DE3608740C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kondensator-Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetgenerator und einem Impulsgeber zum Durchschalten eines den Kondensator über die Primärwicklung der Zündspule entladenden elektronischen Schalters.

Bei derartigen Kondensator-Zündanlagen erfolgt das Durch­ schalten des elektronischen Schalters entweder durch einen Fremd-Zündimpulsgeber oder aber durch einen internen Zünd­ impulsgeber, der beispielsweise ausgehend vom Ladezustand des Kondensators, über einen Spannungsteiler das benötigte Zündsignal erzeugt. Gegenüber dieser letzteren Art der Er­ zeugung des Zündsignals, die sehr einfach im Aufbau ist, hat das Vorsehen eines externen Zündimpulsgebers den Vorteil, daß eine größere Variabilität hinsichtlich der Wahl und Lage des Zündzeitpunktes möglich ist.

Eine Kondensator-Zündanlage der anfangs genannten Art ist auf der Offenlegungsschrift DE 31 00 404 A1 bekannt. Der darin verwendete Winkelstellungsgeber umfaßt zwei Signalspulen für ein erstes Winkelsignal und ein zweites Winkelsignal, dessen erzeugte Impulsbreite größer als die des ersten Winkel­ signals ist. Die beiden Signalspulen sind in Umfangs­ richtung des Schwung- bzw. Polrades zueinander versetzt an­ geordnet und werden zusammenwirkend zur Realisierung einer zusammengesetzten bzw. Verbund-Frühzündungskennlinie ver­ wendet: im Niedrigdrehzahlbereich der Maschine wird der Zündzeitpunkt mittels des zweiten Spulen- bzw. Winkelsignals bestimmt, das in einer gegenüber der Erzeugungsposition des ersten Spulen- bzw. Winkelsignals verzögerten Kurbel­ wellenposition erzeugt wird und somit eine größere Impuls­ breite besitzt als das erste Winkelsignal, während seine Wellenform mit zunehmender Maschinendrehzahl an­ steigt. Hierdurch soll sich die Verbund-Frühzündungskenn­ linie, zusammengesetzt aus einer ersten Frühzündungskennlinie aufgrund des ersten Winkelsignals und einer zweiten Früh­ zündungskennlinie aufgrund des zweiten Winkelsignals, ergeben und im niedrigen Drehzahlbereich, in welchem große Drehzahländerungen auftreten können, zu einem genauen stabilen Zündzeitpunkt beitragen.

Dieser bekannten Anordnung ist allerdings die Variabilität hinsichtlich der Wahl und Lage des Zündzeitpunkts mehr oder weniger auf die vorherige konstruktive Ausgestaltung des Winkelstellungsgebers mit den beiden versetzten Signalspulen beschränkt. Der Konstrukteur kann zwar den Zündzeit­ punkt auf jeden beliebigen gewünschten Zeitpunkt legen, jedoch ist es nicht mehr möglich, daß der Zündzeitpunkt im Betrieb - noch dazu möglich selbsttätig entsprechend jeweiligen Belastungsanforderungen - verstellt wird.

Ferner ist es bekannt (Offenlegungsschrift DE 30 06 288 A1), eine Transistor-Zündung durch einen Mikrorechner zu steuern, in dessen Festwertspeicher für jede Drehzahl der Brennkraftmaschine ein Zündzeitpunkt-Verstellsignal einge­ speichert ist. Das aus dem Speicher abgerufene Verstellsignal wird in ein Zeitsignal umgerechnet und mit einer internen Zeitreferenz verglichen. Bei Übereinstimmung wird das Zündsignal ausgegeben. Allerdings ist nur eine einzige Zündzeitpunkt-Verstellinie abgespeichert, so daß unter­ schiedlichen Betriebsbedingungen, die einerseits bei Dreh­ zahlen mit steigender Tendenz und andererseits mit fallender Tendenz auftreten, nicht Rechnung getragen wird.

