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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Zündspulenvorrichtung
für eine
Zündanlage
einer Brennkraftmaschine mit einer Transformatoreinrichtung zum
Erzeugen einer Zündspannung
und einer Brennstromversorgungseinrichtung zum Erzeugen eines Brennstroms
für eine
Zündkerze.
Darüber
hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren
zum Betreiben einer Zündanlage.
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Bekanntermaßen wird während eines Zyklus einer Brennkraftmaschine
ein Brennstoff/Luftgemisch verdichtet und verbrannt. Die Verbrennung kann
dabei sporadisch nicht optimal erfolgen, wenn der Brennvorgang nur
einmal mit zuwenig Energie gezündet
wird. Dementsprechend wird das Brennstoff/Luftgemisch durch getaktete
Spannung mehrfach in einem Zyklus gezündet. Dabei muss die Zündspule
in jedem Taktintervall hinreichend hohe Energie für das Zünden bereitstellen.
Dies setzt ein entsprechend rasches Nachladen der Zündspule
voraus.
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Eine Schaltanordnung für die Zündung einer Brennkraftmaschine
der eingangs genannten Art ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift
DE 198 40 765 A1 bekannt.
Hierbei wird im Arbeitstakt eine Hochspannung an die Elektroden
einer Zündkerze angelegt,
wobei die Hochspannung einen Spannungsüberschlag an den Elektroden
der Zündkerze bewirkt
und auf den Spannungsüberschlag
eine Brennphase aufrechterhalten wird. Die Zuführung von elektrischer Energie
zur Auslösung
des Spannungsüberschlags
an den Elektroden der Zündkerze erfolgt
mit einem Selbstinduktionsverfahren und die Aufrechterhaltung der
Brennphase erfolgt mittels resonanter Spannungstransformation. Dabei
wird die Resonanzfrequenz durch induktive und kapazitive Elemente
auf der Sekundärseite
des Transformators bestimmt. Des Weiteren ist dort eine Gegentaktschaltung
mit zwei Schaltern und einer Spannungsquelle vorgestellt. Die Spannungsquelle
ist mit einem Mittenabgriff des Transformators verbunden, welcher demnach
zwei primärseitige Teilspulen
mit gegenläufigen
Wicklungen aufweist. Bei wechselndem Öffnen beziehungsweise Schließen der
Schalter wird der Transformator primärseitig mit einer Wechselspannung
versorgt. Die Signalform entspricht einer Rechteck-Impulsfolge mit
einer Frequenz, welche der Resonanzfrequenz des Schwingkreises entspricht,
der aus Elementen auf der Sekundärseite
des Transformators zusammengesetzt ist, insbesondere der Streuinduktivität der Sekundärspule und
der Kapazität
zwischen den Elektroden.
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Des Weiteren ist aus der Patentschrift
US-A-4 770 152 eine Zündvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine bekannt, bei der zwei Zündkerzen an einem Transformator
betrieben werden. Die Primärseite
des Transformators ist geteilt und in eine Brückenschaltung integriert. Am
sekundärseitigen
Ausgang sind zwei Dioden umgekehrt zueinander geschaltet, so dass
eine sekundäre
Hochspannung in einer Richtung eine Zündkerze zündet und eine sekundäre Hochspannung
in anderer Richtung die andere Zündkerze.
