DE3013942C2 - Vorrichtung zur automatischen Steuerung des Zündzeitpunktes bei einer Brennkraftmaschine mit Turbolader - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, die Vorverlegung des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine durch eine erste Steuereinrichtung, die mit Zentrifugalwirkung arbeitet und den Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine verändert, und durch eine zweite Steuereinrichtung zu steuern, die auf den Unterdruck anspricht, der in der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine an einer Stelle herrscht, die bei geschlossener Drosselklappe bzw. im Leerlauf der Brennkraftmaschine stromauf der Drosselklappe und bei einsetzender Belastung und öffnung der Drosselklappe stromab der Drosselklappe liegt. Der auf diese Weise abgenommene Unterdruck wird an ein pneumatisches Stellglied gegeben, das die Vorverlegung des Zündzeitpunkts bewirkt.

Bei Brennkraftmaschinen ohne Turbolader erhält man auf diese Weise eine Steuerung der Zündzeitpunkt-Vorverlegung, die den verschiedenen Betriebsbedingungen gut angepaßt ist.

Dagegen ergeben sich mit dieser bekannten Vorrichtung Schwierigkeiten bei einer Brennkraftmaschine mit Turbolader. Im Leerlauf und bei geringer Belastung der Brennkraftmaschine kommt der Turbolader nicht zur Wirkung, so daß die Brennkraftmaschine nut üblicher Ansaugung arbeitet Von Teillast ausgehend, wird durch den Turbolader ein ansteigender Ladedruck geliefert, wobei wegen der Aufladung die Vorverlegung des Zündzeitpunktes bei Vollast kleiner sein soll als bei einer Brennkraftmaschine ohne Aufladung.
Um diesen Bedingungen bei einer Brennkraftmaschine mit Turbolader gerecht zu werden, hat man die Steuerkurve der Vorverlegung des Zündzeitpunktes insgesamt in Richtung einer Verminderung der Vorverlegung verschoben. Dies hat aber den Nachteil, daß inan bei Teillast eine zu geringe Frühzündung hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß die Vorverlegung des Zündzeitpunktes besser an die Erfordernisse einer Brennkraftmaschine mit Turbolader angepaßt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Durch diese Ausgestaltung erhält man, ausgehend vom Leerlauf, zunächst eine zunehmende Vorverlegung des Zündzeitpunktes bis zum Einsetzen des Turboladers, worauf bei steigender Drehzahl und stärkerer Wirkung des Turboladers der Zündzeitpunkt automatisch wieder zurückverlegt wird. Hierdurch wird diese Steuerung dem Erfordernis gerecht, daß die Vorverlegung des Zündzeitpunktes bei Vollast unter Aufladung kleiner sein soll als bei einer Brennkraftmaschine ohne Turbolader.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch typische Kurven der Vorverlegung des Zündzeitpunktes in Abhängigkeit von der Drehzahl und bei konstanter Belastung,

F i g. 2 ein Schema der Zone, die der Aufladung einer Brennkraftmaschine entspricht, wobei die Motorleistung gegen die Drehzahl aufgetragen ist,

Fig.3 eine schematische Schnittansicht der zweiten Steuereinrichtung in einer Stellung bei geringer Last,

Fig.4 entsprechend Fig.3 eine Stellung, die einer Verminderung der Vorverlegung des Zündzeitpunktes bei hoher Last entspricht, und

Fig.5 ein Blockschema einer elektronischen Steuerung.

In F i g. 1 zeigt die mit ausgezogenen Linien dargestellte Kurve 30 das allgemeine Verhalten einer Änderung des Frühzündungswinkels cc als Funktion der Drehzahl v. Ausgegangen wird dabei von der Leerlaufdrehzahl V₀. Sobald der Motor durch Öffnung der vom Fahrer zu betätigenden Drosselklappe belastet wird, ändert sich der Winkel der Frühzündung vom Ausgangswert ao auf einen Wert au Wenn dann die Drehzahl bei konstanter Belastung zunimmt, vergrößert sich der Winkel bis auf einen Wert Λ2, der erreicht ist, sobald die Drehzahl etwa die Hälfte der Maximaldrehzahl beträgt. Der Winkel der Frühzündung bleibt dann etwa konstant bis zur Maximaldrehzahl

Wenn die Brennkraftmaschine mit einem Turbolader versehen ist, dann bewirkt der Turbolader eine Druck-

erhöhung nur in einem Gebiet, das der schraffierten Fläche in F i g. 2 entspricht Die Vorverlegung des Zündzeitpunktes um den Winkel acy, die erforderlich ist, damit die Brennkraftmaschine bei Vollast zufriedenstellend arbeitet, ist kleiner als die für «2- Die üblicherweise vorgeschlagene Lösung für dieses Problem bestand darin, daß man die gesamte Kurve so verschoben hat, daß sie der in F i g. 1 mit strichpunktierten Linien wiedergegebenen Kurve entspricht.