Bei einer weiteren bekannten Transistor-Zündanlage (Offen­ legungsschrift DE 33 26 278 A1) wird zwar von einer im niedrigen Drehzahlbereich verzweigt zusammengesetzten Zündzeitpunkt- Kennlinie Gebrauch gemacht, indem diese ein Mikro­ rechner in seinem Speicher abruft und zur Berechnung der Zündzeitpunkt-Verstellung benutzt: Der Mikrorechner erfaßt ein Abfallen der Drehzahl unter einen bestimmten Schwellwert für eine Leerlaufdrehzahl, und abhängig davon wird der Zündzeitpunkt in Richtung Frühzündung entsprechend der Kennlinienverzweigung angehoben. Hierdurch soll bei Ab­ fallen unter die stabilisierte Leerlaufdrehzahl der Motor wieder bis zum stabilen Leerlauf beschleunigt werden. Aller­ dings erfolgt die Verzweigung nur bei Unterschreiten eines Drehzahl-Schwellwertes, der dem unteren Drehzahlbereich angehört. Nehmen nach erfolgter Verzweigung die Drehzahlen plötzlich wieder zu, so wird dieser momentanen Veränderung des Betriebszustands nicht Rechnung getragen, weil die Drehzahlen nicht nach der Zeit differenziert werden.

Es ist an sich bekannt (vgl. Offenlegungsschrift DE 34 44 200 A1), für Transistor-Zündanlagen Mikrorechner einzusetzen, deren für ihre Stromversorgung notwendige Energie vom ro­ tierenden Magnetgenerator abgeleitet wird. Um bei zu niedrigen Drehzahlen einen Ausfall oder Fehlfunktionen des Mikro­ rechners zu vermeiden, ist ein Sicherheitsschaltkreis vorgesehen. Dieser weist einen Ladekondensator auf, der vom Magnetgenerator in Verbindung mit dessen Induktionsspulen herrührende Spannungsimpulse aufintegriert. Ist die Anzahl der dem Ladekondensator gelieferten Impulse zu gering, fällt dessen Spannung unter einen Schwellwert ab. Dies wird von einem Rücksetzschaltkreis detektiert, der solchenfalls dem Mikrorechner einen definierten Rücksetzimpuls gibt, damit dieser wieder funktionsgerecht starten kann.

Auch für den höheren Drehzahlbereich ist es bekannt (Offen­ legungsschrift DE 34 13 089 A1), verschiedene Zündzeit-Ver­ stellkurven in einem Mikrorechner zu speichern, um die ent­ sprechende Zündanlage für eine große Auswahl von Brenn­ kraftmaschinen anwendbar zu machen. Dabei ist der Mikro­ rechner mit speziellen Eingängen für einen Code versehen, der eine Information für die Auswahl einer ganz bestimmten Kurve vermittelt. Die Codierung wird vor dem Einsatz dadurch vorgenommen, daß Mikrorechner-Anschlüsse entweder auf hohes oder auf Massepotential gelegt werden. Damit ist eine Auswahl unterschiedlicher Kennlinien dynamisch je nach unter­ schiedlichem Maschinen-Betriebszustand nicht möglich.

Zur Schaffung einer rücklaufsicheren Zündanlage ist es schließlich bekannt, den Impulsgeber der Zündanlage mit der Wicklung des Magnetgenerators zu verbinden und mit Dioden zu beschalten.