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Ferner ist aus dem Deutschen Gebrauchsmuster
DE 200 05 820 U1 eine
Stabspule für
Zündanlagen
bekannt, die in einem Gehäuse
wenigstens einen Kern, eine Primärwicklung
und eine Sekundärwicklung
aufweist, wobei die Wicklungen koaxial zu einer Längsachse
der Stabspule jeweils auf einem Wickelkörper angeordnet sind. Der Kern,
die Primärwicklung
und die Sekundärwicklung
ist in mehrere Teilbereiche untergliedert. Die Teilprimärwicklungen sind
untereinander elektrisch in Reihe geschaltet. Gleichartig sind die
Teilsekundärwicklungen
geschaltet. Durch dieses gekoppelte System von Spulen soll ein verringerter
magnetischer Widerstand und eine verringerte Eigenkapazität erreicht
werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, die Zündspulenvorrichtung
bei geringer Baugröße weiter
zu optimieren.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch
eine Zündspulenvorrichtung
für eine
Zündanlage
einer Brennkraftmaschine mit einer ersten Transformatoreinrichtung,
die eine erste Ansteuereinheit aufweist, zum Erzeugen einer Zündspannung
und einer Brennstromversorgungseinrichtung zum Erzeugen eines Brennstroms
für eine
Zündkerze,
wobei die Brennstromversorgungseinrichtung eine zweite Transformatoreinrichtung
umfasst, die eine zweite von der ersten Ansteuereinheit verschiedene
Ansteuereinheit aufweist, wobei die jeweiligen Sekundärseiten
beider Transformatoreinrichtungen an die Zündkerze angeschlossen sind.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen eine
Zündspulenvorrichtung
für eine
Zündanlage
einer Brennkraftmaschine mit einer ersten Transformatoreinrichtung
zum Erzeugen einer Zündspannung, und
einer Brennstromversorgungseinrichtung zum Erzeugen eines Brennstroms
für eine
Zündkerze, wobei
die Sekundärseite
der ersten Transformatoreinrichtung zur Steuerung der Brennstromversorgungseinrichtung
an diese rückgekoppelt
ist.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen
ein Verfahren zum Zünden
eines Brennstoffgemischs in einer Brennkraftmaschine mittels einer
Zündkerze durch
Bereitstellen einer ersten und zweiten Transformatoreinrichtung,
deren Sekundärspulen
jeweils mit der Zündkerze
verbunden sind, Ansteuern der ersten Transformatoreinrichtung zur
Erzeugung einer Zünd-
oder Brennspannung und anschließendes
Ansteuern der zweiten Transformatoreinrichtung unabhängig von
dem Ansteuern der ersten Transformatoreinrichtung zur Erzeugung
einer Brennspannung.
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Schließlich wird erfindungsgemäß die oben genannte
Aufgabe auch gelöst
durch ein Verfahren zum Zünden
eines Brennstoffgemischs in einer Brennkraftmaschine mittels einer
Zündkerze
durch Bereitstellen einer Transformatoreinrichtung, deren Sekundärseite an
die Zündkerze
angeschlossen ist, Laden der Primärspule der Transformatoreinrichtung und
Rückkoppeln
der Sekundärseite
der Transformatoreinrichtung zur Steuerung des Entladens und anschließenden Wiederaufladens
der Primärspule.
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Vorzugsweise besitzen die Spulen
der ersten und zweiten Transformatoreinrichtung eine gemeinsame
Achse. Dies ermöglicht,
dass sie bautechnisch hintereinander angeordnet werden können, so
dass der zur Verfügung
stehende Bauraum optimal genutzt werden kann.
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Beide Transformatoreinrichtungen
können ein
gemeinsames Flussleitstück
aufweisen. Dieses gemeinsame Flussleitstück liegt vorzugsweise senkrecht
zur gemeinsamen Achse der Transformatoreinrichtung, so dass die
magnetischen Kreise beider Transformatoreinrichtungen durch dieses
gemeinsame Flussleitstück
führen.
Durch Luftspalte, die das gemeinsame Flussleitstück von den anderen ferromagnetischen
Abschnitten der Transformatoreinrichtungen trennen, werden auch
die magnetischen Kreise beider Transformatoreinrichtungen voneinander getrennt.
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Die Transformatoreinrichtungen besitzen vorteilhafterweise
unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse.
Diejenige Transformatoreinheit mit dem höheren Übersetzungsverhältnis dient
dann zum Zünden
eines Plasmas, während
die Transformatoreinheit mit dem geringeren Übersetzungsverhältnis zusammen
mit ersterer Transformatoreinheit zur Aufrechterhaltung der Brennphase
und zum Liefern des Brennstroms dient.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn die
Sekundärseite
der zweiten Transformatoreinrichtung zu der Primärseite der ersten Transformatoreinrichtung
und die Sekundärseite
der ersten Transformatoreinrichtung zu der Primärseite der zweiten Transformatoreinrichtung
rückgekoppelt
sind. Dieses wechselseitige Rückkoppeln
gewährleistet
ein zeitliches Synchronisieren des Ladevorgangs der Primärspule der einen
Transformatoreinrichtung mit dem Entladevorgang der Sekundär- beziehungsweise
Primärspule der
anderen Transformatoreinrichtung. Insbesondere ermöglicht dieses
Rückkoppeln
ein exaktes Synchronisieren der Überlagerungszeitpunkte
der Lade- und Entladevorgänge
der entsprechenden Spulen.
