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Die
Erfindung geht aus von einer Zündspulenanordnung für
eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1. Eine solche
Zündspulenanordnung ist aus der
US4627407 bekannt.
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Die
Zündspulenanordnung besteht pro Spuleneinheit aus zwei
jeweils durch eine Endstufe angesteuerte Primärteilspulen
in der Art von Mehrfachzündspulen. Jede Spuleneinheit setzt
sich aus einer Primärspule und einer an zwei Zündkerzen
angeschlossenen Sekundärspule zusammen. Die beiden Primärteilspulen
werden wechselweise angesteuert. Sekundärseitig können
dadurch Zündfunken mit unterschiedlicher Einschaltspannung
und unterschiedlicher Ladezeit der Zündspulenanordnung,
wie sie insbesondere bei Brennkraftmaschinen im Magerbetrieb erforderlich
sind, in der Regel nicht erzeugt werden.
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Je
nach Auslegung der Primär- und der Sekundärspule
ergeben sich zwar verschiedene resultierende elektrische Eigenschaften,
doch können diese nicht variiert werden. So entsteht bei
einer schnellen Auslegung der Primärseite, d. h. kurzer
Ladezeit aufgrund der dafür notwendigen niedrigen Windungszahl
auf der Primärseite ein hohes Übersetzungsverhältnis,
welches wiederum zu einer hohen Einsschaltspannung an der Zündkerze
führt. Wenn zum Unterdrücken des dadurch möglichen
Einschaltfunken eine Hochspannungsdiode eingebaut wird, ist eine
konventionelle Ionenstrommessung über die Zündkerze
und Sekundärspule nicht mehr möglich.
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Die
erfindungsgemäße Zündspulenanordnung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass die vorerwähnte Unzulänglichkeit
in zufrieden stellendem Maß vermieden wird. Dazu weist
die Zündspulenanordnung eine geteilte Primärspule
und die Besonderheit auf, dass sowohl eine Primärteilspule
als auch die gesamte Primärspule unabhängig voneinander
schaltbar sind.
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Die
erfindungsgemäße Zündspulenanordnung
besitzt unterschiedliche Eigenschaften, je nachdem, ob die gesamte
Primärspule oder nur die Primärteilspule geladen
und anschließend der Ladevorgang abrupt unterbrochen wird.
In beiden Fällen besitzt der Zündfunken dieselbe
Energie, die abhängig von der geladenen magnetischen Energie
ist. Die sich primärseitig einstellende Stromhöhe
und Anstiegsgeschwindigkeit ist abhängig von der Anzahl der
angesteuerten Primärwindungen. Besitzt die Primärteilspule
beispielsweise die halbe Windungszahl, ergibt sich die halbe Induktivität
und ein doppelter Stromanstieg in der gleichen Zeit, d. h. das Laden
der magnetischen Energie bei gleicher Ladespannung erfolgt doppelt
so schnell.
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Dadurch
lässt sich bei niedrigen Drehzahlen und Lasten eine lange
Gesamt-Funkenzeit zur stabilen Entflammung einstellen. Die Gesamt-Funkenzeit ergibt
sich aus der Zeitdauer zwischen dem ersten Zündfunken und
den sich daran anschließenden Nachfunken. Der erste Zündfunken
wird in der Regel durch die dafür wirksame Primärspule,
die Nachfunken durch die dafür jeweils wirksame Primärteilspule erzeugt.
Die Anzahl der Nachfunken kann variiert werden. Bei hohen Drehzahlen
und Lasten wird dadurch nur ein einziger Zündfunken erzeugt.
Die sich dadurch ergebende kurze Funkenzeit ermöglicht
die anschließende Auswertung von Ionenstromsignalen für
z. B. eine Klopferkennung.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Verwendung
von Endstufen, mit denen die Primär- bzw. Primärteilspule
schaltbar sind. Die Schaltvorgänge lassen sich dann besonders
exakt durchführen.
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Ein
weiterer Schwerpunkt der Erfindung beschäftigt sich mit
der Ansteuerung der erfindungsgemäßen Zündspulenanordnung.
Wird als erstes die komplette Primärspule und anschließend
die Primärsteilspule angesteuert. Die Vorteile, die sich
damit und mit der in einem weiteren Patentanspruch angegebenen besonderen
Ausgestaltung des Verfahrens ergeben, sind aus der Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels entnehmbar.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der Figurenbeschreibung näher erläutert.
Es zeigt die Figur in schematischer Form den Schaltplan einer erfindungsgemäßen
Zündspulenanordnung.
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Eine
Zündspulenanordnung 1 für eine Brennkraftmaschine
enthält eine Primärspule 2 und eine an
einer Zündkerze 3 angeschlossene Sekundärspule 4.
Die Primärspule 2 ist als Ganzes durch ein Schaltglied
in Form einer Endstufe E1, hier symbolisiert durch das Schaltzeichen
eines Transistors, gesteuert. Sie besitzt ferner einen Mittenabgriff 6, über
den eine Primärteilspule 2' durch ein weiteres Schaltglied
in Form einer Endstufe E2 steuerbar ist.
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Das
für die Primärspule 2 als auch die Primärteilspule 2' gemeinsame
Ende der Primärspule 2 ist an den Pluspol Ub einer
Stromversorgung des Kraftfahrzeugs und das andere Ende der Primärspule 2 und
der Primärteilspule 2' ist über die Endstufen E1
und E2 an dem Massepotential anschließbar.
