DE3106957A1

DE3106957A1 - Statische zuendeinrichtung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3106957A1
Application number: DE19813106957
Authority: DE
Inventors: Roberto 10100 Torino Troisi
Original assignee: Fiat Auto SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1980-02-28
Filing date: 1981-02-25
Publication date: 1982-01-14
Also published as: FR2477234B1; IT1128870B; FR2477234A1; IT8067308A0

Description

Statische Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine statische Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine elektronische Zündschaltung, die vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich zum Steuern der Zündung einer Zweitaktmaschine, und zwar insbesondere der Motoren von Hennkraftfahrzeugen, geeignet ist.

Die statischen Zündeinrichtungen, die gegenwärtig benutzt werden, liefern der Zündkerze die Zündspannung mit

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einem konstanten Vorzündwinkel von etwa 20° in Bezug auf die Stellung der Kurbelwelle, in welcher sich der Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet. Es wurde Jedoch festgestellt, daß im Falle sehr hoher Drehzahlen die Leistung der Maschine verbessert werden kann, wenn die Größe des Vorzündwinkel proportional vermindert wird, d.h., wenn der Zündzeitpunkt bei Erhöhung der Drehzahl zunehmend verzögert wird. Eine Forderung dieser Art ergibt sich besonders bei Rennmaschinen, bei welchen die Drehzahl allgemein im Bereich von 7000 bis 12 000 U/min gehalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine statische Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen zu schaffen, die in der Lage ist, Steuersignale für die elektrische Zündung zu liefern, die von der augenblicklichen Drehzahl der Maschine abhängen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine statische Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen gelöst, die umfaßt einen elektromechanischen Wandler, der mit einem entsprechenden Auslöseelement zusammenwirkt und bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein Impulssignal liefert, eine statische Zündschaltung, die wenigstens ein Halbleiterelement mit steuerbarem Leitungszustand, einen Kondensator und eine Spule umfaßt, und eine elektronische Steuerschaltung, die einen mit dem Wandler verbundenen Eingang und einen mit der Steuerelektrode des Halbleiterelementes verbundenen Ausgang aufweist, dem sie ein Impulssignal zuführt, das in Abhängigkeit von der Frequenz des vom Wandler gelieferten Impulssignales verzögert ist.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer statischen Zündeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Steuerschaltung der Zündeinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm, das die theoretische Abhängigkeit des Vorzündwinkels als Funktion der Motordrehzahl und die mittels der Zündeinrichtung nach Fig. 1 tatsächlich erzielte Variation des Vorzündwinkels veranschaulicht, und

Fig. 4, 5 und 6

Zeitdiagramme zur Erläuterung des Verhaltens der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung in Abhängigkeit voncut-Spannungssignalen, die an bestimmten Stellen der Schaltung nach Fig. 1 auftreten.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 10 allgemein eine statische Zündeinrichtung mit Kondensatorentladung bekannter Art bezeichnet, die im einzelnen einen Schwungmagnetzünder 11, eine gesteuerte Siliziumdiode 12, einen Kondensator 13 und eine Spule 14 umfaßt. Der Schwungmagnetzünder 11 besitzt eine Statorwicklung 16, von deren

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Enden das eine mit Masse und das andere über die Anoden-Kathoden-Strecke einer Diode 17 ^mit der Anode der gesteuerten Siliziumdiode 12, deren Kathode mit Erde verbunden ist, mit der ersten Bewegung eines Kondensators 13 und mit der Kathode einer Diode 18 verbunden ist,deren Anode an Erde angeschlossen ist.Die zweite Belegung des Kondensators ist über die Primärwicklung 20 der Spule 14 mit Masse verbunden, die eine Sekundärwicklung 21 umfaßt, deren erstes Ende mit Masse und deren zweites Ende mit s— einer Klemme 22 verbunden ist. Endlich sind zwischen diese Klemme und Erde, in Serie zueinander und einander gegenüberstehend ,die beiden Elektroden einer Zündkerze 23 geschaltet.

Der Schwungmagnetzünder 11 weist auch einen 4-poligen Rotor 25 auf, der an seinem Gehäuse einen aus Metall bestehenden Zahn 26 aufweist, der radial vorsteht. Ein elektromagnetischer Wandler 29 ist dem Gehäuse des Rotors 25 derart gegenüberstehend angeordnet, daß der metallische Zahn 26 den magnetischen Kreis des Wandlers 29 bei jeder vollen Umdrehung einmal schließt. Mehr im einzelnen ist der Zahn 27 auf dem Gehäuse des Rotors 25 in solcher Weise angeordnet, daß er in dem Wandler 29 ein Pulssignal induziert, das in Bezug auf den oberen Totpunkt einen vorgegebenen Vorzünd.winkel von beispielsweise 18° aufweist. Das von dem Wandler 29 erzeugte Impulssignal wird einer elektronischen Steuerschaltung 30 zugeführt, die nach den Lehren dei* vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, und es ist ein Ausgang dieser Schaltung mit der Steuerelektrode (Gate) der gesteuerten Diode 12 verbunden.