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Ein Zündzyklus bestehend aus mehreren Zündungen,
die wechselseitig von den Transformatoreinrichtungen hervorgerufen
werden, hält
sich vorteilhafterweise durch gegenseitige Triggerung der Schaltkreise
der beiden Transformatoreinrichtungen selbst am Laufen. Zur Bestimmung
des Beginns und des Endes eines derartigen Zündzyklusses kann ein erstes
Ansteuersignal vorgesehen sein.
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Der Beginn und das Ende des erstmaligen Ladens
der ersten oder zweiten Primärspule
kann durch das erste Ansteuersignal und den Ladezustand der jeweiligen
Primärspule
oder durch ein separates zweites Ansteuersignal bestimmt werden. Damit
kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass in dem Brennraum
noch kein Plasma vorhanden ist, so dass der Ladevorgang der jeweiligen Primärspule etwas
länger
dauert.
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Wenn sich die beiden Transformatoreinrichtungen
gegenseitig triggern, kann der Beginn des Landens der Primärspule einer
Transformatoreinrichtung durch einen Entladezustand der Sekundärspule der
anderen Transformatoreinrichtung bestimmt werden. Dadurch ist das
Laden der einen Transformatoreinrichtung an das Entladen der anderen
Transformatoreinrichtung gekoppelt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der erfindungsgemäßen Zündspulenvorrichtungen
und der erfindungsgemäßen Verfahren
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun
anhand der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert,
in denen zeigen:
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1 ein
Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Spulenanordnung;
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2 ein
Diagramm zum Strom- und Spannungsverlauf an den beiden Spulen;
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3A ein
Prinzipschaltbild zu einer erfindungsgemäßen Signalrückkopplung;
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3B ein
Prinzipschaltbild zu einer alternativen erfindungsgemäßen Signalrückkopplung;
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4 ein
Schaltbild zur Selbsttriggerung von zwei Transformatorsystemen;
und
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5 ein
Zustandsdiagramm zur Triggerung der Schaltung von 4.
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Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele stellen
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar.
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Gemäß 1 sind zwei Zündtransformatoren 1 und 2 räumlich hintereinandergeschaltet.
Der Transformator 1 verfügt über eine Primärwicklung
P1 und eine Sekundärwicklung
S1. Ebenso verfügt
der Transformator 2 über
eine Primärwicklung
P2 und eine Sekundärwicklung
S2. Die beiden Transformatoren besitzen jeweils E-förmige Eisenkerne
E1 und E2, wobei die Wicklungen S1, P1 und S2, P2 koaxial auf deren
Mittelschenkel angeordnet sind. Die offenen Passagen der Eisenkerne
E1 und E2 weisen zueinander und zwischen ihnen ist ein lineares
durch Luftspalte getrenntes Eisenstück E3 als gemeinsames Flussleitstück angeordnet.
Das lineare Eisenstück
beziehungsweise ferromagnetische Stück E3 kann auch zweiteilig
ausgeführt
sein und ein magnetischer Trennabschnitt kann zwischen beiden Teilen in
der Längsrichtung
des in 1 dargestellten
gemeinsamen Flussleitstücks
E3 verlaufen. In der Praxis kann der Aufbau dieses gemeinsamen Flussleitstücks E3 aus
einer ersten ferromagnetischen Scheibe, einer aus magnetischem Isolationsmaterial
bestehenden Trennscheibe und einer zweiten ferromagnetischen Scheibe
bestehen.
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Symbolisch ist in jedem Magnetkreis
jeweils eine Magnetfeldlinie M1 und M2 eingezeichnet. Es wird deutlich,
dass die Spulen P1 beziehungsweise S1 und P2 beziehungsweise S2
so geschaltet sind, dass ihre Magnetfelder auf der gemeinsamen Achse gegenläufig sind.
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Der Transformator 1 ist
derart ausgelegt, dass seine Sekundärspule S1 als Zündspule
verwendet werden kann. Ein entsprechend hohes Übersetzungsverhältnis sorgt
für die
Erzeugung der notwendigen Zündspannung.