Diese Lösung ties Problems bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß sich eine zu geringe Vorverlegung im Teillastgebiet ergibt. Gemäß der Erfindung erhält man eine Kurve 32, die einer Vorverlegung des Zündzeitpunktes entspricht, die mit zunehmender Drehzahl allmählich abnimmt, ausgehend von dem Augenblick, in dem die Aufladung wirksam wird.

Bei der Ausführungsform, die schematisch in den F i g. 3 und 4 dargestellt ist, erreicht man dieses Resultat auf mechanische Weise. Diese Figuren zeigen eine Ansaugleitung 1 für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine, durch die das Gemisch aus Kraftstoff und Luft von einem nicht dargesteiiten Turbolader gelieren wird. Die Ansaugleitung 1 ist mit einer Drosselklappe 2 ausgestattet, die sich um eine Achse 3 dreht, die vom Fahrer über ein nicht dargestelltes Gestänge betätigt wird. Bis zu einer vorbestimmten Leistung (Fig.2) arbeitet die Brennkraftmaschine so, wie sie mit natürlicher Ansaugung arbeiten würde. Oberhalb dieser Leistungsschwelle wird die Aufladung wirksam. Um die Auswirkungen zu begrenzen, wird ein Ventil in die Auspuffleitung der Brennkraftmaschine eingesetzt. Dieses Ventil begrenzt den Druck und die Abgabe der Abgase, die die Turbine des Turboladers durchströmen.

Die Brennkraftmaschine ist mit einer Vorrichtung ausgestattet, durch die der Zündzeitpunkt vorverlegt wird, und es sind hintereinander angeordnet eine erste Steuereinrichtung, durch die die Vorverlegung als direkte Funktion der Drehzahl bewirkt wird, im allgemeinen eine Zentrifugaleinrichtung, die an sich bekannt ist und hier nicht näher beschrieben wird, und eine zweite Steuereinrichtung b zur pneumatischen Beeinflussung oder Zündzeitpunktänderung. Diese enthält ein Gehäuse, das aus mehreren Teilen zusammengesetzt und in dem verschiebbar eine Einrichtung untergebracht ist, an der ein Stab 5 befestigt ist, der die Vorverlegung des Zündzeitpunktes bewirkt. Das Gehäuse ist so angebracht, daß bei einer Verschiebung des Stabes 5 nach links der Zündzeitpunkt vorverlegt wird.

Eine Membrane 9 ist an ihrem Umfang am Gehäuse befestigt und trennt eine Steuerdruckkammer 7, die mit der Ansaugleitung 1 verbunJen ist, von einer Kammer 8, in der Atmosphärendruck herrscht. Der Mittelteil der Membrane 9 ist zwischen Schalen 10 und 11 eingefaßt, die fest mit dem Stab 5 verbunden sind. Eine Feder 12 ist in der Kammer 7 untergebracht und versucht, die bewegliche Einrichtung der Steuereinrichtung 6 in der Darstellung der F i g. 4 nach rechts zu verschieben. Die Wirkung der Feder ist der Kraft entgegengesetzt, die auf die Membrane 9 ausgeübt wird, wenn in der Steuerdruckkammer 7 ein Unterdruck herrscht. so

Die Vorrichtung ist, soweit sie bis jetzt beschrieben wurde, bekannt. Die Steuerdruckkammer 7 ist aber mit der Ansaugleitung 1 nicht nur über eine Leitung 13 verbunden, die mit einer kalibrierten öffnung an der Stelle 14 versehen ist, die bei geschlossener Drosselklappe 2 b5 stromauf und nach kurzer Öffnurigsbewegung stromab der Drosselklappe 2 liegt, wie in F i g. 3 dargestellt, sondern auch mit einem Kanai 15. der mit einer kalibrierten öffnung 16 versehen ist und der in die Ansaugleitung 1 an der Stelle 17 mündet, die ständig stromauf der Drosselklappe 2 liegt

Darüberhinaus ist der Anschlag, gegen den die Feder 12 die bewegliche Einrichtung zu verschieben sucht, nicht fest Er besteht aus einer Abstützung 20, auf die eine Feder 22 eine Kraft ausübt, die stärker ist als die der Feder 12, und die Feder 22 versucht diesen Anschlag in Richtung auf einen gehäusefesten Anschlag 21 zu verschieben, der in dem Gehäuse der Steuereinrichtung 6 vorgesehen ist Die Abstützung 20 hat eine Mittelöffnung, durch die der Stab 5 tritt.