Angesichts dieses Standes der Technik, insbesondere hin­ sichtlich der bisher bekannten Verarbeitung von verzweigten Zündzeitpunkt-Verstellinien wird das der Erfindung zugrunde liegende Problem aufgeworfen, eine Kondensator-Zündanlage der im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Art so aus­ zubilden, daß der Zündzeitpunkt je nach momentan steigender oder fallender Drehzahl dynamisch verstellt werden kann. Zur Lösung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,

• a) daß der vom Magnetgenerator angesteuerte, mit einem Drehzahlmesser versehene Zündimpulsgeber über ein ein­ gespeichertes Zündkennfeldprogramm eine drehzahlabhängige Verzögerung des Zündimpulses gegenüber dem Magnet­ generator-Impuls bewirkt, und
• b) daß der Drehzahlmesser im ganzen Drehzahlbereich ständig feststellt, ob die Drehzahl gerade steigend oder fallend ist und ein entsprechendes Unterscheidungssignal erzeugt, und
• c) daß das Zündkennfeldprogramm unterschiedliche Programm­ zweige zur niedrigeren oder höheren Frühverstellung bei gleichen Drehzahlen aufweist, die abhängig vom Unter­ scheidungssignal aufgerufen werden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also zunächst ein Zündimpuls erzeugt, der weiter vom gewünschten Zündzeit­ punkt nach vorwärts verschoben ist, als er in der Praxis jemals benötigt werden wird. Von diesem festen Zeitpunkt aus erfolgt nunmehr eine den jeweiligen Betriebsbedingungen und Belastungen des Motors entsprechende Verzögerung des eigent­ lichen Zündimpulses, d. h. der Magnetgenerator-Impuls wird durch eine Verzögerungsschaltung geschickt, bis er an deren Ausgang als eigentliches Zündsignal zum Durchschalten des elektronischen Schalters, beispielsweise eines Thyristors oder eines Transistors, abgegeben wird. Durch ein eingespeichertes Zündkennfeldprogramm erfolgt nicht nur je nach Drehzahl eine andere optimal angepaßte Verzögerung des Zündimpulses, sondern es ist dabei auch möglich, den Zündzeitpunkt für fallende Drehzahlen anders zu programmieren, als für steigende. Zu diesem Zweck ist der Drehzahlmesser so ausgebildet, daß er ein Signal erzeugt, welches steigende und fallende Drehzahlen voneinander unterscheidet. Hierzu ist es lediglich erforderlich, daß ein Speicher mit vorgesehen ist, der die jeweilige Abstandslänge zweier vor­ hergehender Impulse des Magnetgenerators speichert und mit dem letztgemessenen Abstand vergleicht um festzustellen, ob der Abstand kleiner geworden ist (größere Drehzahl) oder ob der Abstand größer geworden ist, und damit die Drehzahl ab­ gesunken ist.

Die erfindungsgemäße Kondensator-Zündanlage ermöglicht auch eine sehr einfache Absicherung der Brennkraftmaschine gegen Rückwärtslauf, indem ein die Abgabe von Zündimpulsen bei falscher Drehrichtung des Motors verhindernder Drehrichtungs­ detektor vorgesehen werde kann. Ein derartiger Drehrichtungs­ detektor läßt sich dabei besonders einfach in der Weise re­ alisierten, daß die Zahl der im Magnetgenerator induzierten positiven und/oder negativen Halbwellen festgestellt wird. Bei Beachtung des üblichen Aufbaus derartiger Magnetgenerato­ ren mit einem U-förmigen Eisenkern und eine auf einem Schenkel dieses Kerns angeordneten Spule ergibt sich nämlich je nach Drehrichtung des mit einmem Permanentmagneten versehenen Pol­ rades eine induzierte Spannung in der Spule, die entweder aus zwei negativen und einer positiven oder aus zwei posi­ ven und einer negativen Halbwelle besteht. Durch Feststellen der Zahl der positiven und/oder negativven Halbwellen läßt sich somit die Drehrichtung des Polrades sehr einfach fest­ stellen.