Demgegenüber
besitzt der Transformator 2 ein verringertes Übersetzungsverhältnis, da
seine Sekundärspule
S2 lediglich als "Brennspule" verwendet wird,
die den Brennvorgang nach dem erstmaligen Zünden durch die Zündspule S1
abwechselnd mit der Zündspule
S1 aufrechterhält.
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Die Primärspulen P1 und P2, die in der 1 mit den kleineren Windungsdurchmessern
dargestellt sind, sind über
Schaltelemente T1 und T2 an eine Gleichspannungsquelle 3 angeschlossen.
Die beiden Schalter T1 und T2 können
durch Transistoren realisiert werden, welche durch ein geeignetes Steuergerät im notwendigen
Wechseltakt angesteuert werden. Somit ergibt sich für beide
Primärspulen P1
und P2 ein rechteckförmiger
Spannungsverlauf.
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Die in der Zeichnung mit etwas größerem Wicklungsdurchmesser
dargestellten Sekundärspulen
S1 und S2 besitzen eine gemeinsame Masse, die über einen Widerstand R1 mit
der Masse der Primärspulen
verbunden ist. Am jeweils anderen Ende sind die Sekundärspulen
S1 und S2 mit der Zündkerze
Z verbunden.
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In 2 ist
in der linken Hälfte
der Strom- und Spannungsverlauf am Transformator 1 schematisch
dargestellt. Zum Zeitpunkt t0 beginnt der Ladestrom durch die Primärspule P1
zu fließen,
da der Schalter T1 durchgeschaltet wird. Der Ladestrom steigt idealisiert
linear bis zum Zeitpunkt t1, zu dem der Schalter beziehungsweise
Transistor T1 abgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt erreicht der
Primärstrom
seinen maximalen Wert I1. Sekun därseitig stellt
sich während
des Ladevorgangs der Primärseite
eine idealisiert konstante positive Spannung U1 im Zeitraum von
t0 bis t1 ein.
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Wenn zum Zeitpunkt t1 der Schalter
beziehungsweise Transistor T1 abgeschaltet wird, sinkt der Primärstrom rasch
auf den Wert 0 ab. Ebenso rasch steigt zu diesem Zeitpunkt die Sekundärspannung
an der Sekundärspule
S1 auf einen negativen Maximalwert U2Z an. Diese Spannung U2Z ist
ausreichend, um an der Zündkerze
einen Funken zu zünden.
Unmittelbar nach dem Zünden
sinkt die Sekundärspannung
auf den Brennspannungswert U2 ab. Dieser Wert wird bis zum Ende
des Brennvorgangs beibehalten.
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In ähnlicher Weise steigt zum Zeitpunkt
t1, d. h. beim Abschalten des Primärstroms, der Sekundärstrom auf
einen maximalen negativen Wert I2Z. Nach beziehungsweise während des
Zündens
sinkt der Sekundärstrom
verhältnismäßig rasch
auf einen Wert I2 ab. Während
der Brennphase zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 sinkt der Sekundärstrom idealisiert linear
auf 0 ab.
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Zum Zeitpunkt t2 ist der Brennvorgang
abgeschlossen, der Funke erlischt und die Sekundärspule S1 ist entladen.
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Aus der Beschattung gemäß 1 ergibt sich, dass die
Feldrichtungen der beiden Transformatoreinrichtungen 1 und 2 auf
ihrer gemeinsamen Achse entgegengesetzt gerichtet sind. Daraus resultiert in
der Primärspule
P2 und der Sekundärspule
S2 ein Spannungs- und Stromverlauf mit jeweils umgekehrten Vorzeichen
gegenüber
dem Spannungs- und Stromverlauf der Primärspule P1 und der Sekundärspule S1.
Prinzipiell sind die Lade- und Entladevorgänge in beiden Transformatoreinrichtungen 1 und 2 identisch
(vgl. 2, rechte Hälfte). Unterschiede
ergeben sich lediglich aus der verschiedenen Dimensionierung beider
Transformatoren. So besitzt beispielsweise der Transformator 1 ein
hohes Übersetzungsverhältnis, um
eine hohe Zündspannung
für ein erstmaliges
Zünden
generieren zu können.
