Zündeinrichtung für Verbrennungskraftmaschine Diese Erfindung bezieht sich auf eine Zündeinrich- tung für Verbrennungskraftmaschinen und ist gekenn zeichnet durch einen Gleichstrom-Hochspannungs-Ge- neratorkreis, einen durch den hochgespannten Gleich strom aufgeladenen Kondensator, mit dem ein gesteuer tes elektrisches Ventil und die Primärwicklung eines Zündtransformators als Entladestromkreis dieses Kon- densators in Serie geschaltet sind,
sowie Mittel zur Erzeugung steiler Steuerimpulse, die durch öffnen und Schliessen einer Kontaktstelle angeregt werden, wobei der genannte Impuls zur Steuerung eines steuerbaren elektrischen Ventils dient.
In solchen Zündeinrichtungen ist es nötig, Abwei chungen des Zündmomentes sowohl durch sofortiges Leitendwerden des gesteuerten elektrischen Ventils als auch durch zuverlässiges Abschalten desselben zu unterdrücken.
Die Erfindung ist im folgenden auf Grund der beiliegenden Zeichnungen detailliert beispielsweise be schrieben, worin darstellen: Fig. 1 zeigt eine Ausführungsart der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsart, und Fig. 3 zeigt nochmals eine weitere Ausführungsart der Erfindung.
Gleiche Bezugsnummern in den Figuren -bezeichnen den gleichen oder einen ähnlichen Aufbauteil.
In der Ausführung nach Fig. 1, bezeichnet 1 eine an der Verbrennungsmaschine aufgebaute Kontaktstelle, deren einer Pol mit der Maschine verbunden, d. h. geerdet ist, während der andere Pol an die Primärwick lung 3 eines Impulstransformators 4 angeschlossen ist. Ein Kondensator 2 ist als Funkenschutz parallel zur Kontaktstelle geschaltet. Das andere Ende der Primär wicklung 3 des Impulstransformators führt über den Widerstand 6 zum positiven Pol einer Niederspannungs- Gleichstromquelle 7, während deren negativer Pol geerdet ist.
An die Sekundärwicklung 5 des Impulstransforma tors 4 ist ein Gleichrichter 8 angeschlossen. Mit 9 ist ein weiterer Gleichrichter bezeichnet. Zwischen der Kathode und dem Steuereingang 11 eines gesteuerten Ventils 12 liegt der Widerstand 10. Ein Kondensator 13 dient zur Zündung der Verbrennungskraftmaschine. An diesen Kondensator sind das gesteuerte Ventil 12 und die Primärwicklung 14 des Zündtransformators 15 in Serie geschaltet und bilden einen Entladungsstromkreis des Kondensators 13. Die Sekundärwicklung 16 des Zünd- transformators 15 ist mit einer Zündkerze 17 verbunden.
Mit 18 und 19 sind Schalteelemente bezeichnet, in der vorliegenden Anordnung sind es pnp-Transistoren. Mit 20, 21 sind Widerstände bezeichnet, mit 23, 24 die Primärwicklungen eines Auf-Transformators 26, und mit 22' 25 die Rückkopplungswicklung. Die Sekundär wicklung 27 ist mit einer Vollweg-Gleichrichteranord- nung verbunden, die aus den Gleichrichtern 28, 29, 30, 31 besteht. Positive und negative Klemme der Vollweg- Gleichrichteranordnung sind mit 33 bzw. 32 bezeichnet.
Die positive Klemme 33 ist verbunden mit der Anode des steuerbaren Ventils 12, die negative (32) mit dessen Kathode. Wenn das Ventil 12 leitend wird, wird der Stromkreis, bestehend aus Ventil 12 und dem Vollweg gleichrichter, kurzgeschlossen und damit entsteht auch in der Sekundärwicklung 27 ein Kurzschlusszustand. Wei ter bezeichnen 34 einen Gleichrichter und 35 einen Kondensator. Diese beiden Elemente dienen als Span nungsstörschutz der Niederspannungs-Gleichstromquelle 7. Mit 36 ist der Widerstand zur Begrenzung der Ladespannung des Kondensators 13 und mit 37 ein Maschinen-Anlassschalter bezeichnet.
Das Funktionieren dieses verbesserten Zündsystems sei wie folgt beschrieben: Durch Schliessen des Schalters 37 wird die Gleich- stromquelle 7 mit der Primärwicklung 3 des Im pulstransformators 4 verbunden, ebenso mit den Primärwicklungen 23, 24 des Auf-Transformators 26. Beim Anlegen der Stromquelle 7 an die Primär wicklungen 23, 24 wird, infolge unterschiedlicher Charakteristiken der Transistoren 18, 19, einer davon leitend, beispielsweise Transistor 18.
