schaltstrecke dieses elektronischen Schalters 21, ein Strommeßwiderstand 22 sowie die Primärwicklung einer Zündspule 23 bilden eine zwischen Masse und eine Versorgungsspannungsquelle 24 geschaltete Reihenschaltung. In den Sekundärstromkreis der Zündspule 23 ist eine Zündstrecke 25 geschaltet, die bei einer Brennkraftmaschine gewöhnlich als Zündkerze susgebildet ist. Bei mehreren Zündkerzen kann in bekannter Weise eine mechanische oder elektronische Hochspannungsverteilung vorgesehen sein. Zur Begrenzung des primärseitigen Stroms ist eine z. B. aus der DE-OS 22 32 220 bekannte Stromregelvorrichtung 26 mit dem Strommeßwiderstand 22 verbunden und wirkt auf den Verstärker 20 ein. Weiterhin ist der am Strommeßwiderstand 22 erzeugte Spannungsabfall über einen Schwellwertkomparator 27 mit dem Abwärts-Zähleingang (down) des Zählers 17 verbunden. Der Aufwärts-Zähleingang (up) des Zählers 17 ist mit dem Ausgang eines Zeitglieds 28 verbunden, das durch den Ausgang des UND-Gatters 19 getriggert wird.

Die Zahlenausgänge des Drehzahlzählers 13 sind sowohl mit den Zahleneingängen des Offenzeitzählers 14 verbunden, wie auch einer digitalen Schwellwertstufe 29 zugeführt, die entweder ein digitaler Komparator sein kann oder als Gatter-Anordnung aufgebaut ist. Der Ausgang der Schwellwertstufe 29 ist sowohl mit einem weiteren Eingang des UND-Gatters 19, wie auch mit dem Sperreingang E, (Enable) des Zählers 13 verbunden.

Die Zahleneingänge des Begrenzungszählers 15 sind vorzugsweise durch feste Verdrahtung mit einem festen Zahlenwert X beaufschlagt. Die Zahlenausgänge dieses Zählers 15 sind über ein als O-Detektor eingesetztes NOR-Gatter 30 sowohl mit einem weiteren Eingang des UND-Gatters 19, wie auch mit dem Sperreingang (E) des Zählers 15 verbunden.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind mit Fig. 1 übereinstimmende Bauelemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Fig. 2 zeigt lediglich eine Erweiterung gegenüber Fig. 1. Im übrigen bleiben die Bauteile von Fig. 1 erhalten. Zwischen das UND-Gatter 19 und den Verstärker 20 ist ein ODER-Gatter 31 geschaltet, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang eines UND-Gatters 32 verbunden ist. Der erste Eingang dieses UND-Gatters 32 ist mit der Klemme 12 und der zweite Eingang über eine Schwellwertstufe 33 mit den Zahlenauseäneen des Drehzahlzählers 13 verbunden.

Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand des in Fig. 3 dargestellten Signaldiagramms erläutert werden. Durch die Geberanordnung 10 wird ein Gebersignal UlO erzeugt, aufgrund dessen im Zündungsrechner 11 ein relativ dazu verschobenes Zündsignal t/11 bestimmt wird. Die Signale t/10, t/11 weisen in der Darstellung ein bestimmtes Tastverhältnis auf, dieses Tastverhältnis wird jedoch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 nicht benötigt, da lediglich die Rückfianke des Signals Uli, durch die der Zündzeitpunkt festgelegt ist, zur Bestimmung des Schließzeitbeginns benötigt wird. Daher können beliebige Zündzeitpunktgeber (Geberanordnung 10 und/oder Zündungsrechner 11) mit beliebigem Tastverhältnis, bzw. mit Nadelimpulsen eingesetzt werden.

