DD207023A1 - Zuendverstaerker fuer funkenzuendung in brennkraftmotoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zuendverstaerker fuer Funkenzuendung in Brennkraftmotoren, der unabhaengig von der bereits bestehenden Zuendanlage eingesetzt werden kann. Es ist das Ziel der Erfindung, einen Zuendfunken mit hohem Leistungsumsatz zu erzeugen, der den Entflammungsprozess in einem Kraftstoff-Luft-Gemisch optimal einleitet. Die Aufgabe besteht darin, mittels einer zeitlich langdauernden und stromstarken Funkentladung eine hohe Funkenenergie zu erzeugen. Sie wird dadurch geloest, dass als Hochspannungsverbindung zwischen Zuendspannungsquelle bzw. Zuendverteiler und Zuendkerze eine Laufzeitkette mit angepasstem Wellenwiderstand verwendet wird.

Description

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Zündverstärker für Funkenzündung in Brennkraftmotoren

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Zündverstärker zur Erzeugung von Zündfunken in Brennkraftmotoren, der durch Herabsetzen der ohraschen Verluste im Sekundärkreis der Zündanlage einen strom· starken und zeitlich langen Zündfunken erzeugt und unabhängig von der bereits bestehenden Zündanlage eingesetzt werden kann,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es gibt eine Reihe technischer Lösungen, die zum Ziel haben, die ohmschen Verluste im Sekundärkreis einer Zündanlage zu verringern bzw. durch Erzeugung geeigneter Entladungsformen, wie Bogen-, Glimm- oder nichtthermische Impulsentladungen, die Entflammungseigenschaften von Zündfunken zu verbessern.

Es wurde bereits vorgeschlagen, parallel zu den Zündelektroden einen Kondensator anzuordnen, der eine sehr schnelle und stromstarke Entladung erzeugt. Unterschiedliche Varianten beinhalten eine bauliche Einheit von Kondensator und Zündkerze (DE-OS 2400623)· Andere Systeme, wie in DE-OS 1902199 beschrieben, schlagen die Bildung des Kondensators durch Verwenden von Isolierstoffen mit hoher Dielektrizitätskonstante im Kerzenstecker vor oder die Anordnung des Kondensators als diskretes Bauelement im Kerzenstecker (DE-CS 2908051, DD-WP 143941). Obwohl diese Vorrichtungen eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen Spulenzündungen darstellen, haftet ihnen der Nachteil an, daß die Energieeinspeisung während der kapazitiven Entladung stark von der Durchschlagspannung ab-

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hängt und vor allem im Teillastbereich des Motors gering ist, denn dieser Entladung folgt eine Glimm- oder Bogenphase, die weniger gut für eine Entflammung geeignet ist. Nur im Falle einer starken Verwirbelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kommt es zum Erlöschen des Zündfunkens und zu einer erneuten kapazitiven Entladung. Daher sind Vorschläge gemacht worden, den Parallelkondensator über eine Vorfunkenstrecke an die Zündelektroden zu schalten, um somit die während der kapazitiven Entladung eingespeiste Energie zu erhöhen (DE-OS 2850159, DE-AS 2363804). Allerdings ist hierbei die Brenndauer des Zündfunkens sehr kurz, so daß es nicht zu einer optimalen Entflammung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches kommen kann.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, mittels eines stromstarken und relativ langdauernden Funkens mit hohem Leistungsumsatz den Entflammungsprozeß eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennkraftmotor optimal zu gestalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Technische Ursache für den geringen Energieumsatz im Zündfunken sind bei Zündsystemen herkömmlicher Art die Energieverluste an den ohmschen Widerständen des Sekundärkreises. Bei Anlagen mit einem Kondensator parallel zu den Zündelektroden treten· aufgrund der kleinen Werte für den induktiven und ohmschen Widerstand sehr kurze und stromstarke Funken auf, deren Brenndauer für viele Zwecke nicht ausreichend ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einerseits eine Lösung anzugeben, die eine hohe Funkenenergie liefert, zum anderen aber die Brenndauer nicht wesentlich verkürzt, damit während der gesamten Brenndauer des Funkens eine hohe Lsistungseinspeisung in den Funken stattfindet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Zündkabel als Laufzeitkette, bestehend aus mehreren in Reihe angeordneter LC-Vierpole in Tiefpaßschaltung, ausgebildet

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ist, in denen die von der Zündspule gelieferte Energie zwischengespeichert wird· Dabei ist der Wellenwiderstand der Laufzeitkette sowohl an den Innenwiderstand der Zündspannungsquelle als auch an den Widerstand des Zünd'funkenplasmas angepaßt·

Die in aer Laufzeitkette induktiv und kapazitiv gespeicherte Energie entlädt sich nach Erreichen der Zündspannung über die Zündkerze. Der Wellenwiderstand der Laufzeitkette bestimmt zusammen mit der Spannung den Strom des Zündfunkens, wobei die Laufzeit die Brenndauer eines Teilfunkens festlegt. Nach erfolgtem Durchschlag an der Zündkerze wird der Widerstand der Gasstrecke wesentlich geringer, so daß jetzt Reflexionen des Spannungsimpulses auftreten, die weitere Zündfunken bewirken. Wird nun das als Laufzeitkette ausgebildete Zündkabel durch den Spannungsanstieg der Zündspule nachgeladen, dann ist durch die Folgefunken die Brenndauer insgesamt nicht kürzer als bei Verwendung eines herkömmlichen Zündkabels. Um Verluste zu vermeiden, ist ein Kerzenstecker ohne Entstörwiderstand zu verwenden, und der ohmsche Widerstand des Innenleiters der Laufzeitkette muß klein im Vergleich zum Wellenwiderstand sein. Diese Maßnahme wirkt sich bei entsprechender Dimensionierung der Laufzeitkette nicht negativ auf die Funkentstörung aus, da der Tiefpaßcharakter der Laufzeitkette das Entstehen hochfrequenter Störstrahlung unterdrückt und der metallische Außenleiter des Zündkabels eine stark abschirmende Wirkung besitzt.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Laufzeitkette 7 als Hochspannungsverbindung zwischen der Primär- 1 und Sekundärwicklung 2 einer Zündspannungsquelle und einer Zündkerze 10.