In Fig. ? ist zwischen einer Eingangsklemme 31 und einer Ausgangsklemme 3? das vereinfachte Blockschaltbild der in

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Pig. 1 enthaltenen elektronischen Steuerschaltung 30 dargestellt. Wie ersichtlich, ist die Klemme 31 mit den Eingängen von Frequenz/Spannunge-Umsetzern 34· und 35 und dem Eingang eines Schwellenwertdetektors 36 verbunden. Die Umsetzer 34- und 35 können unter Verwendung der integrierten Schaltungen IM 2907, hergestellt von der Firma NATIONAL, gebildet werden. Der Umsetzer 34· ist in nicht dargestellter Weise so ausgebildet, daß er eine als "Speed Switch" bekannte Schaltungsanordnung bildet, deren Ausgangssignal auf dem Pegel einer logischen "1" bleibt, solange die Frequenz des Eingangssignales kleiner oder gleich ist als 100 Hz, was einer Drehzahl des Motors von 6000 U/min entspricht, während das Ausgangssignal den logischen Pegel "0" annimmt, wenn die Frequenz des Eingangssignals größer ist als 100 Hz. Im Gegensatz dazu ist der Frequenz/Spannungs-Umsetzer 35 in solcher Weise geschaltet, daß er kontinuierliche Ausgangsspannnungen liefert, die linear mit der Frequenz des Eingangssignales zunehmen. Beispielsweise steigt die Spannung des Ausgangssignales von 0 auf 1 V an, wenn die Frequenz des Eingangssignales von 0 auf 200 Hz zunimmt, also die Drehzahl des Motors von 0 auf 12 000 U/min erhöht wird.

Die Ausgänge des Umsetzers 34· und des Schwellenwertdetektors 36 sind mit dem ersten bzw. zweiten Eingang eines UND-Gliedes 37 verbunden, dessen Ausgang mit dem ersten Eingang eines ODEH-Gliedes 38 verbunden ist, das ebenfalls zwei Eingänge besitzt. Der Ausgang des Schwellenwertdetektors 36 ist mit dem Steuereingang eines Zählers 39 verbunden, während der Ausgang des Umsetzers 35 über einen Spannungs/Frequenz-Umsetzer 40 mit dem Takteingang des Zählers 39 verbunden ist. Der Spannungs/Frequenz-Umsetzer 4-0 kann auf einfache Weise unter Verwendung der

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integrierten Schaltung 4007, hergestellt von der Firma SGG, aufgebaut werden. Dieser Umsetzer hat ein Ausgangssignal, dessen Frequenz der seinem Eingang zugeführten Gleichspannung umgekehrt proportional ist.

Ein Ausgang des Zählers 39» an dem ein Impuls Jedesmal dann anliegt, wenn nach dem Empfang eines Freigabesignales vom Ausgang des Schwellenwertdetektors 36 der Zähler eine vorgegebene Anzahl, beispielsweise 12, der von dem Umsetzer 4-0 zugeführten Taktimpulse gezählt hat, ist mit einem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 38 verbunden. Der Ausgang dieses ODER-Gliedes ist mit der Klemme 32 über ein Monoflop 41 verbunden, bei dem es sich beispielsweise um die integrierte Schaltung 4049 der Firma SGS handeln kann.

Fig. 3 veranschaulicht das Verhalten des VorzündwinkeIs in Grad als Funktion der in U/min gemessenen Drehzahl der Maschine. Die ausgezogene Kurve A veranschaulicht das theoretisch erwünschte Verhalten, während die strichpunktierte Kurve B die mittels der Steuerschaltung 30 tatsächlich erzielte Variation des VorhaltwinkeIs veranschaulicht. Endlich zeigen die Figuren 4, 5 und. 6 als Funktion von tot das Verhalten von Signalen V^, V₂ und V, an entsprechenden Punkten des Schaltbildes nach Fig. 1.