Durch die Rückflanke des Signals t/11 wird der Zähler 13 rückgesetzt und beginnt erneut die Impulse des Oszillators 16 aufwärts zu zählen, bis er mit der nächsten Rückflanke wiederum rückgesetzt wird. Zum Zeitpunkt einer Rückfianke eines Signals UU liegt somit ein aktueller drehzahlabhängiger Zahlenwert im Zähler 13 vor, der kurz vor dem Rücksetzen in den Zähler 14 übernommen wird, wo er mit den gleichen Zählimpulsen abwärts gezählt wird. Durch geeignete, nicht näher dargestellte Verzögerungsglieder muß natürlich dafür gesorgt werden, daß die Übernahme in den Zähler 14 vor dem Rücksetzen des Zählers 13 erfolgt. Bleibt die Drehzahl konstant, so muß demgemäß der Endzahlenstand im Zähler 14 vor einem erneuten Setzen wieder der gleiche Zählerstand sein wie in der vorherigen Periode nämlich »0«. Im Komparator 18 wird der Zählerstand des Zählers 14 mit dem Zählerstand des Zählers 17 verglichen und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Zählerstand Z17 größer ist als der Zählerstand Z14. Durch dieses Komparatorausgangssignal wird einmal über das UND-Gatter 19 und den Verstärker 20 der elektronische Schalter 21 geschlossen, wodurch ein Primärstrom Ip zu fließen beginnt, und weiterhin wird das Zeitglied 26 getriggert, wodurch während seiner Haltezeit ein Aufwärts-Zählvorgang im Zähler 17 erfolgt. Nach der HaI-tezeit bleibt der Zählerstand Z17 wieder konstant, bis der Schwellwert S27 des Schwellwertkomparators 27 durch den Spannungsabfall am Widerstand 22 erreicht wird. Ab diesem Moment wird infolge eines Signals t/27 der Zähler 17 auf »abwärtszählen« geschaltet, bis der Strom Ip im Zünd-Zeitpunkt wieder auf Null zurückgeht. Bleibt die Drehzahl konstant (die ersten beiden dargestellten Zyklen) so erreicht der Regelzähler 17 nach jedem Aufwärts-/ Abwärts-Zählvorgang wieder seinen ursprünglichen Wert. Die Haltezeit des Zeitglieds 28 entspricht dabei ca. 20 bis 30% der Ladezeit der Zündspule 23. Im dargestellten Fall erfolgt der Zählvorgang im Zähler 17 mit der gleichen Zählfrequenz. Will man einen stärkeren oder einen schwächeren Eingriff der Regelung erreichen, so kann natürlich eine andere Zählfrequenz gewählt werden. Im dritten dargestellten Zyklus ist der erreichte Stromwert Ip infolge einer Beschleunigung zu gering. Da der Schwellwert 527 nicht erreicht wird, erfolgt kein Abwärts-Zähivorgang im Zähler 17, wodurch die Einschaltschwelle für den Digitalkomparator 18 zu größeren Werten hin verschoben wird,

d. h. dieser Wert wird im nächsten Zyklus durch den Offenzeitzähler früher erreicht, wodurch die Schließzeit vergrößert wird. Auf die Weise wird die Schließzeit über den Regelzähler 17 korrigiert. Diese Korrektur erfolgt natürlich nicht nur bei einer Beschleunigung, sondern auch

z. B. bei einem Batteriespannungsabfall, der ebenfalls einen geringeren Primärstrom Ip zur Folge hat, oder bei einer Verzögerung. Im vierten dargestellten Zykius erfolgt zwar nochmals eine geringfügige Beschleunigung, jedoch

erfolgt bereits wieder ein Regelvorgang in Richtung kleinerer Schließzeit, da infolge der einsetzenden Strombegrenzung durch die Stromregelvorrichtung 26 ein zu großer Schließwinkel signalisiert wird, der wiederum durch den Regelzähler 17 korrigiert wird.

Der Drehzahlzähler 13 kann zusätzlich noch in einfacher Weise zur Ruhestromabschaltung benützt werden, d. h. zur Abschaltung der Zündanlage, wenn die Drehzahl unterhalb einen Wert abgesunken ist, der im normalen Betrieb möglich ist. Diese sehr niedrige Drehzahl entspricht einem sehr hohen Zahlenwert im Zähler 13, der als Schwellwert in der Schwellwertstufe 29 enthalten ist. Wird dieser Schwellwert erreicht, so wird durch den Ausgang der Schwellwertstufe 29 einmal der Zähler 13 über den Sperreir.gang E für weitere Zähivorgänge gesperrt und gleichzeitig das UND-Gatter 19 verriegelt, so daß keine Zündsignale vom Ausgang des Komparators 18 zum elektronischen Schalter 21 gelangen können. Da es aus Dynamikgründen nicht sinnvoll ist, den Schließwinkel bis zu kleinsten Drehzahlen zu regeln, kann der Offenzeitzähler 14 sinnvollerweise eine geringere Zahl Bits aufweisen als der Drehzahlzähler 13. Die in Fig. 4 als durchgezogene Linie dargestellte Schließwinkelkennlinie erklärt sich daher wie folgt: Bei sehr kleinen Drehzahlen bis ca. 500 U/min ist der vom Drehzähler 13 angebotene Zahlenwert größer als der maximal mögliche Zahlenwert im Zähler 14. Der Zähler 14 übernimmt daher in jedem Zyklus den gleichen, für ihn maximal möglichen Zahlenwert. Die Offenzeit ist daher in diesem Bereich konstant, was bei steigender Drehzahl zu einer Verringerung des Schließwinkels führt. Im Bereich zwischen 500 U/min und 3500 U/min erfolgt eine reine Regelung ohne Einfluß der Schwellwertstufe 29 und des Zählers 15. Ab 3500 Umdrehungen beginnt der Zähler 15 einen Einfluß auszuüben, indem durch diesen Zähler 15 eine minimale Schließzeit bei hohen Drehzahlen gewährleistet ist. Dies geschieht dadurch, daß der Zähler 15 mit jeder Rückflanke des Zündzeitpunktgebers 10,11 auf den festen Zahlenwert X gesetzt wird und abwärts zu zählen beginnt. Ab 3500 U/min ist dieser Zähl Vorgang noch nicht beendet, wenn durch ein Ausgangssignal des Komparators 18 der Schließzeitbeginn vorgegeben wird. Das UND-Gatter 19 bleibt jedoch gesperrt, bis ein Ausgangssignal am NOR-Gatter 3(1 erzeugt wird, durch das das Zählende im Zähler 15 vorgegeben wird.