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Bei
der Erfindung können unterschiedliche Eigenschaften der
Zündspulenanordnung eingestellt werden, je nachdem, welche
Endstufe aktiviert, d. h. zunächst nach Masse geschaltet
und zum Zündzeitpunkt wieder geöffnet wird . Bei
der Aktivierung einer Endstufe ist die jeweils andere Endstufe inaktiv,
d. h. sie bleibt geöffnet und schaltet nicht nach Masse.
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Bei
Aktivieren der Endstufe E1 und gleichzeitig inaktiver Endstufe E2
ergibt auf Grund des dann gegebenen niedrigeren Übersetzungsverhältnisses (Verhältnis
der primär- und sekundärseitig wirksamen Windungszahlen)
eine entsprechend niedrige Einschaltspannung. Die hierfür
notwendige längere Ladezeit kann durch einen entsprechend
frühen Beginn des Ladevorgangs vor dem eigentlichen Zündzeitpunkt
berücksichtigt werden.
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Der
erste Zündfunken in der Zündkerze 3 wird
durch Öffnen der ersten Endstufe E1 ausgelöst. Nun
wird die vorher geladenen magnetische Energie im Zündfunken
abgebaut. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit oder bei Erreichen einer
definierten Restenergie in der Primärspule 2 wird
die Endstufe E2 aktiviert und dadurch die Spule nachgeladen. Durch
die wesentlich niedrigere Induktivität der dann aktiven
Primärteilwicklung 2' erfolgt ein schnelles Nachladen
der Energie. Entsprechend kurz kann die Funkenpause gehalten werden.
Die hohe Einschaltspannung in diesem Fall kann bei niedrigen Verbrennungsdrücken
im Brennraum der Brennkraftmaschine dazu führen, dass parallel
zum primärseitigen Ladestrom sich auch ein sekundärseitig
ein Funkenstrom entgegengesetzter Richtung einstellt, d. h. eine Art
Wechselstromzündung ohne Funkenpause entsteht.
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Durch
das Einschalten der Primärteilspule während der
sekundären Entladephase (Funkenstrom) entsteht sekundär
eine Einschaltspannung, die der Funkenbrennspannung entgegengesetzt
ist. Diese sekundäre Einschaltspannung kann ausreichen,
die noch vorhandene Ionisation der Funkenstrecke aufrecht zu erhalten
und den Funkenstrom in entgegen gesetzter Richtung fließen
zu lassen. Die Zündspule arbeitet dann als Stromwandler.
Diese Erscheinung tritt bevorzugt bei niedrigem Brennraumdruck (geringe
Durchbruchsspannung) sowie geringen Turbulenzen im Bereich der Zündkerze
auf.
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Nach
kurzer Nachladezeit wird die Endstufe E2 abgeschaltet, d. h. geöffnet
und die Spulenenergie wieder in einem Zündfunken der Zündkerze 3 entladen.
Dieser Vorgang der Erzeugung eines Zündfunkens der Zündkerze 3 kann
innerhalb eines Verbrennungstakts solange wiederholt werden, wie
es aus verbrennungstechnischer Sicht notwendig ist.
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Durch
die kurzen Zündfunkenpausen zum Nachladen über
Endstufe 1 sind die Einflüsse auf die Entflammung
gering. Bedingt durch die Möglichkeit, mit einer kurzen
Nachladezeit zu arbeiten, welche sich mit der erfindungsgemäßen
Primärteilspule kleiner 100 μs einstellen lassen,
lässt sich durch viele Nachfunken ein vergleichbares Ergebnis
wie mit einem einzelnen langen Zündfunken erreichen.
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Durch
die mehrfachen Zündfunken, die mittels der Endstufe E2
erzeugt werden, kann die Entflammung auch sehr magerer Gemische
deutlich verbessert werden. Ferner ist es dadurch möglich,
Zündspulen mit geringer Speicherenergie zu verwenden; die
Funkenenergie kann durch mehrfaches Nachladen mittels der Endstufe
E2 gesteuert werden. Damit ist auch eine Reduzierung des Batterie-Strombedarfs für
die Zündung in entflammungsunkritischen Betriebszuständen
möglich.
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Das
sind Betriebspunkte mit homogener Gemischaufbereitung und hohem
Druck (hohe Last). Hier reicht bereits, wie bereits beschrieben,
ein einziger Funke mit sehr niedriger Energie für eine
stabile Entflammung aus. Nachfunken bringen in diesen Betriebspunkten
keine Verbesserung und können weggelassen werden. Zündenergie
kann damit eingespart und dadurch der Verschleiß der Zündkerze
reduziert werden.
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Durch
die geringere notwendige magnetische Speicherenergie kann die Zündspule
deutlich kleiner und leichter ausfallen als eine Hochenergie-Zündspule
und doch vergleichbar gute Entflammungsergebnisse liefern.
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Durch
das niedrigere Übersetzungsverhältnis bei aktiver
Endstufe E1 kommt es zu einer niedrigen Einschalthochspannung an
der Zündkerze 3, wodurch eine sekundärseitige
Hochspannungsdiode zum Unterdrücken eines Einschaltzündfunkenstromes überflüssig
ist. Dadurch ist eine einfache Ionenstrommessung über die
Zündkerze und die Sekundärspule 4 möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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