Die Vorrichtung arbeitet wie folg'. Wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf betrieben wird, dann nimmt die Drosselklappe 2 die Stellung ein, die in F i g. 3 mit strichpunktierten Linien eingezeichnet ist. Die Steuerdruckkammer 7 steht praktisch unter Atmosphärendruck. Die Feder 12 hält denn die bewegliche Einrichtung an der Abstützung 20, und diese liegt wiederum infolge der Wirkung der Feder 22 am festen Anschlag 21 an.

Wenn man die Brennkraftmaschine !eicht belastet, indem man die Drosselklappe 2 in die Stellung bringt, die in F i g. 3 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist, dann lieg·- die Stelle 14 der Leitung 13 stromab der Drosselklappe 2. F.in erheblicher Unterdruck wird auf die Steuerdruckkammer 7 übertragen und bewirkt eine Verschiebung der beweglichen Einrichtung nach links, entgegen der Wirkung der Feder 12. Diese Verschiebung endet, wenn die Schale 10 am Gehäuse anliegt, was der größten Vorverlegung des Zündzeitpunktes entspricht, die durch die Steuereinrichtung 6 bewirkt wird.

Wenn man die Brennkraftmaschine noch weiter belastet, dann kommt man in ein Gebiet, in dem der Turbolader einen Ladedruck liefert. Die Öffnung 17 ist dann einem Druck ausgesetzt, der mit der abgegebenen Leistung zunimmt. In einem vorbestimmten Augenblick liegt der Druck in der Steuerdruckkammer 7 zwischen dem, der an den kalibrierten Öffnungen Ϊ4 und 16 herrscht, und er reicht aus, daß sich die bewegliche Einrichtung neuerdings in der Figur nach rechts bewegt. Die bewegliche Einrichtung stützt sich dann an der Abstützung 20 ab, drückt diese Abstützung entgegen der Wirkung der Feder 22 zurück und vermindert zunehmend die Frühzündung, bis der Winkel der Frühzündung wegen der Druckverhältnisse einen Wert einnimmt, der der Vollast entspricht und der dadurch bestimmt ist, daß die Abstützung 20 am Gehäuse anliegt, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist.

Anstelle einer rein mechanischen Einrichtung kann die Steuereinrichtung, wie in F i g. 5 dargestellt, auch mit einer elektronischen Anordnung arbeiten.

Das in F i g. 5 schematisch dargestellte Schaltsystem umfaßt ^inen Schaltkreis, der mit einem mit einem Verteiler 41 über einen am Zündkreis liegenden Verstärker 40 verbunden ist, wie dies bei elektronischen Zündaniagen bekannt ist. Die Steuerung hat einen von der Drehzahl und einen vom Druck gesteuerten Kanal, die im folgenden beschrieben werden, und die die Zeitverzögerung zwischen dem -.on einem Drehzahlfühler 42 abgegebenen Zeitbezugsimpulses und der tatsächlichen Erzeugung des Funkens an der Zündkerze steuern.

Der Drehzahlfühler 42, der durch einen von der Brennkraftmaschine angetriebenen Magneten steuerbar ist, gibt Impulse über einen nicht dargestellten Impulsformer an einen Syr.chronisationskreis 44. Der Synchronisationskreis 44 gibt Impulse an einen veränderbaren Zeitverzögerungsgenerator 46, der eine variable

Zeitverzögerung bringt.

Der drehzahlabhängige Kanal schließt den Zeitverzögerungsgenerator 46 und einen programmierbaren Drehzahlgenerator 43 mit zwei Ausgängen 48 und 52 ein. Der Generator 43 erhält den Signalimpuls mit variabier Frequenz vom Fühler 42 und liefert ein Signal an die Ausgänge 48 bzw. 52, dessen Wert eine ansteigende Funktion der Geschwindigkeit ist, wobei die Ausgänge 48 und 52 mit einem Steuereingang eines veränderbaren Zeitverzögerungsgenerators 49 bzw. mit dem Eingang eines Verstärkers 51 verbunden sind.