Im einfachsten Fall ist die Vorrichtung zur Erzeugung stromstarker und langdauernder Funken zur optimalen Entflammung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in ßrennkraftmotoren so gestaltet, daß die Laufzeitkette 7 aus diskreten Kondensatoren

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5 und hochspannungsisolierten Induktivitäten 3 aufgebaut ist, wobei mindestens fünf LC-Vierpole angeordnet sind. Die Kondensatoren, für die sowohl Durchführungs- als auch Ringkondensatoren verwendet werden können, müssen bis 30 kV hochspannungsfest sein· Werden Ringkondensatoren verwendet, ist der koaxiale Außenleiter 6 mit den äußeren Belägen der Kondensatoren 5 zu verbinden. Die Verbindung der einzelnen LC-Vierpole erfolgt so, daß die Laufzeitkette 7 teilweise flexibel ist.

Dieser Aufbau eignet sich vor allem für eine Anpassung mit in Stufen geändertem Wellenwiderstand. Hierbei wird, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, die Laufzeitkette 7 über den Anschluß 12 und mittels der Leitung 13 an die Sekundärwicklung 2 der Zündspule angeschlossen. Der Anschluß 14 an die Zündkerze 10 erfolgt entweder direkt über den Kerzenstecker 11 oder zusätzlich über den Hochspannungsschalter 8. Als Hochspannungsschalter kann eine in geeigneter Weise dimensionierte Funkenstrecke verwendet werden. Die Kapazität 9 stellt die Eigenkapazität von Zündkerze 10 und Kerzenstecker 11 oder bei Verwendung zusätzlicher Kondensatoren in diesen Bauelementen die Gasamtkapazität dar. In jedem Fall muß aer Außenleiter 6 an beiden Enden auf Masse liegen.

Eine zweite praktische Ausführungsform des Zündverstärkers in koaxialer Bauart der Laufzeitkette 7 mit einer möglichen Anschlußvariante innerhalb der Zündanlage zeigt Fig. 2. Hier liegt eine integrierte Bauart der Koaxialleitung mit einer auf den Spulenkern 4 gewickelten Induktivität 3 vor, die von dem Dielektrikum 15 umgeben ist« Dieses wird vom flexiblen koaxialen Außenleiter 6 umhüllt, der als Masseleitung dient. Durch den Außenleiter 6 und dem durch die Induktivitäten 3 . gebildeten Innenleiter mit dem dazwischenliegenden Dielektrikum 15 wird die verteilte Kapazität 5 gebildet. Die Kapazitätswerte werden vom Durchmesser des koaxialen Außenleiters 5, von der Dicke des Dielektrikums 15 und seiner Dielektrizitätskonstante sowie von der Länge der Laufzeitkette 7 bestimmt. Gleichzeitig bildet das Dielektrikum 15 die Hoch-

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Spannungsisolation vom Innenleiter zur Masse. Die Induktivi· tätswerte der Induktivität 3 werden durch die Windungszahl pro Längeneinheit, den Durchmesser der einzelnen Windungen und die Permeabilität des Spulenkerns 4 bestimmt. Diese Ausführungsform weist eine hohe Flexibilität auf. Eine Möglich· keit des Anschlusses des Zündverstärkers an Zündspule und Kerzenstecker 11 kann wie bei dem vorher behandelten Ausführungsbeispiel erfolgen.

Claims (6)

1. Erfindungsanspruch

   · Zündverstärker für Funkenzündung in 3rennkraftmotoren, gekannzeichnet dadurch, daß eine aus mehreren in Reihe geschalteter LC-Vierpole bestehende Laufzeitkette mit angepaßtem Wellenwiderstand als Hochspannungsverbindung zwischen Zündspannungsquelle bzw, Zündverteiler und Zündkerze verwendet wird·
2. 2. Zündverstärker nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Laufzeitkette in koaxialer Bauart aus einem gewickelten Innenleiter entsprechender Induktivität und einem durch ein Hochspannungsdielektrikum getrennten flexiblen Außenleiter gebildet ist, oder daß die LC-Vierpole der Laufzeitkette aus diskreten Elementen, Induktivitäten mit Kernen hoher Permeabilität und Hochspannungskondensatoren bestehen·
3. 3. Zündverstärker nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Spulenkerne der Induktivitäten des Innenleiters der Laufzeitkette beim Erreichen vorgegebener Grenzströme Sättigungsverhalten aufweisen·
4. 4· Zündverstärker nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß bei gleicher Kapazität der einzelnen gekoppelten LC-Vierpole die Induktivität am Anschluß zur Zündspannungsquelle wesentlich größer als am Anschluß zur Zündkerze ist.
5. 5« Zündverstärker nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß bei gleichen Induktivitäten die Kapazitäten der LC-Vierpole am Anschluß zur Zündspannungsquelle kleiner sind als am Anschluß zur Zündkerze, und daß sich der Wellenwiderstand der Laufzeitkette kontinuierlich oder in Stufen ändert.
6. 6· Zündverstärker nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß als Verbindungselement zwischen dem Hochspannungsausgang der Laufzeitkette und der Zündkerze ein Hochspannungsschalter anaeordnet ist.

   Hierzu zwei Seiten Zeichnungen