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Elektronische Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem über einen
Unterbrecherkontakt gesteuerten Transistor Die Erfindung betrifft eine elektronische
Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem über einen Unterbrecherkontakt gesteuerten
Transistor, der über die Primärwicklung eines Zündtrafos an eine Gleichstromquelle
angeschlossen ist, und mit einer über einen Verteiler an die Zündkerzen angeschlossenen
Sekundärwicklung sowie einer auf dem Zündtrafo angeordneten dritten Wicklung, die
als Erregerwicklung an die Transistorbasis angeschlossen ist, und einer vierten
Wicklung, die als Steuerwicklung angeordnet ist.
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Bei einer solchen bekannten Zündanlage wird der Transistor bei öffnung
des Unterbrechers über die Erregerwicklung und einen Potentiometerwiderstand eingeschaltet,
wobei über den Transistor auch die Primärwicklung des Zündtrafos eingeschaltet wird
und in der Erregerwicklung eine Spannung induziert, die der normalen Durchströmung
der Erregerwicklung entgegengerichtet und deshalb bestrebt ist, den Transistor auszuschalten.
Wenn der Transistor ausgeschaltet ist, hört auch rasch die Erregung der Primärwicklung
auf, wodurch in der Sekundärwicklung des Zündtrafos ein die Zündung bewirkender
Sekundärstrom induziert wird. Da durch das Ausschalten der Primärwicklung in der
Erregerwicklung keine Gegenspannung mehr induziert wird, folgt auf diese Ausschaltung
sofort ein neuer Stromdurchfluß der Erregerwicklung und damit eine neue Einschaltung
des Transistors, weshalb sich der geschilderte Vorgang der Zündfunkenerzeugung ständig
selbsttätig wiederholt, bis der Unterbrecher wieder geschlossen wird. Erst eine
solche Schließung des Unterbrechers hat eine Erdung des Basisanschlusses und damit
eine entsprechende Ausschaltung des Transistors und weiterer Zündfunken zur Folge.
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Diese bekannte Zündanlage weist eine Reihe von Nachteilen auf, von
denen einer darin besteht, daß die Zündfunkenerzeugung auch bei stillgesetzter Brennkraftmaschine
ständig selbsttätig fortgesetzt wird, wenn der Unterbrecher dabei zufällig geöffnet
bleiben sollte. Dies bringt nicht nur eine unnötige Beanspruchung und Abnutzung
der betroffenen Zündkerze, sondern auch den weiteren Nachteil mit sich, daß dabei
ein ständiger Stromverbrauch, d. h. im Falle der Entnahme des Stromes aus einer
Fahrzeugbatterie eine ständige Entladung der Batterie stattfindet. Schließlich kann
dabei auch der Transistor überhitzt werden, wenn er nicht ausreichend gekühlt wird.
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Die bekannte Zündanlage läßt auch keine umgekehrte Arbeitsweise zu,
bei der der Zündfunke statt beim Abschwellen des Magnetflusses durch den Trafokern
beim Anschwellen desselben ausgelöst wird, weil die zur Zündfunkenerzeugung erforderliche
Stromstärke wesentlich höher ist, als sie bei der bekannten Anlage beim Anschwellen
des Magnetflusses durch den Potentiometerwiderstand zugelassen ist. Überdies sind
mit der Zündfunkenerzeugung bei der Abschwellung des Magnetflusses zwei weitere
wesentliche Nachteile verbunden, und zwar a) die Induzierung einer auf das Zusammenbrechen
des Magnetflusses im Trafokern folgenden starken Gegen-EMK in der Primärwicklung.
Man kann diese Gegen-EMK nicht ausschalten, sonst würde der Zündfunke kurzgeschlossen
werden. Anderseits muß aber wiederum für einen Schutz der Schaltungselemente des
Stromkreises gesorgt werden. Bei der bekannten Zündanlage ist durch die Überbrückung
der Kollektor- und Emitteranschlüsse des Transistors mittels eines Kondensators
lediglich ein Kompromiß geschaffen, der teilweise den Stromkreis schützt und teilweise
den Zündfunken kurzschließt.