Die erfindungsgemäße Zündimpulsverzögerungseinrichtung zur optimalen Programmierung des jeweiligen Zündzeitpunktes läßt sich sehr einfach in Form eines, den Drehrichtungsdetektor, den Drehzahlmesser, das Zündkennfeldprogramm und die Impuls­ verzögerungseinrichtung umfassenden, als Mikrochip aufgebau­ ten kundenspezifischen Schaltkreises realisieren, der nicht zuletzt wegen seiner Kleinräumigkeit und wegen seiner univer­ sellen Einsetzbarkeit sogar ein Nachrüsten bereits vorhande­ ner Kondensator-Zündanlagen gestattet.

Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, daß die Stromversorgung des Zündimpulsgebers als Energiequelle eine dem Polrad des Magnetgenerators zugeordnete Spule auf­ weist. Dieses Vorsehen einer getrennten Spule, in welcher vom vorbeilaufenden Magneten des Polrades eine anschließend gleichgerichtete und geglättete Versorgungsspannung induziert wenn man - was ebenfalls bereits vorgeschlagen worden ist - jeweils die eine Halbwelle des Magnetgeneratorimpulses für die Wahl des Zündzeitpunktes und die andere zur Erzeugung der Versorgungsspannung heranzieht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Aus­ führungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein teilweise als Blockschaltbild vereinfacht dar­ gestelltes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Konden­ sator-Zündanlage,

Fig. 2 eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 1 mit einem Graetz-Gleichrichter im Ladekreis des Kondensators,

Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen des Polrades und der Lade­ spule mit den jeweils induzierten Spannungen für die beiden unterschiedlichen Drehrichtungen des Polrades, und

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Zündkennfeldpro­ grammes für die Verstellung des Zündwinkels gegenüber der Drehzahl.

Die Schaltung nach Fig. 1 zeigt im oberen Teil eine übliche Kondensator-Zündanlage, bei der das in der Ladespule L₁ von einem vorbeilaufenden Polrad induzierte Signal den Lade-Kon­ densator C₁ auflädt, der in Serie mit der Primärwicklung L₂ der Zündspule liegt. Durch einen über die Leitung 1 ankommen­ den Zündimpuls wird im jeweils gewünschten Zündzeitpunkt der Thyristor Thy durchgeschaltet und entlädt den Kondensator C₁ über die Primärwicklung L₂ der Zündspule, so daß in deren Sekundärwicklung L₃ der Zündimpuls induziert werden kann. Zur Erzeugung des Zündimpulses dient die im unteren Teil von Fig. 1 wiedergegebene Schaltung, wobei die außerhalb des eingerahmten, das Wesen der vorliegenden Erfindung wiedergebenden, Verzögerungs­ teils 2 angeordneten Glieder die Stromversorgung darstellen, bei der ausgehend von einem in einer weiteren Spule L₄ vom Polrad induzierten Spannung eine Versorgungsgleichspannung erzeugt wird. Über den Eingang 3 wird das in L₄ induzierte Signal als Eingangsimpuls an die Schaltung 2 angelegt, die zunächst einen Drehrichtungsdetektor 4 aufweist. Dieser Dreh­ richtungsdetektor stellt die Zahl der positiven und/oder nega­ tiven Halbwellen des Eingangsimpulses fest, aus denen man, wie in den Fig. 3 und 4 im einzelnen dargestellt ist, die Drehrichtung des Polrades 5 ermitteln kann. In der auf dem U-förmigen Eisenkern 6 angeordneten Ladespule L₁/L₄ wird näm­ lich entweder die Spannung mit zwei negativen und einer posi­ tiven Halbwelle induziert, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, oder aber bei umgekehrter Drehrichtung des Polrades, ein Spannungsimpuls gemäß Fig. 4 mit zwei positiven und einer negativen Halbwelle. Der Drehrichtungsdetektor ist einfach so ausgebildet, daß er nur dann den am Eingang 3 zugeführten Eingangsimpuls als Ausgangsimpuls wieder abgibt, wenn die Brennkraftmaschine vorwärts läuft. Dieser Impuls wird nunmehr der eigentlichen Impulsverzögerungsschaltung 7 zugeführt, die am Ausgang über die Leitung 1 den Zündimpuls an den Thyristor abgibt. Das Ausmaß der Verzögerung des am Eingang 8 der Im­ pulsverzögerungsschaltung zugeführten, mit dem Eingangsimpuls bei 3 im wesentlichen synchronen Zündsignals erfolgt drehzahl­ abhängig nach Maßgabe eines eingespeicherten Zündkennfeldpro­ grammes. Der Ausgangsimpuls des Drehrichtungsdetektors wird zusätzlich einem Drehzahlmesser 10 zugeleitet, der nicht nur durch Messung des Abstandes zweier aufeinanderfolgender Impulse die Drehzahl selbst ermittelt, sondern auch feststellt, ob die Drehzahl gerade steigend oder fallend ist. Durch den entsprechenden Schaltungsteil 11 wird ein Unterscheidungssignal erzeugt, so daß bei gleicher Drehzahl im Zündkennfeldprogramm unterschiedliche Zündzeitpunkte jeweils für steigende und fallende Drehzahlen vorprogrammiert sein können, wie sich aus dem sche­ matischen Diagramm in Fig. 5 ergibt. Dadurch ist es möglich, daß bei sinkender Drehzahl nicht der normale abfallende Zweig I der Zündwinkelverstellkurve gegenüber der Drehzahl eingehalten wird, sondern eine Frühverstellung entsprechend dem Zweig II vorgenommen wird, was den Vorteil hat, daß der Motor nicht aus­ gehen kann.

