Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Zündeinrichtung nach der Gattung des
Hauptanspruchs. Die Drehzahl eines Ottomotors, wie auch jeder
sonstigen Verbrennungsmaschine, darf einen kritischen oberen Drehzahlwert
nicht für längere Zeit überschreiten, wenn schwerwiegende Störungen
oder auch nur stärkerer Verschleiß verhindert werden soll. Die
Begrenzung der Drehzahl ist daher wichtig, insbesondere bei solchen
Ottomotoren, die zum Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendet werden. Da
beim Unterbrechen der Zündung der Motor keine Leistung mehr abgibt,
ist das Unterbrechen der Zündung eine Möglichkeit, die Drehzahl zu
begrenzen. Wird der Primärstrom der Zündspule zu einem beliebigen
Zeitpunkt unterbrochen, so ist insbesondere bei der Verwendung eines
elektronischen Zündgeräts in vielen Fällen mit dem Auftreten einer
Frühzündung zu rechnen, die insbesondere dann zu Schäden führen kann,
wenn sie häufig auftritt. Aus der DE-OS 27 21 134 ist eine
Drehzahlbegrenzungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen bekanntgeworden, bei
der zwei Zeitglieder vorgesehen sind, die beide als monostabile
Flipflops ausgebildet sind. Das Signal eines Zeitgliedes wird integriert,
während durch das andere Zeitglied eine Referenzspannungsquelle
gesteuert wird. Die Ausgangssignale des Integrierers und der
Referenzspannungsquelle werden miteinander verglichen und dieses
Ausgangssignal einem weiteren Zeitglied zugeführt. Durch den
Integrationsvorgang und das weitere Zeitglied ist das Ansprechverhalten der bekannten
Schaltungsanordnung immer noch relativ träge, da eine
Drehzahlerkennung nicht sofort erfolgt, wenn die Drehzahl überschritten ist,
sondern mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung,
bei einer Zündeinrichtung mit Drehzahlbegrenzung das Ansprechen der
Drehzahlbegrenzung beim Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl
schneller zu realisieren.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Hauptanspruchs gelöst.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat
den Vorteil, daß durch die Verwendung eines einzigen Zeitgliedes ein
wesentlich schnelleres Ansprechen der Schaltungsanordnung bei
Drehzahlüberschreitung gegeben ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen,
daß Frühzündungen mit Sicherheit vermieden werden. Die Unterbrechung
des Primärstroms der Zündspule erfolgt gleichzeitig mit dem Auftreten
oder während der Dauer eines Zündimpulses, also zum gleichen
Zeitpunkt, zu dem eine Zündung erfolgen soll und daher zu einem Zeitpunkt,
zu dem der Primärstromkreis durch das Zündgerät auch ohne
Drehzahlüberschreitung unterbrochen würde. Es ist dadurch eine hervorragende
Synchronisation zwischen den üblichen Zündsignalen und der
Drehzahlbegrenzung gegeben.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Zündeinrichtung möglich. Durch die schaltungstechnischen
Maßnahmen gemäß Anspruch 3 wird erreicht, daß Spannungsänderungen der
Betriebsspannungsquelle, mit denen in einem Kraftfahrzeug häufig zu
rechnen ist, keinen Einfluß auf die Genauigkeit haben, mit der das
Überschreiten der vorgegebenen Drehzahl festgestellt wird. Die
Anordnung kann so getroffen werden, daß das Überschreiten einer
vorgegebenen Drehzahl zur Folge hat, daß die Ladespannung des Kondensators
einen vorgegebenen Wert unterschreitet, weil er zwischen z. B. zwei
aufeinanderfolgenden Zündimpulsen nicht ausreichend aufgeladen wird,
wie im später beschriebenen Ausführungsbeispiel, oder es kann die
Anordnung so getroffen sein, daß die Ladespannung des Kondensators
beim Überschreiten der vorgegebenen Drehzahl einen vorgegebenen Wert
übersteigt, weil der Kondensator zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Zündimpulsen nicht ausreichend stark entladen wird.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 bewirkt auf besonders einfache Weise
die Synchronisation der Drehzahlbegrenzung der Zündfunkenabgabe, so
daß die Schaltungsanordnung besonders einfach und preisgünstig
ausgeführt werden kann. Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 verbessert die
Sicherheit des Umschaltvorgangs.