Der leitende Zustand dieses Transistors 18 bewirkt einen Strom in der Primärwicklung 23, wodurch in der andern Primär wicklung 24, in den Rückkopplungswicklungen 22, 25 und in der Sekundärwicklung 27 Spannungen induziert werden. Der Wicklungssinn dieser Spulen ist so festge legt, dass die in der Rückkopplungswicklung 22 induzierte Spannung den Transistor 18 sperrt, während die in der Primärwicklung 24 und in der Rückkopp lungswicklung 25 induzierte Spannung den Transistor 19 leitend machen. Dadurch wird nun der Transistor 18 gesparrt und der Transistor 19 leitend.
Der leitende Zustand des Transistors 19 bewirkt Stromdurchgang bei der Wicklung 24 und damit Induktionsspannungen in den Wicklungen 22, 23 und 25, welche den Transistor 19 sperren und den Transistor 18 in seinen Leitfähig keitszustand steuern.
Auf diese Weise fliesst, infolge der Schaltvorgänge in den Transistoren 18, 19, in den Primärwicklungen 23, 24 des Auf-Transformators 26 Wechselstrom. Somit wird, nach Massgabe des Windungszahlvethältnisses zwischen den Wicklungen 23/24 und 27, in der Sekundärwicklung 27 mit der grösseren Anzahl Windun gen, eine hohe Wechselspannung induziert. Diese Spannung wird durch einen Vollweggleichrichter gleich gerichtet und lädt den Kondensator 13 über die Primärwicklung 14 auf.
Die Wirkungsweise des gesteuerten (elektrischen) Ventils 12 ist folgende: Das Schliessen der Kontaktstelle 1 bewirkt einen Stromdurchfluss von der Gleichstromquelle durch die Primärwicklung 3 des Impulstransformators 4, während das Öffnen der Kontaktstelle den Stromdurchgang unterbricht. Dadurch wird, im Rhythmus von Öffnen und Schliessen der Kontaktstelle, eine Rechteckspan- nung an die Primärwicklung 3 angelegt. Daraus resultieren, bei jedem Rechteckwellenimpuls, abwechs lungsweise positive und negative Impulse in der Sekun därwicklung 5.
Einer dieser Sekundärimpulse wird, erzeugt durch das Schliessen der Kontaktstelle und durch den Gleichrichter 8, kurzgeschlossen, während der andere, durch das Öffnen der Kontaktstelle hervorgeru fen, h. im Zündmoment), durch den Gleichrichter 9 zum Steuerpol 11 des Ventils 12 fliesst und dieses dadurch in seinen leitenden Zustand überführt. Mittels des Widerstandes 10 wird die Höhe der Steuerspannung eingestellt.
Sobald das steuerbare elektrische Ventil 12 leitend wird, erfolgt die Entladung des Kondensators 13 über das Ventil 12 und die Primärwicklung des Zündtransfor- mators, wodurch eine Hochspannung in dessen Sekun därwicklung 16 induziert wird, die einen Funken an der Zündkerze 17 hervorruft.
Es ist ersichtlich, dass in der Anordnung nach Fig. 1, im Takte von Öffnen und Schliessen der Kontaktstelle 1 Rechteckimpulse an den Impulstransformator gelegt und dadurch sehr steil verlaufende Impulse beim Schliessen der Kontaktstelle zur Steuerung des Ventils 12 erzeugt werden.
Wenn nun das gesteuerte Ventil 12 leitend wird, ist die Sekundärwicklung 27 des Auf-Transformators 26 über die Vollweg-Gleichrichterschaltung und das Ventil 12 praktisch kurzgeschlossen. Daher fliesst nun ein höherer als der Normalstrom in der Sekundärwicklung 27 und damit auch in der bezüglichen Primärwicklung. Der Kern des Transformators 26 ist so ausgelegt, dass er beim höchstzulässigen Strom gesättigt ist, wodurch keine Spannung mehr induziert wird und somit die Transisto ren 18, 19 inaktiv werden. Dabei bricht auch die Spannung an der Sekundärwicklung 27 zusammen.
Diese Bedingungen bestehen weiter bis der Konden sator 13 entladen ist und das gesteuerte Ventil 12 wieder in seinen Sperrzustand gelangt. Ist dieses gesperrt, so sind die beschriebenen Kurzschlussbedingungen aufge hoben, und die Transistoren 18, 19 nehmen ihre Funktion des Aufladens von Kondensator 13 wieder auf.