Die Schaltung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß anstelle der einfachen Gleichrichtung des Ladeimpulses der Spule L₁ zum Aufladen des Ladekondensator C₁ ein Brückengleichrichter verwendet wird. Die im Kasten 2 zusammengefaßte Zündimpulsverzögerungsschaltung kann bevorzugt als kundenspezifischer Schaltkreis auf einem Mikrochip aufgebaut sein.

Claims (6)

1. Kondensator-Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetgenerator und einem Zündimpulsgeber zum Durchschalten eines den Kondensator über die Primär­ wicklung der Zündspule entladenden elektronischen Schalters, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß der vom Magnetgenerator angesteuerte, mit einem Drehzahlmesser (10) versehene Zündimpulsgeber über ein eingespeichertes Zündkennfeldprogramm (9) eine drehzahlabhängige Verzögerung des Zündimpulses gegenüber dem Magnetgenerator-Impuls bewirkt, und
• b) daß der Drehzahlmesser (10, 11) im ganzen Drehzahl­ bereich (U) ständig feststellt, ob die Drehzahl gerade steigend oder fallend ist und ein entsprechendes Unterscheidungssignal erzeugt, und
• c) daß das Zündkennfeldprogramm (9) unterschiedliche Programmzweige (I, II) zur niedrigeren oder höheren Frühverstellung bei gleichen Drehzahlen aufweist, die abhängig vom Unterscheidungssignal aufgerufen werden.

2. Kondensator-Zündanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei fallender Drehzahl der Programmzweig (II) mit der höheren Früherstellung des Zündzeitpunkts gewählt wird.

3. Kondensator-Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich­ net durch einen die Abgabe von Zündimpulsen bei falscher Drehrichtung des Motors verhindernden Drehrichtungsde­ tektor (4).

4. Kondensator-Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drehrichtungsdetektor (4) auf die Zahl der im Magnetgenerator induzierten positiven und/oder negativen Halbwellen anspricht.

5. Kondensator-Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen den Drehrichtungsdetektor (4), den Drehzahlmesser (10, 11), das Zündkennfeldprogramm (9) und die Impulsverzögerungseinrichtung (7) umfassenden, vorzugsweise als Mikrochip aufgebauten kundenspezifi­ schen Schaltkreis.

6. Kondensator-Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung des Zündimpulsgebers als Energiequelle eine dem Polrad (5) des Magnetgenerators zugeordnete Spule (L₄) aufweist.