Der Transformator 2 besitzt hingegen ein geringeres Übersetzungsverhältnis, da
es im weiteren Verlauf des Brennvorgangs genügt, eine geringere Spannung
für einen Überschlag
zu erzeugen.
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Wie erwähnt, entsprechen die Spannungs- und
Stromverläufe
in den Transformatoren 1 und 2 einander. Zum Zeitpunkt
t3 in 2 beginnt der
Ladestrom durch die Primärspule
P2 zu fließen,
da der Schalter T2 durchgeschaltet wird. Der Ladestrom steigt idealisiert
linear bis zum Zeitpunkt t4, zu dem der Schalter beziehungsweise
Transistor T2 abgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt erreicht der
Primärstrom
seinen maximalen negativen Wert I3. Sekundärseitig stellt sich während des
Ladevorgangs der Primärseite
eine konstante negative Spannung U3 im Zeitraum von t3 bis t4 ein.
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Wenn zum Zeitpunkt t4 der Schalter
beziehungsweise Transistor T2 abgeschaltet wird, sinkt der Primärstrom rasch
auf den Wert 0 ab. Ebenso rasch steigt zu diesem Zeitpunkt die Sekundärspannung
an der Sekundärspule
S2 auf einen positiven Maximalwert U4Z an. Diese Spannung U4Z ist
ausreichend, um in der Zündkerze
einen Funken zu zünden.
Unmittelbar nach dem Zünden
sinkt die Sekundärspannung
auf den Brennspannungswert U4 ab. Dieser Wert wird bis zum Ende
des Brennvorgangs beibehalten.
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In ähnlicher Weise steigt zum Zeitpunkt
t4, d. h. beim Abschalten des Primärstroms, der Sekundärstrom auf
einen maximalen positiven Wert I4Z. Nach beziehungsweise während des
Zündens
sinkt der Sekundärstrom
verhältnismäßig rasch
auf einen Wert I4 ab. Während
der Brennphase zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 sinkt der Sekundärstrom idealisiert linear
auf 0 ab.
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Zum Zeitpunkt t5 ist der Brennvorgang
abgeschlossen, der Funke erlischt und die Sekundärspule S2 ist entladen.
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In dem Zeitraum von t0 bis t1 wird
die Primärspule
P1 geladen, während
sie beziehungsweise die Sekundärspule
S1 im Zeitraum zwischen t1 und t2 durch das Zünden und Brennen wieder entladen wird.
Gleiches gilt für
die Primärspule
P2, die im Zeitraum zwischen t3 und t4 geladen, und die Sekundärspule S2,
die durch das Zünden
und Brennen im Zeitraum zwischen t4 und t5 wieder entladen wird.
Es gilt nun, die Zünd-
beziehungsweise Brennphase, während
der die Sekundärspule
S1 Energie an die Zündkerze
abgibt, mit der Ladephase t3 bis t4, während die Primärspule P2
geladen wird, zu synchronisieren. Ebenso müsste die Zündphase t4 bis t5, während die Sekundärspule S2
Energie an die Zündkerze
abgibt mit einer nachfolgenden Ladephase der Primärspule P1
synchronisiert werden. Damit würde
ein Zustand erreicht werden, in dem abwechselnd das eine Spulensystem
geladen und das andere Spulensystem entladen wird. Somit kann durch
das Zündsystem
immer ausreichend viel Energie für
die Verbrennung zur Verfügung
gestellt werden.
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Im konkreten Fall ist die Synchronisation
dadurch zu vollziehen, dass die Zeitpunkte t1 und t3 sowie t2 und
t4 aufeinander fallen. Ausgehend vom Zeitpunkt t1 ist hierzu der
Zeitpunkt t2 zu bestimmen. Der reale Kurvenverlauf der Spannung
an der Sekundärspule
S1 im Bereich t2 entspricht nur idealisiert dem in 2 schematisch dargestellten Kurvenverlauf.
Tatsächlich
treten gerade in der Übergangsphase
zum Zeitpunkt t2 Überschwingungen
und Störungen
auf. Somit ist das Signal in einem gewissen Zeitbereich zu mitteln.