Eine zweite Aufbauweise nach Fig. 2 ist ähnlich wie in Fig. 1 gezeigt, jedoch ist hier der Widerstand 6 in zwei Teilwiderstände 61 und 62 aufgeteilt, mit einem an ihrer Verbindungsstelle angeschlossenen Störschutzkondensa- tor 35 für die Gleichstromquelle 7, ausserdem ist ein Kondensator 38 und ein Widerstand 39 zusätzlich vorhanden, welche mit dem Widerstand 10 zusammen einen Differenzialstromkreis zur Verbesserung der Steil heit des Steuerimpulses für das steuerbare elektrische Ventil 12 bilden. Die gegenpolarisierten Impulse werden durch den Gleichrichter 40 kurzgeschlossen.
Der Gleich richter 8 am Ausgang des Impulstransformators 4 kann weggelassen werden, weil die Ausgangsspannung wäh rend der Offen-Stellung der Kontaktstelle weniger als 5 Volt beträgt. Das Fehlen des Gleichrichters 8 bewirkt keine Schädigung des Gleichrichters 9 und des Ventils 12.
Eine dritte Anordnung zeigt Fig. 3. Hierin ist der vorbeschriebene Impulstransformator durch einen Kon densator ersetzt. Mit 7 wird eine in einem Fahrzeug installierte Niederspannungs-Gleichstromquelle bezeich net, mit 37 ein Maschinen-Anlasschalter, und 34, 41 bezeichnen Gleichrichter, 43 einen Steuerimpulse erzeu genden Kondensator, und mit 44 ist eine Kontaktstelle am Verteiler der Verbrennungskraftmaschine bezeich net. Die Gleichstromquelle 7 und ein Pol der Kontakt stelle 44 sind geerdet. 45 bezeichnet einen zur Kontakt stelle parallel geschalteten Funkenschutzkondensator.
Durch das Schliessen des Schalters 37 wird ein Stromkreis von der Stromquelle 7 über Schalter 37, Gleichrichter 34 und 41, Kondensator 43 und Kontakt stelle 44 gebildet, wobei bei geschlossener Kontaktstelle 44 der Kondensator 43 aufgeladen wird. Die Einstellung der Ladespannung erfolgt am Widerstand 46. Mit 47 wird ein weiterer Gleichrichter und mit 12 das steuerbare elektrische Ventil mit dem Steuerpol 11 bezeichnet. 48 und 49 sind Widerstände. Nach dem Öffnen der Kontaktstelle 44 beginnt sich der Kondensa tor 43 zu entladen. Die Entladung erfolgt in einem durch den Gleichrichter 47, dem Steuerpol 11, der Kathode des Ventils 12 und den Widerstand 48 gebildeten Stromkreis.
Ein weiterer Entladestromkreis besteht auch über den Gleichrichter 47 und den Widerstand 46, so dass die Entladezeit des Kondensators 43 durch dessen Kapazität und die Widerstände 48, 49 bestimmt wird. Ausserdem bezeichnet 35 einen Spannungsstörschutz- kondensator zur Stromquelle 7.
Mit 18, 19 sind Schaltelemente, in dieser Anordnung pnp-Transistoren bezeichnet. Mit 20, 21 sind Widerstän de und mit 23, 24 die Primärwicklungen des Auf- Transformators 26, mit 22, 25 die Rückkopplungswick- hingen und mit 27 dessen Sekundärwicklung bezeichnet.
Die Anordnung ist so getroffen, dass der Ausgang der Sekundärwicklung mit einem Gleichrichterkreis, beste- h-.nd aus den Gleichrichtern 50, 51, verbunden ist. Plus- und Minusklemmen dieses Gleichrichterkreises sind mit 52, 53 bezeichnet und sind mit der Anode bzw. der Kathode des steuerbaren Ventils 12 verbunden.
Ein Kondensator 13 liefert die zum Zünden der Verbrennungskraftmaschine benötigte Energiemenge, wozu dieser Kondensator in Serie zum steuerbaren Ventil 12 und der Primärwicklung 14 des Zündiransfor- mators 15 liegt und die somit seinen Entladestromkreis bilden. Die Sekundärwicklung 16 des Zündtransforma- tors 15 ist mit einer Zündkerze 17 verbunden. Ausserdem bezeichnet 36 einen Widerstand zum Ab stimmen der Ladespannung des Kondensators 13.