Die Ausführungsform nach Anspruch 5 kann die Sicherheit
des Umschaltvorgangs verbessern.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der
Zeichnung beschrieben und erläutert. Es zeigt Fig. 1
ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung zum synchronen Unterbrechen des Primärstroms,
Fig. 2 das Schaltbild eines bekannten
Transistorzündgeräts, in dem die Anschlußpunkte für die
Schaltungsanordnung nach Fig. 1 eingezeichnet sind, und Fig. 3
eine Modifikation der Schaltungsanordnung nach Fig. 1,
bei der der Primärstromkreis der Zündspule durch ein
Relais unterbrochen wird.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 wird der Eingangsklemme 1 der
Schaltungsanordnung das Zündsignal zugeführt, dies ist eine
Impulsfolge, deren einzelne positive Impulse in dem in
Fig. 2 gezeigten Gerät jeweils die Erzeugung eines
Zündfunkens veranlassen. Ein Widerstand R2, ein
Kondensator C1 und ein Komparator 2 bilden ein Filter und
einen Trigger, durch die ein zur Weiterverarbeitung in
der Schaltungsanordnung geeignetes Signal erzeugt wird.
Das Ausgangssignal des Komparators 2 wird dem
Takteingang (C) eines D-Flipflops 3 zugeführt, das in der aus
der Figur ersichtlichen Weise rückgekoppelt ist und
dessen normaler Ausgang Q mit dem negativen Eingang
eines Komparators 4 verbunden ist, dessen Ausgang mit dem
positiven Eingang eines Komparators 5, über einen
Widerstand R6 mit dem positiven Pol der
Versorgungsspannungsquelle und über einen Kondensator C2 mit Masse verbunden
ist. Der negative Eingang des Komparators 5 ist über einen
Widerstand R8 mit dem positiven Pol der
Versorgungsspannungsquelle und über einen Widerstand R7 mit Masse
verbunden. Der Ausgang des Komparators 5 führt zum D-Eingang
eines D-Flipflops 6, dessen Takteingang mit dem Ausgang Q
des D-Flipflops 3 verbunden ist. Der normale Ausgang Q des
Flipflops 6 ist mit dem positiven Eingang eines Komparators
7 verbunden, und der negierte Ausgang ≙ des D-Flipflops 6
ist über die Serienschaltung eines Kondensators C3 und
eines Widerstands R10 mit dem negativen Eingang des
Komparators 5 und um getrennte Spannungsteiler für die
Komparatoren 4 und 7 zu vermeiden mit dem negativen Eingang
des Komparators 7 sowie mit dem positiven Eingang des
Komparators 4 verbunden. Die kurzzeitige Spannungsänderung am
Verbindungspunkt vom R8 und R7 ist bei den Komparatoren 4
und 7 belanglos, da diese nun als digitale Treiber wirken.
Der Ausgang des Komparators 7 steuert einen Transistor T1
an, der zum Blockieren der Endstufe eines
Zündungssteuergeräts dient. Wenn der Transistor T1 leitend ist, wird die
Zündung unterbrochen.
In Fig. 1 sind noch weitere Bauelemente eingezeichnet, die
dazu dienen, die nötigen Betriebsspannungen an einzelne
Schaltungspunkte anzulegen. Die Komparatoren 2, 4, 5 und 7
sind innerhalb einer einzigen integrierten Schaltung 3302
angeordnet, bei diesen Komparatoren sind die
Anschlußbezeichnungen dieser integrierten Schaltung angegeben.
Gleiches gilt für die beiden D-Flipflops 3 und 6, die
innerhalb einer einzigen integrierten Schaltung 4013
angeordnet sind.
Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung arbeitet
wie folgt: Bei jedem am Eingang 1 erscheinenden
positiven Spannungsimpuls erscheint am Ausgang des
Komparators 2 ein Impuls umgekehrter Polarität, dessen
niedrigster Spannungswert etwa bei Null V, also auf
Massepotential liegt. Die Rückflanke dieses Impulses
schaltet jeweils das am D-Eingang des D-Flipflops 3
anstehende Signal auf den normalen (Q)-Ausgang durch,
der somit bei jedem auftretenden Zündimpuls seinen
Zustand wechselt. Hat dieses Ausgangssignal den
logischen Wert 0 (niedriges Potential), so ist der
Ausgang des Komparators 4 ausreichend hochohmig, so daß
sich der Kondensator C2 über den Widerstand R6
auflädt, wobei die Auflade-Zeitkonstante im
wesentlichen ausschließlich durch die Werte C2 und R6
bestimmt ist. Sobald das Potential am Ausgang des
Komparators 4 das durch den Spannungsteiler R8, R7 dem
negativen Eingang des Komparators R5 zugeführte
Potential überschreitet, liegt am D-Eingang des
D-Flipflops 6 ein Signal mit dem logischen Wert 1
(hohes Potential), das jedoch zu diesem Zeitpunkt
noch nicht zum normalen Ausgang Q durchgeschaltet
wird. Dies erfolgt erst, wenn bei dem nächsten
auftretenden Zündimpuls der Ausgang Q des D-Flipflops 3
den Wert 1 annimmt. Gleichzeitig wird der Ausgang
des Komparators 4 ausreichend niederohmig, so daß
sich der Kondensator C2 selbst bei der höchsten
zulässigen Drehzahl bis zum auftretenden nächsten
Zündimpuls sicher entladen kann. Das infolge der
Entladung des Kondensators C2 am Ausgang des Komparators 5
erscheinende Signal mit dem Wert 0 wird nicht zum
Ausgang des D-Flipflops 6 übernommen, weil dieses
Flipflop als Taktsignal nur positive Impulsflanken
verarbeitet.
Das in Fig. 2 gezeigte kontaktlos gesteuerte
Transistorzündungs-Schaltgerät ist bekannt und wird
daher nicht im einzelnen beschrieben. Die Klemme 15
liegt am positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle,
im Ausführungsbeispiel also der Fahrzeugbatterie, die
Klemme 31 liegt an Masse. Der Klemme 7 wird über einen
kontaktlosen Geber ein die Zündung auslösendes Signal
zugeführt, das in dem Gerät nach Fig. 2 noch weiter
aufgearbeitet wird. Die Klemme 16 ist mit einem
Anschluß der Primärwicklung der Zündspule 17 verbunden,
deren anderer Anschluß über einen Widerstand an dem
positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle liegt.
Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung wird an
den in Fig. 2 eingezeichneten Schaltungspunkten A, B,
C und D angeschaltet, diese Bezeichnungen sind auch in
Fig. 1 eingetragen. Solange die höchstzulässige
Drehzahl nicht überschritten ist, erzeugt das Gerät nach
Fig. 2 die Zündimpulse dadurch, daß es den Strom
durch die Primärwicklung der Zündspule 17 periodisch
unterbricht. Zum Unterbrechen des Stromflusses dienen
Zwei Transistoren T7 und T8, die als
Darlington-Schaltung geschaltet sind und die durch einen Transistor T6
angesteuert werden. Sobald die höchstzulässige
Drehzahl überschritten wird, erscheint am Ausgang des
Komparators 5 der Fig. 1 ein Signal mit dem logischen
Wert 0, weil dann der Abstand zwischen
aufeinanderfolgenden Zündsignalen so kurz ist, daß sich der
Kondensator C2 nicht mehr so stark aufladen kann, daß seine
Spannung die am negativen Eingang des Komparators 5
liegende Spannung überschreitet. Dieses Ausgangssignal
des Komparators 5 wird mit dem nächsten dem Takteingang
des D-Flipflops 6 zugeführten positiven Impuls zum
Ausgang Q dieses Flipflops durchgeschaltet und bewirkt, daß
der Transistor T1 leitend wird und so lange leitend
bleibt, bis die Drehzahl wieder abgesunken ist. Wenn
der Transistor T1 leitend ist, ist die am Transistor T6
(Fig. 2) wirksame Basis-Emitter-Spannung so gering,