Durchläuft
das gemittelte Signal einen vorgegebenen Wert, in diesem Fall den
Wert 0, so ist der Zeitpunkt t2 daran zu orientieren. Folglich kann
mit dem Wert t1 auch der Wert t3 und mit t2 auch der Wert t4 festgelegt
werden. Mit t4 liegt für
die nächste
Periode auch der neue Wert für
t0 fest. Der Wert t5 beziehungsweise der neue Wert t1 wird wiederum
durch Mittelwertbildung ermittelt.
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Diese Synchronisation erfordert eine
Rückkopplung
der Signale der Sekundärkreise
der Transformatoren 1 und 2 an die jeweils anderen
Primärkreise.
Dies bedeutet, dass das Signal der Sekundärwicklung S2 an den Schaltkreis
mit der Primärspule P1
und das Signal der Sekundärwicklung
S1 an den Schaltkreis mit der Primärwicklung P2 wechselseitig rückzukoppeln
ist. Eine diesbezügliche
Rückkopplungsschaltung
ist prinzipiell in 3A dargestellt. Die
einzelnen Bauelemente sind der nachfolgenden Beschreibung zu 3B zu entnehmen. Die Darstellung
zeigt den Fall eines einfachen Rückkopplungsnetzwerks
von der Sekundärspule
S1 zu der Primärspule
P2.
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Gemäß der Schaltung von 3B sind die einen Enden
der Sekundärspulen
S1 und S2 über
einen Spannungsteiler R2, R3 gemeinsam an Masse gelegt. Die gemeinsame
Masse der Sekundärspulen S1
und S2 hat den Zweck, dass zur Rückkopplung ein
gemeinsames Sekundärsignal
verwendet werden kann. Darüber
hinaus können
dadurch die Anzahl der Bauteile und die Anzahl der Kontakte beziehungsweise
Leitungen reduziert werden.
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Die anderen Enden der Sekundärspulen
S1 und S2 sind mit der Zündkerze
Z verbunden. Somit können
die Sekundärspulen
S1 und S2 abwechselnd ihre Energie an die Zündkerze Z abgeben.
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Der Mittenabgriff des Spannungsteilers R2/R3
dient für
die Rückkopplung
an die Primärspule P2
und die nicht dargestellte Primärspule
P1. Der Rückkopplungszweig
für die
Primärspule
P2 verläuft zunächst über eine
Diode D2 und einen Widerstand R4. Die Diode D2 ist vom Spannungsteiler
R2/R3 zum Widerstand R4 in Sperrrichtung geschaltet. Dies bedeutet,
dass als Rückkopplungssignal
die negative Spannung der Sekundärspule
S1 im Bereich zwischen t1 und t2 aus 2 verwendet
wird.
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Zwischen den Widerstand R4 und Masse
ist ein Kondensator C geschaltet. Parallel zu dem Kondensator C
ist eine Zenerdiode D4 geschaltet. An die Klemme der Parallelschaltung
bestehend aus der Diode D4 und dem Kondensator C, die der Masse
gegenüberliegt,
ist die Basis eines Transistors T3 geschaltet. Dazwischen befindet
sich ein Umsetzer U (3A)
bzw. U1 (3B). Kollektor
und Emitter des Transistors T3 befinden sich zwischen einem Steuersignaleingang
E und der Basis eines Schalttransistors T4. Basis und Kollektor
des Transistors T4 sind mit Masse beziehungsweise dem einen Anschluss an
die Primärspule
P2 verbunden. Die Primärspule P2
ist an die Versorgungsspannung (+) angeschlossen.
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Der Übersicht halber ist der zweite
Rückkopplungskreis, über den
das Signal der Sekundärspule
S2 zur Ansteuerung der Primärspule
P1 übertragen
wird, nur durch die Diode D3 und den Widerstand R5, die an den Mittenabgriff
des Spannungsteilers R2/R3 angeschlossen sind, angedeutet. Hier
ist die Diode D3 vom Spannungsteiler R2/R3 zum Widerstand R5 in
Durchgangsrichtung geschaltet, so dass die positive Spannung der
Sekundärspule
S2 für
diesen Rückkopplungszweig
maßgeblich
ist.
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Die Funktionsweise der Schaltung
kann wie folgt dargestellt werden. Eine an der Sekundärwicklung
S1 anliegende negative Spannung wird zunächst in dem Spannungsteiler
R2/R3 für
die Rückkopplung
reduziert. Sie wird über
die Diode D2 und den Widerstand R4 auf den Kondensator C übertragen.