Wie bereits erwähnt, sind die Ausgänge des Gleich richtersystems mit den bezüglichen Anoden- und Katho denanschlüssen des gesteuerten Ventils 12 verbunden. Daher wird bei dessen leitendem Zustand die Sekundär wicklung 27 des Auf-Transformators 26 über die Gleichrichter 50, 51 und das gesteuerte Ventil 12 praktisch kurzgeschlossen. Somit fliesst dann dort ein höherer Strom als zur übrigen Zeit, und damit auch in der bezüglichen Primärwicklung. Es ist deshalb ange zeigt, den Kern des Auf-Transformators so zu wählen, dass er im Kurzschlussfall seinen Sättigungszustand erreicht, wie bereits früher in den Ausführungen nach Fig. 1 und 2 erwähnt.
Die Funktionsweise dieses Zündsystems sei im folgenden beschrieben: Durch Schliessen des Anlass-Schalters 37 wird die Gleichstromquelle 7 mit den Wicklungen 23, 24 des Auf-Transformators 26 verbunden, womit infolge der unterschiedlichen Charakteristiken der beiden Transisto ren 18, 19, beispielsweise zuerst 18 leitfähig wird. Somit fliesst ihm durch die Wicklung 23 ein Strom zu. Dies hat zur Folge, dass in der Primärwicklung 24, in den Rückkopplungswicklungen 22, 25 und der Sekundär wicklung 27 Induktionsspannungen auftreten.
Der Wick lungssinn in diesen Spulen ist so gewählt, dass die in der Rückkopplungswicklung 22 induzierte Spannung den Transistor 18 sperrt, und die Induktionsspannung der Primärwicklung 24 und der Rückkopplungswicklung 25 den Transistor 19 leitend macht. Damit geht nun der Transistor 18 in seinen nichtleitenden Zustand über, während der Transistor 19 stromdurchlässig ist.
Auf diese Weise fliesst, infolge der Schaltvorgänge in den Transistoren 18, 19 in den Primärwicklungen 23, 24 des Auf-Transformators, Wechselstrom. Damit wird, nach Massgabe des Windungszahlverhältnisses zwischen den Wicklungen 23l24 und 27, in der Sekundärwicklung 27 mit der grösseren Windungszahl, eine hohe Wechsel spannung induziert. Diese Spannung wird in der Gleich richteranordnung der nächsten Stufe gleichgerichtet und lädt den Kondensator 13 über die Primärwicklung des Zündtransformators 15.
Die Wirkungsweise des gesteuerten elektrischen Ventils 12 ist folgende: Wie bereits erwähnt, wird durch Schliessen des Anlass-Schalters 37 der Ladestromkreis des Kondensa- tors 43 über die Gleichstromquelle 7, den Schalter 37, die Dioden 34, 41, den Widerstand 42, den Kondensator 43 und die Kontaktstelle 44 unter Spannung gesetzt. Die Abstimmung der Ladespannung und damit der Zeitkon stanten erfolgt am Widerstand 46.
Solange die Kontaktstelle 44 offen ist, ist auch der Ladestromkreis des Kondensators 43 unterbrochen, und der Kondensator entladet sich. Dadurch fliesst ein impulsähnlicher Entladestrom von Kondensator 43 durch den Gleichrichter 47, den Steuerpol 11 und die Kathode des gesteuerten Ventils 12, sowie durch den Widerstand 48 zurück zum Kondensator 43. Infolge dieses Entladestromes wird nun das gesteuerte Ventil 12 leitend, und somit die Entladung des aufgeladenen Kondensators 13 über die Primärwicklung 14 des Zündtransformators 15 eingeleitet.
Deshalb wird nun in dessen Sekundärwicklung 16 nach Massgabe des Win- dungszahlverhältnisses eine Hochspannung induziert, welche an der Zündkerze 17 einen Funken überspringen lässt.
Das Öffnen der Kontaktstelle 44 bewirkt, dass sich der Kondensator 43 über den Steuerpol des gesteuerten Ventils 12 in bereits beschriebener Weise, jedoch gleichzeitig noch über einen weiteren Entladungskreis entladet. Dies ist der über den Gleichrichter 47 und den Widerstand 49 zum Kondensator 43 zurückführende Stromkreis, wobei die Entladezeitkonstante durch den Widerstand 49 festgelegt wird, so dass ein steiler Entladungsimpuls auf den Steuerpol 11 des Ventils 12 einwirkt.
Es ist verständlich, dass die in Fig. 3 gezeigte Anordnung mit dem Kondensator 43 gestattet, diesen im Takt des Öffnens und Schliessens der Kontaktstelle 44 zu laden und zu entladen und einen sehr steilen Entladeimpuls im Zündmoment der Verbrennungskraft maschine an den Steuerpol dzs Ventils 12 anzulegen.