Die Wirkungsweise der Zündeinrichtung 10 wird nun zunächst unter Bezugnahme auf das Schaltbild nach Fig. 2 erläutert. Es sei angenommen, daß die Drehzahl der Kurbelwelle fortlaufend zunimmt, bis sie Werte in der Größenordnung von 12 000 U/min erreicht, so daß die Frequenz des von dem elektromagnetischen Wandler gelieferten Impuls-

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signales zunimmt, bis es Werte von 200 Hz erreicht. Solange die Frequenz dieses Signales, das an der Klemme 31 anliegt, kleiner oder gleich ist als 100 Hz, bleibt das Ausgangssignal des Frequenz/Spannungs-Umsetzers 34 auf dem Pegel einer logischen "1". Demgemäß wird jedes Impulssignal, das der Klemme 31 zugeführt wird, von dem Schwellenwertdetektor 36 quadriert und dem Eingang des Monoflop 41 über das UND-Glied 37 und das ODER-Glied 38 zugeführt. Demgemäß liefert das Monoflop 41 einen impuls vorgegebener Amplitude und Dauer, der an die Klemme 32 geliefert wird.

Für jede Frequenz des Impulssignales, das am Eingang 31 anliegt, liefert die Gruppe der Umsetzer 35 und 40 ein entsprechendes WechselStromsignal an den Takteingang des Zählers 39· Dieses Taktsignal verändert den Inhalt des Zählers 39 erst von dem Augenblick an, in dem der Zähler ein Freigabesignal vom Ausgang des Schwellenwertdetektors 36 empfängt. Da bei Frequenzen bis zu 100 Hz dieses Freigabesignal auch das Signal ist, welches sofort das Monoflop 41 auslöst, kann der Steuerimpuls, der von dem Zähler 39 am Ende des Zählvorganges geliefert wird, den Zustand des Monoflop 41 nicht mehr beeinflussen, da dieser bereits vorher ausgelöst worden war. Infolgedessen ist bei Frequenzen, die kleiner oder gleich 100 Hz sind, was Drehzahlen bis zu 6000 U/min entspricht, das Signal, das die elektronische Steuerschaltung 30 an der Klemme liefert, mit dem Impulssignal in Phase, das die Steuerschaltung 30 von dem elektromagnetischen Wandler an der Eingangsklemme 31 empfängt. Demgemäß liefert die Steuerschaltung 30 bei Drehzahlen bis zu 6000 U/min der Kurbel-

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welle ein Ausgangssignal mit einem konstanten Vorzündwinkel von 18°in Bezug auf die dem oberen Totpunkt entsprechende Stellung der Kurbelwelle.

Bei Frequenzen, die 100 Hz überschreiten, wird das Ausgangssignal des Frequenz/Spannungs-Umsetzers 34 im wesentlichen auf dem Pegel einer logischen "0" gehalten. Daher ist nur der untere Teil der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung aktiv, in welchem der Frequenz/Spannungs-Umsetzer 35 ein Gleichspannungs-Ausgangssignal liefert, das der Frequenz des der Eingangsklemme 31 zugeführten Signales direkt proportional ist. Dementsprechend nimmt die Frequenz des Ausgangssignales des Spannungs/Frequenz-Umsetzers 40 ab. Jedes Pulssignal, das der Eingangsklemme 31 zugeführt wird, veranlaßt den Schwellenwertdetektor dem Steuereingang des Zählers 39 ein Signal zuzuführen, welches das Fehlen der vom Umsetzer 40 erzeugten Taktimpulse auslöst, bis nach Erreichen des vorgegebenen Zählerstandes der Zähler ein Signal mit dem Pegel einer logischen "1" erzeugt, welches über das ODER-Glied 38 das Monoflop auslöst. Die Zeit, die der Zähler zum Erreichen des vorbestimmten Standes benötigt, ist der Frequenz des ihm zugeführten Taktsignales umgekehrt proportional. Infolgedessen ist bei zunehmenden Frequenzen des Signales, das der Eingangsklemme 31 zugeführt wird, das von der elektronischen Schaltungsanordnung 30 erzeugte und an der Klemme 32 anliegende Signal gegenüber dem an der Eingangsklemme 31 anliegenden Signal zunehmend verzögert, wenn die Frequenzwerte 100 Hz überschreiten, was Drehzahlen von mehr als 6000 U/min entspricht. Die Beziehung zwischen der Frequenz des der Eingangsklemme 31 zugeführten Signales und der Verzögerung des an der Klemme anliegenden Signales hängt im wesentlichen von den Um-