Dieser dient zur Mittelung der Spannung. Falls ein gewisser, durch
die Zenerdiode D4 vorgegebener Schwellwert überschritten wird, wird der
Transistor T3 durchgeschaltet, so dass das Eingangssignal von einem
Motorsteuergerät
zum Transistor T4 durchgeschaltet wird. Folglich schaltet der Transistor
T4 entsprechend dem Eingangssignal E das Laden der Primärspule P2
beispielsweise ein. In ähnlicher
Weise funktioniert die Rückkopplung
des positiven Signals der Sekundärspule
S2 auf die nicht dargestellte Primärspule P1. Ruf diese Weise
kann mittels der Signale an den Sekundärspulen S1 und S2 der Ladevorgang
in der jeweiligen Primärspule
P2 beziehungsweise P1 durch wechselseitige Rückkopplung eingeschaltet werden.
Somit sind die in 2 dargestellten
Strom- und Spannungsverläufe
der Transformatoren
1 und 2 überlagert und der Ladevorgang
der jeweiligen Primärspule
an den Entladevorgang der anderen Sekundärspule angepasst.
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In 4 ist
ein Schaltbild zur Selbsttriggerung der Transformatoreinrichtungen 1 und 2 dargestellt.
Die Schaltung baut auf der in 3 A
dargestellten auf. Die Sekundärspulen
S1 und S2 der Transformatoreinrichtungen 1 und 2 sind
beide mit einem Pol der Zündkerze
Z verbunden. Vom anderen Pol der jeweiligen Sekundärspule S1,
S2 führt
ein Spannungsteiler R2, R3 beziehungsweise R6, R7 zur Motormasse
M. Der Mittenabgriff des Spannungsteilers R2, R3 der Sekundärspule S1
dient zur Rückkopplung
an die Primärspule
P2, während
der Mittenabgriff des Spannungsteilers R6, R7 der Sekundärspule S2
zur Rückkopplung
an die Primärspule
P1 dient.
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Der Strom durch die Primärspule P2
der Transformatoreinheit 2 wird durch einen Transistor T4
gesteuert, der die Primärspule
P2 mit der Karosseriemasse K verbindet. Die Basis des Transistors T4
wird mit dem Rückkopplungssignal
von der Sekundärspule
S1 angesteuert. Das Ansteuersignal von der Sekundärspule S1
läuft zunächst über einen Widerstand
R10 und eine Parallelschaltung aus einem Kondensator C1 und einer
Zenerdiode D4 ebenfalls zur Karosseriemasse K. Der Widerstand R10
ist ausgangsseitig mit der Basis eines Transistors T3 verbunden,
der die Basis des Transistors T4 steuert. Zwischen der Basis des
Transistors T3 und dem Widerstand R10 befindet sich ein Umsetzer
U2 zur Pegelanpassung.
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Der Transistor T3 ist mit Emitter
und Kollektor zwischen die Basis des Transistors T4 und den Ausgang
einer Spannungsversorgungsschaltung geschaltet. Zwischen der Spannungsversorgungsschaltung
und dem Transistor T3 befindet sich noch ein Vorwiderstand R8 zur
Strombegrenzung und zum Schutz für
den Transistor T3. Ebenfalls mit dem Ausgang der Spannungsversorgungsschaltung
sind die Eingänge
der Primärspulen
P1 und P2 verbunden.
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Die in 4 dargestellte
Schaltung ist im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut, so dass der Rückkopplungszweig
von der Sekundärspule
S2 zur Primärspule
P1 dem soeben beschriebenen von der Sekundärspule S1 zur Primärspule P2
entspricht. Folglich entsprechen sich auch die folgenden Bauteile
und deren Verschaltungen: R9 und R8, T5 und T3, T6 und T4, U3 und
U2, D5 und D4 (zueinander unsymmetrisch verschaltet), C2 und C1
so wie R11 und R10. Die jeweiligen Bauelemente sind den unter Umständen unterschiedlichen
Bauformen der Transformatoreinheiten 1 und 2 angepasst.