Der druckgesteuerte Kanal schließt einen Druckfühler 50 ein, der mit einem pneumatischen Stellglied, z. B. der Steuereinrichtung 6 gemäß F i g. 3 und 4 verbunden ist, und der ein elektrisches Gleichstromsignal dem Verstärker 51 liefert, dessen Verstärkung durch den Ausgang 52 gesteuert wird. Der Ausgang des Verstärkers 51 zusammen mit dem Ausgang 48 bestimmt die Zeitverzögerung, die durch den Generator 49 auf die impulse aus dem Synchroiiisaiioiiskreis44 übertragen wird. Ά)

Die im Zeitverzögerungsgenerator 49 verzögerten (mpulse werden auf einen Hauptsteuerkreis 47 aufgegeben, der den Verstärker 40 triggert.

Außerdem enthält das System noch einen Leerlauffühler 53, der üblicherweise aus einem Grenzwertdetektor besteht, dessen Eingang mit dem mit dem Impulsformer verbundenen Drehzahlfühler 42 in Verbindung steht. Der Fühler 53 gibt ein Signal ab, wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf arbeitet. Dieses Signal verhindert die Eingänge zum Kreis 47 vom Generator 49 und bewirkt eine feststehende Zündverzögerung.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Während des Leerlaufs bei einer Geschwindigkeit v» (F i g. I) stellt der Fühler 53 einen vorbestimmten Zündwinkel λο ein.

Sobald die Maschine unter Teillast läuft, bestimmt der Synchronisationskreis 44, der Verstärker 51 und der Zeitverzö^erungsgcncrütor 49 den Gr-üd der Frühzündung. Anfänglich herrscht am Druckfühler ein Druck nahe dem atmosphärischen Druck, und die Geschwindigkeit liegt dicht bei vo. Die Frühzündung entspricht dem Winkel &\ in F i g. 1. Wenn die Drehzahl sich erhöht, bewirkt das Signal vom Drehzahlgenerator 43 zum Zeitverzögerungsgenerator 49 eine Vorverlegung des Zündzeitpunktes. Im ersten Lastbereich vermindert sich .»5 der Druck am Fühler 50 und das vom Verstärker 51 abgegebene Signal arbeitet mit dem Drehzahlsignal im Sinne einer Vorverlegung des Zündzeitpunktes. Über einer vorbestimmten Drehzahl jedoch (die von der von der Maschine abgegebenen Last, und damit vom Öffnungsgrad der Drosselklappe abhängt) erhöht sich der Druck am Fühler Z9 über den atmosphärischen Druck. Das Signal vom Verstärker 51 (dessen Ausgang durch den Generator 43 beeinflußt wird) ändert sich jedoch stärker als die Änderung am Ausgang 48, und der Zünd-Zeitpunkt wird zurückverlegt, wenn die Drehzahl größer als ein Maximalwert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur automatischen Steuerung des Zündzeitpunktes der Zündkerzen einer Brennkraftmaschine, mit einem in die Ansaugleitung mündenden Turbolader, mit einer ersten Steuereinrichtung zur Veränderung des Zündzeitpunktes in Abhängigkeit von der Drehzahl und einer zweiten Steuereinrichtung zur pneumatischen Beeinflussung der Zündzeitpunktänderung in Abhängigkeit vom Druck in der Ansaugleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer der zweiten Steuereinrichtung (6) sowohl mit einer Stelle (14) der Ansaugleitung (1) in Verbindung steht, die bei geschlossener Drosselklappe (2) stromauf und nach kurzer Öffnungsbewegung stromab der Drosselklappe (2) liegt, als auch mit einer Stelle (17) der Ansaugleitung (1) verbunden ist, die bei jeder Stellung der Drosselklappe (2) zwischen diesem und dem stromauf de* Drosselklappe (2) angeordneten Turbolader iiegL

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuereinrichtung (6) ein Gehäuse aufweist, in dem eine bewegliche Wand (9) vorgesehen ist, die eine Steuerdruckkammer (7) begrenzt, wobei dann, wenn Unterdruck in dieser Steuerdruckkammer auftritt, die bewegliche Wand in einer Richtung verschoben wird, die einer Erhöhung der Vorverlegung des Zündzeitpunktes entspricht, wobei diese Bewegung gegen die Wirkung einer ersten Feder (1-"ϊ) erfolgt, während dann, wenn Druck in der Steuerdruckkammer auftritt, die Wand in einer Richtung verschoben wird, die einer Verminderung der Vorverlegung des Zündzeitpunktes entspricht, und diese Bewegung gegen die Wirkung einer zweiten Feder (22) erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Feder (22) zwischen dem Gehäuse der Steuereinrichtung (6) und einem Stützteil (20) zusammengedrückt wird, das sich an einem festen Anschlag (21) abstützen kann, wobei dieses Stützteil einen beweglichen Anschlag für diese Wand bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Feder (22) eine Kraft ausübt,die größer ist als die der ersten Feder(12).