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-Λλ -

setzern 35 und 40 ab und ist in Fig. 3 durch die Kurve B veranschaulicht. Fig. 3 gestattet einen Vergleich dieser Beziehung mit der theoretischen Kurve A, die eine optimale Leistung der Maschine unter dem Gesichtspunkt der Zündung gewährleistet.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, wird bei jeder Umdrehung des Rotors 25 ein Signal V^ (Fig. 4), das aus zwei Perioden einer Sinusschwingung besteht, in der Statorwicklung 16 induziert. An der Kathode der Diode 17 liegt ein Signal V₂ (Pig. 5) an, das den Kondensator 13 über die Primärwicklung 20 der Spule 14 auflädt. Dadurch wird der Kondensator 13 mit einer Gleichspannung geladen, und es wird der Kondensator über die Primärwicklung 20 der Spule 14 nur dann entladen, wenn die elektronische Steuerschaltung 30 das Pulssignal V, (Fig. 6) erzeugt, welches der Steuerelektrode der gesteuerten Diode 12 zugeführt wird, so daß die Diode in den leitenden Zustand versetzt wird. Unter diesen Umständen wird ein Strom in der Selrundarwicklung der Spule 14 induziert, der seinerseits Anlaß zur Ausbildung des Funkens zwischen den einander gegenüberstehenden Elektroden der Zündkerze 23 gibt. Daher ist es das von der elektronischen Steuerschaltung 30 erzeugte Signal V,, welches den Augenblick bestimmt, in dem die Entladung des Kondensators 13 über die Spule 14 beginnt, und wie vorstehend ausgeführt, eilt dieser Augenblick dem oberen Totpunkt immer dann um 18° vor, wenn die Drehzahl kleiner als oder höchstens gleich 6000 U/min ist, wogegen dieser Augenblick gegenüber diesen 18° in zunehmenden Maße verzögert wird, wenn die Drehzahl 6000 U/min überschreitet, bis dieser Augenblick mit dem oberen Totpunkt des Kolbens übereinstimmt, wenn die Drehzahl 12 000 U/min erreicht.

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Eine Analyse der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung 10 läßt erkennen, daß diese Zündeinrichtung die Nachteile der "bekannten Einrichtungen zu überwinden gestattet·

Insbesondere erlaubt die spezielle Ausbildung der Steuerschaltung 30 nicht nur eine Verzögerung des Zündzeitpunktes der Zündkerze 23 bei Überschreiten eines bestimmten Wertes der Drehzahlen, sondern es wird, wie Fig* 3 zeigt, ein Verhalten der Verzögerung (Kurve B) erreicht, das im wesentlichen mit der theoretischen Kurve A übereinstimmt, die von dem Hersteller der Maschine zum Erreichen einer optimalen Leistungsfähigkeit verlangt wird.

Endlich ist offensichtlich, daß an der beschriebenen Aueführungsfora der Zündeinrichtung 10 und insbesondere an der elektronischen Steuerschaltung 30 Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen-«-

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Statische Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt einen elektromechanischen Wandler (29), der mit einem entsprechenden Auslöseelement zusammenwirkt und "bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ein Impulssignal liefert,

eine statische Zündschaltung, die wenigstens ein Halbleiterelement (12) mit steuerbarem Leistungszustand, einen Kondensator (13) und eine Spule (14) umfaßt, und eine elektronische Steuerschaltung (30), die einen mit dem Wandler (29) verbundenen Eingang und einen mit der Steuerelektrode des Halbleiterelementes (12) verbundenen Ausgang aufweist, dem sie ein Impulssignal zuführt, das in Abhängigkeit von der Frequenz des vom Wandler (29) gelieferten Impulssignales verzögert ist.
2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerschaltung (30) einen Zähler (39)

Γ~- und einen Frequenz/Frequenz-Umsetzer (35,40) umfaßt, die beide einen mit dem Wandler (29) verbundenen Steuereingang aufweisen, während der Ausgang des Umsetzers (35,40) mit einem Takteingang des Zählers (39) und der Ausgang des Zählers (39), an dem nach einer vorbestimmten Anzahl von Taktsignalen ein Impulssignal erscheint, mit dem Steuereingang des Halbleiterelementes (12) verbunden ist.
3. Zündeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß der Frequenz/Frequenz-Umsetzer aus einem Frequenz/Spannungs-Umsetzer (35) und einem diesem nachgeschalteten Spannungs/Frequenz-Umsetzer (40) besteht.
4. Zündeinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs/Frequenz-Umsetzer (40) ein Ausgangssignal liefert, dessen Frequenz zur Spannung des ihm zugeführten Eingangssignales umgekehrt proportional ist.
5. Zündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerschaltung (30) einen Hilfs-Frequenz/Spannungs-TJmsetzer (34) umfaßt, der die sofortige Übertragung des Eingangs-Impulses zum Ausgang der elektronischen Steuerschaltung (30) ermöglicht, wenn die Frequenz des vom Wandler (29) gelieferten Impulssignales kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.
6. Zündeinrichtung nach Anspruch 5 in. Abhängigkeit von einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Frequenz/Frequenz-Umsetzer (35»40) und dem Hilfs-Umsetzer (34) ein Monoflop (41) nachgeschaltet ist.

7· Statische Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen, im wesentlichen wie vorstehend anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.

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