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Die Spannungsversorgungsschaltung
besteht im Wesentlichen aus einem Transistor T0 dessen Emitter und
Kollektor an die Batteriespannung UBATT angeschlossen
ist beziehungsweise den Ausgang der Spannungsversorgungsschaltung
darstellt. Der Transistor T0 wird mit einem Eingangssignal E0 an
seiner Basis gesteuert. Mit dem Signal E0 kann damit die Spannungsversorgung
der gesamten Schaltung gesteuert werden.
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Zur Steuerung der ersten Zündung durch
die Sekundärspule
S1 beziehungsweise das erstmalige Laden der Primärspule P1 dient ein Steuersignal
E1, das an die Basis des Transistors T6 angelegt wird.
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Die Wirkungsweise der Schaltung von 4 wird nun im Zusammenhang
mit 5 näher erläutert. Diese
zeigt die logischen Zustände
der Transistoren T0, T4 und T6. Dabei bedeutet der Zustand "1 ", dass der jeweilige
Transistor durchgeschaltet ist, und der Zustand "0",
dass der Transistor sperrt.
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Der Zeitverlauf A in 5 zeigt das Steuersignal E0 beziehungsweise
den Zustand des Transistors T0. Zum Zeitpunkt t0 wird der Transistor
T0 durchgeschaltet (logischer Zustand "1 ")
und die Schaltung wird mit der Batteriespannung UBATT versorgt.
Zum Zeitpunkt tE ändert
der Zündzyklus
und der Transistor T0 wird abgeschaltet (logischer Zustand "0").
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Der Zeitverlauf B in 5 zeigt das Eingangssignal E1, das einen
entsprechenden Zustand des Transistors T6 hervorruft. Da die Primärspule P1 erstmalig
geladen werden soll, wird der Transistor T6 zum Zeitpunkt t0 mit
Hilfe des Eingangssignals E1 durchgeschaltet. Zu einem definierten
Zeitpunkt t1 wird das Laden der Primärspule P1 durch das Signal E1
abgebrochen. Nach dem Zeitpunkt t1 wird der Transistor T6 nicht
mehr von extern angesteuert. Das Signal E1 kann auch aus dem Signal
E0 gewonnen werden, indem der Zeitpunkt t1 aus dem Ladezustand der
Primärspule
P1 ermittelt wird.
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Der Verlauf C in 5 zeigt die Zustände des Transistors T4 an der
Primärspule
P2. Sobald der Ladevorgang der Primärspule P1 beendet ist und die
Zündung
zum Zeitpunkt t1 erfolgt ist, sinkt die Spannung an der Sekundärspule S1
auf einen negativen Wert, wodurch der Transistor T3 und damit auch der
Transistor T4 durchschaltet. Das Laden der Primärspule P2 be ginnt. Der Zeitpunkt
t1 entspricht somit dem Zeitpunkt t3 von 2. Zum Zeitpunkt t2, der dem Zeitpunkt
t4 entspricht, ist die Primärspule P1
durch die Funkenbildung entladen, wodurch die Spannung an der Sekundärseite S1
auf 0 zurückgeht und
durch die Rückkopplung
das Laden der Primärspule
P2 beendet wird. Durch das Abschalten des Ladevorgangs der Primärspule P2
steigt an der Sekundärseite
S2 die Spannung soweit an, dass wiederum ein Funke an der Zündkerze
Z gezündet
wird. Dementsprechend wird nun die Primärspule P2 über die Sekundärspule S2
entladen und es liegt ein positives Rückkopplungssignal für den Transistor
T5 vor, der den Transistor T6 durchschaltet. Dies ist dem Verlauf
D in 5 zu entnehmen.
Zum Zeitpunkt t2 beziehungsweise t4 (vergleiche 2) gerät der Transistor T6 somit in
den Zustand "1". Folglich wird die
Primärspule
P1 geladen, während
die Primärspule
P2 durch den Funken entladen wird. Sobald die Primärspule P2
entladen ist, wird der Ladevorgang der Primärspule P1 abgebrochen.
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Diese Lade- und Entladevorgänge wiederholen
sich nun zyklisch, bis durch das Eingangssignal E0 zum Zeitpunkt
tE die Spannungsversorgung unterbrochen wird. Sobald dies der Fall
ist, wird kein neuer Ladezyklus mehr gestartet und der momentan laufende
Entladezyklus endet mit der vollständigen Entladung der jeweiligen
Primärspule.