Natürlich können die Drehzahlgrenzen für die beschriebenen drei Bereiche durch Veränderung der Kapazität des Zählers bzw. der Zählfrequenz 14 und durch Veränderung des festen Zahlenwerts X beliebig variiert werden, bzw. an die verschiedenen Typen von Brennkraftmaschinen angepaßt werden. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels wird über die Klemme 12 dem Ausgangssignal des UND-Gatters 19 das Ausgangssignal des Zündzeitpunktgebers 10 bzw. 11 überlagert. Dies ist natürlich nur dann möglich, wenn dieses Ausgangssignal ein sinnvolles Steuertastverhältnis von ungefähr 20 bis 35% aufweist. Durch den Sch well wert der Schwellwertstufe 33 wird festgelegt, unterhalb welcher Drehzahl (im dargestellten Beispiel die Drehzahl 480 U/min) die Überlagerung einsetzen soll. Die Schwellwertstufe 33 soll dazu bistabiles Verhalten aufweisen, d. h., mit jeder Rückflanke eines an der Klemme 12 anliegenden Signals Uli wird bei Überschreiten des Schwellwerts (entspricht Unterschreiten der eingestellten Drehzahl) ein 1-Signal am Ausgang erzeugt, aufgrund dessen die Signale 1712 das UND-Gatter 32 passieren können. Dieses 1-Signal bleibt solange erhalten, bis bei einer der folgenden Rückfianken eines Signals UU der Schwellwert wieder unterschritten wird. Diese Funktion kann auch durch ein einer einfachen Schwellwertstufe nachgeschaltetes Γ-Flipflop realisiert werden. Die Wirkung besteht darin, daß ab dem Zeitpunkt der Überlagerung ein konstanter Schließwinkel durch das Signal UU vorgegeben wird. Dies ist durch die unterbrochene Linie dargestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einer Zündspule, in deren Primärstromkreis ein elektronischer Schalter und in deren Sekundärstromkreis wenigstens eine Zündstrecke geschaltet ist, mit einer Schließwinkelregelvorrichtung zur Regelung der Schaltzeiten des elektronischen Schalters in Abhängigkeit der Signale eines Zündzeitpunktgebers, in dem periodisch drehzahlabhängige Zahlenwerte ermittelt und gesteuert durch jeweils eine den elektronischen Schalter (21) öffnende Flanke eines Gebersignals in einer Zählvorrichtung ausgezählt werden, wobei bei Erreichen eines festlegbaren Auslösezahlenwerts der elektronische Schalter geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch diese Gebersignalflanke zusätzlich auch die periodische Erfassung des drehzahlabhängigen Zahlenwerts ausgelöst wird, und daß der Auslösezahlenwert durch periodische Aufwärts-AAbwärts-Zählvor- gänge festgelegt wird, wobei die Aufwärts-Zählvorgänge zeitlich konstant und die Abwärts-Zählvorgänge durch die Stromflußdauer des Stroms durch die Zündspule (23) oberhalb eines festlegbaren Stromwerts bestimmt sind.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Zählvorrichtung (17) zur Bestimmung des Auslösezahlenwerts sowie die Ausgänge der Zählvorrichtung (14) zur Auszählung der drehzahlabhängigen Zahlenwerte über einen Komparator (18) mit dem elektronischen Schalter (21) verbunden sind.

3. Zündanlage nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ruhestromabschaltung die Ausgänge einer Zählvorrichtung (13) zur Ermittlung der drehzahlabhängigen Zahlenwerte mit einer Schwellwertstufe (29) verbunden sind durch die über eine Torstufe (19) das Steuersignal für den elektronischen Schalter (21) sperrbar ist.

4. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einhaltung einer minimalen Offenzeit des elektronischen Schalters (21) bei hohen Drehzahlen eine als Zeitglied geschaltete Zählvorrichtung (15) jeweils ab einem Zündzeitpunkt eine feste Zahl (X) auszählt und über eine Torstufe (19) während der Auszählung das Steuersignal für den elektronischen Schalter (21) sperrt.

5. Zündanlage mit einem einen Grundschließwinkel vorgebenden Zündzeitpunktgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuersignal für den elektronischen Schalter (21) das Ausgangssignal des Zündzeitpunktgebers (10,11) überlagert wird.

6. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der drehzahlabhängige Zahlenwert einer Schwell wertstufe (33) zuführbar ist, durch die bei Überschreiten einer niederen Drehzahlschwelle das Ausgangssignal des Zündzeitpunktgebers (10,11) über eine Torstufe (32) sperrbar ist, so daß keine Überlagerungen mehr stattfinden.