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Dokumentenidentifikation DE2941963C2 13.06.1990
Titel Zündeinrichtung mit einer Anordnung zum Begrenzen der Drehzahl eines Ottomotors
Anmelder Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart, DE
Erfinder Schleupen, Richard, Dipl.-Ing., 7121 Ingersheim, DE
DE-Anmeldedatum 17.10.1979
DE-Aktenzeichen 2941963
Offenlegungstag 30.04.1981
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.06.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.06.1990
IPC-Hauptklasse F02P 11/02

Beschreibung[de]
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.


Anspruch[de]
  1. 1. Zündeinrichtung mit einer Anordnung zum Begrenzen der Drehzahl eines Ottomotors, mit einer Drehzahlüberwachungseinrichtung, mit einer Anordnung zur Unterdrückung von Schaltsignalen für einen Zündtransistor beim Überschreiten einer vorbestimmten Drehzahl, wobei der Zündtransistor in Reihe zur Primärwicklung einer Zündspule geschaltet ist und nach dem Überschreiten einer vorbestimmten Drehzahl im stromsperrenden Zustand gehalten wird und wobei das Signal zur Unterdrückung der Schaltsignale zusammen mit dem Auftreten eines Zündsignals oder mit für die Zündung unschädlicher Verzögerung durchgeschaltet wird, und mit einem Zeitglied, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (R6, C2) in Abhängigkeit von der Aufeinanderfolge von Zündsignalen ein unterschiedlich hohes Signal abgibt, daß dem Zeitglied (R6, C2) ein Flipflop (6) nachgeschaltet ist, dem außerdem das Zündsignal zugeführt ist, und daß das Flipflop (6) ein Signal abgibt, wenn zum Zeitpunkt des Auftretens des Zündsignals ein vorgegebener Wert des Signals des Zeitgliedes (R6, C2) unterschritten bzw. überschritten ist.
  2. 2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator (5) vorgesehen ist, dessen einer Eingang an einem Abgriff eines zwischen zwei Schaltungspunkten unterschiedlichen Potentials eingeschalteten Spannungsteilers (R7, R8) angeschaltet ist, daß zwischen den gleichen Schaltungspunkten die Serienschaltung eines Widerstandes (R6) und eines Kondensators (C2) als Zeitglied eingeschaltet ist, deren Verbindungspunkt mit dem anderen Eingang des Komparators (5) verbunden ist und daß parallel zum Kondensator (C2) ein steuerbarer Schalter (4) geschaltet ist, der durch die Zündsignale abwechselnd leitend gesteuert und gesperrt wird.
  3. 3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Komparators (5) mit dem D-Eingang des Flipflops (6) verbunden ist, dessen Takteingang (C) ein Taktsignal zugeführt ist, dessen Folgefrequenz der Schaltfrequenz des steuerbaren Schalters (4), zwischen gleichen Schaltzuständen gemessen, entspricht und daß der Ausgang des Flipflops (6) mit einer den Primärstrom der Zündspule (17) unterbrechenden Einrichtung (7, T1, T6, T7, T8; 7, T9, 20) verbunden ist.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwirklichung einer dynamischen Hysterese ein Ausgang (Q) des Flipflops (6) kapazitiv (C3) mit einem Eingang des Komparators (5) gekoppelt ist.






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