daß dieser Transistor T6 ständig gesperrt bleibt, und
daher bleiben auch die Transistoren T7 und T8 gesperrt,
durch die Primärwicklung der Zündspule 17 fließt kein
Strom. Wie bereits erläutert, erfolgt das Leitendwerden
des Transistors T1 gleichzeitig mit oder höchstens mit
einer unschädlichen Verzögerung gegenüber dem in der
Schaltung nach Fig. 2 zwecks Erzeugung eines
Zündfunkens erfolgenden Sperren des Transistors T6, so daß
eine Frühzündung oder das Auftreten zweier
aufeinanderfolgender Zündfunken verhindert ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung eignet sich mit einer
geringen Änderung auch dazu, den Primärstrom der
Zündspule zwecks Drehzahlbegrenzung durch ein Relais zu
unterbrechen. Es ändert sich lediglich die auf den
Ausgang des Komparators 7 nach Fig. 1 folgende Schaltung,
und diese ist in Fig. 3 dargestellt. Dem Ausgang des
Komparators 7 ist ein Transistor T9 nachgeschaltet,
zwischen dessen Collector und dem positiven Pol der
Betriebsspannungsquelle die Arbeitsspule eines Relais 20
eingeschaltet ist. Fig. 3 zeigt den Schaltzustand des
Relais bei zu hoher Drehzahl, die Zündung ist also
abgeschaltet. Im normalen Fahrzustand mit zulässiger
Drehzahl des Antriebsmotors steht die Primärwicklung der
Zündspule 17 über den Relaiskontakt 21 mit dem positiven Pol
der Fahrzeugbatterie in Verbindung, zwischen den anderen
Anschluß der Primärwicklung und Masse ist ein
Schaltgerät 22 beliebiger Art eingeschaltet, das zwecks Erzeugung
der Zündfunken den Stromfluß unterbricht. Zur Vermeidung
von Zündfunken beim Umschalten des Relais, was durch die
Verzögerung des Relais nicht synchron erfolgt, sind noch
Dioden D3 und D4 und ein Widerstand R22 vorgesehen. Bei
ausreichend niedriger Drehzahl hält das positive
Ausgangssignal des Komparators 7 den Transistor T9 leitend, es kann
also ein zum Anziehen des Relais ausreichender Strom durch
die Arbeitsspule 20 fließen. Beim Überschreiten der
Drehzahl schaltet der Transistor T9 ab, und das Relais 20
fällt ab.
Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung eignet sich gut dazu,
größtenteils als integrierte Schaltung verwirklicht zu
werden. Hierzu kann nach entsprechender Umgestaltung der
Schaltung in eine hochohmigere Ausführung der Kondensator
C3 durch eine in Sperr-Richtung betriebene Diode ersetzt
werden. Alle Widerstände, mit Ausnahme des Widerstandes
R6, der zum Einstellen des gewünschten Schwellenwerts der
Drehzahl veränderbar sein sollte, können integriert werden.
Der Kondensator C2 kann im Gegensatz zu herkömmlichen
Schaltungsanordnungen, bei denen ein für die Drehzahl
charakteristisches Signal durch Mittelwertbildung erzeugt
wird, sehr viel kleiner sein. Im Ausführungsbeispiel
handelt es sich hierbei um einen Folienkondensator mit
einer Kapazität von 0,33 uF.
Die Werte für die Einzelbauelemente in Fig. 1 werden
nachfolgend angegeben. R1: 10 kΩ R2: 100 kΩ, R3:
33 kΩ, R4: 8,2 kΩ, R5: 56 kΩ, R6: einstellbar, R7:
100 kΩ, R8: 33 kΩ, R9: 100 kΩ, R10: 10 kΩ, R11: 1 kΩ,
R12: 1 kΩ, R13: 1 kΩ, R14: 24 kΩ, R16: 24 kΩ, C1: 470 pF,
C3: 440 nF (Wert nur für Musterdimensionierung, kann in IC
wesentlich kleiner sein). Der Transistor T1 ist ein
BCY78x, der Transistor T2 ein BCY58x.
Die in Fig. 1 nicht gezeigten Anschlüsse 4, 8 und 10 der
die Flipflops enthaltenden integrierten Schaltung liegen
an der Spannung VSS.
Durch den Kondensator C3, der das Ausgangssignal des
Ausgangs ≙ des D-Flipflops 6 auf den negativen Eingang
des Komparators 5 zurückkoppelt, wird im Augenblick des
Umschaltens des D-Flipflops 6 der Umschaltvorgang
beschleunigt, ohne jedoch die Ansprechschwelle des
Komparators 5 zu verändern, der Kondensator C3 bewirkt also
eine dynamische Hysterese.