Wenn nun das gesteuerte Ventil 12 leitend wird, ist die Sekundärwicklung 27 des Auf-Transformators 26 über die Gleichrichter 50, 51 und das Ventil 12 praktisch kurzgeschlossen. Sofern nun der Kern des Auf- Transformators so ausgelegt ist, dass er bei Kurzschluss- strom gesättigt ist, fällt die Spannung in den Wicklungen 22, 23, 24, 25 ab und die Tätigkeit der Transistoren 18, 19 setzt aus, wodurch auch die Spannung an den Klemmen der Sekundärwicklung 27 zusammenfällt.
Dieser Zustand dauert solange, bis der Kondensator 13 entladen ist und das gesteuerte Ventil 12 wieder sperrt, worauf der Kurzschlusszustand aufgehoben wird und die Transistoren 18, 19 wieder in ihre Funktion des Aufladens des Kondensators 13 eintreten.
Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass Gebrauch gemacht ist von Mitteln zur Erzeugung steiler Impulse, wie Steilimpuls-Transformator, Konden sator und ähnliche, welche geeignet sind, im Takte des Öffnens und Schliessens der Kontaktstelle die Steuerung eines steuerbaren Ventils durch diese Impulse zu bewirken und dadurch ein einwandfreies Arbeiten des Zündsystems ohne jede Störung gewährleisten.
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass der Strom zum Leitfähig-Steuern des Ventils 12 stark abhängig ist von der Umgebungstemperatur und deshalb die erforderliche Steuerspannung weit streut, mit dem Ergebnis, dass bei Systemen, die dreieck- oder sinusförmige Wellen erzeu gen, der Zündzeitpunkt abwandert, wenn die Umge bungstemperatur ändert oder das steuerbare Ventil ausgewechselt wird.
Im Gegensatz dazu bewirkt der steile Ausgangsimpuls eines Impulstransformators, Kon- densators und dergleichen, dass eine Veränderung des Zündmomentes nicht möglich ist und ein starker Funke an der Zündkerze durch eine hohe Ausgangsleistung gewährleistet ist. Ferner bleibt die Form der Ausgangs impulse, unabhängig von der Maschinendrehzahl, un verändert gleich und auch wenn die Drehzahl wesentlich ändert, ist eine Verschiebung des Zündmomentes nicht möglich.
Weiterhin erfolgt keine Leistungszufuhr wäh rend der Ruhepause der Transistoren 18, 19 im Kurzschlusszustand der Sekundärwicklung des Auf- Transistors an diesen, solange das steuerbare Ventil 12 leitend ist, und nur der Entladestrom des Kondensators 13 ist notwendig zum Zünden über das Ventil 12, welches sich nur wenig erwärmt und dadurch keine Änderung der Arbeitscharakteristik erfährt, womit kleinstmögliche Verschiebungen des Zündmomentes ge währleistet sind.
Infolge des minimalen Temperaturan stieges ist es nicht möglich, dass der Entladestrom, der durch die Primärwicklung 14 des Zündtransformators 15 fliesst, abnimmt, so dass stets ein intensiver Funke an der Zündkerze 17 erzeugt wird.
Ferner fliesst kein sehr hoher Strom durch das gesteuerte Ventil 12, so dass sofort nach Abschluss der Entladung des Kondensators 13, das Ventil 12 in seinen Sperr-Zustand gesteuert werden kann, wonach die Aufladung des Kondensators 13 wieder einsetzt. Dies sichert eine zwangsläufige Zündung mit ausreichendem Aufladungseffekt vor der nächstfolgenden Entladung. Es ist also ersichtlich, dass ein unnötiger Verbrauch elektrischer Energie dadurch vermieden wird, indem die Tätigkeit der Transistoren 18, 19 aussetzt, sobald das Ventil 12 leitend ist.
Wenn auch die Erfindung auf Grund besonderer Anordnungen beschrieben wurde, so ist sie nicht auf diese speziellen Ausführungsformen beschränkt. Viel mehr sind auch die in den Schutzbereich fallenden Modifikationen durch diesen erfasst. Beispielsweise können anstelle der Transistoren andere Schaltelemente verwendet werden, ebenso andere Gleichrichteranord- nungen am Ausgang des Auf-Transformators 26. Ferner könnten an Stelle einer einzigen Stromquelle 7, separate Stromquellen zur Anspeisung des Auf-Transformators 26, des Impulstransformators 4 oder des Kondensators 43, verwendet werden.