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b) Nach dem öffnen des Unterbrechers vergeht noch eine bestimmte Zeit,
bis der Zündfunke erzeugt ist. Diese Verzögerung der Zündfunkenerzeugung liegt einerseits
daran, daß für den Anstieg des Sekundärstromes bis zur Sättigung und auch für den
Anstieg des Primärstromes eine verhältnismäßig lange Zeit benötigt wird. Bei Zündanlagen,
bei denen das Anschwellen des Magnetflusses im Trafokem zur Erzeugung des Zündfunkens
herangezogen wird, wird zum Anstieg des Primärstromes nur wesentlich weniger Zeit
benötigt, während die Zeit für den Anstieg des Sekundärstromes ebenfalls kürzer
und damit praktisch noch gut brauchbar ist. Da
der Primärstrom bei
Zündanlagen nach einer Exponentialkurve ansteigt, wird in Schaltungen, wo das Abschwellen
des Magnetflusses zur Zündfunkenerzeugung verwendet wird, bis zur Sättigung stets
verhältnismäßig viel Zeit benötigt, weshalb diese Art der Zündfunkenerzeugung, die
bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen bei z. B. 6000 U/min zu einer um etwa 46-
KW verzögerten Zündfunkenerzeugung führen kann, für schnellaufende Brennkraftmaschinen
unbrauchbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel
zu vermeiden und dabei, ausgehend von einer Zündanlage mit einer Zündfunkenerzeugung
beim Anschwellen des Magnetflusses im Trafokern, vor allem den Anstieg des Primärstromes
bis zur Sättigung zu beschleunigen und die Zündfunkenerzeugung je Unterbrecherarbeit
möglichst auf einen einzigen Zündfunken zu beschränken.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch
gelöst, daß die Transistorsteuerung . nach einem an sich bekannten monostabilen
Kippschaltungsprinzip erfolgt, und zwar so, daß über einen im Unterbrecherkreis
liegenden Kondensator der Unterbrecherschaltimpuls über eine Steuerwicklung auf
eine an den Emitter-Basis-Kreis des Transistors angeschlossene rückgekoppelte Erregerwicklung
wirksam wird, wodurch der Transistor leitend wird und einen steilen Stromanstieg
in der mit der Steuerwicklung und Erregerwicklung gekoppelten Primärwicklung bis
zur Sättigung des Zündtrafos herbeigeführt und die in der Primärwicklung induzierte
Gegen-EMK durch eine parallel geschaltete Diode kurzgeschlossen wird.
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Bei einer solchen Ausbildung der Zündanlage wird der Transistor erst
durch die erste Induktion der Erregerwicklung leitend gemacht, wodurch eine erste
Stromversorgung und zugleich Induzierung der Primärwicklung möglich ist, die wiederum
eine weitere Erregung der Erregerwicklung nach sich zieht, was die Leitfähigkeit
des Transistors erhöht. Diese Rückkopplungswirkung dauert an, bis der Primärstrom
sehr schnell bis zur Sättigung angestiegen ist. Dabei kann der Zündfunke bei der
erfindungsgemäßen Zündanlage ohne weiteres durch den ansteigenden Strom der Primärwicklung
des Zündtrafos erzeugt werden, weil der den Transistor einschaltende Stromkreis
keinerlei Widerstand enthält, wie es bei der eingangs genannten bekannten Zündanlage
der Fall ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist durch eine Hintereinanderschaltung
der Steuerwicklung mit einem Kondensator gekennzeichnet, wobei der Unterbrecher
dem Kondensator und der Steuerwicklung gemeinsam parallel geschaltet ist. Wenn bei
einer so ausgebildeten Zündanlage der Unterbrecher geöffnet wird, wird zunächst
lediglich der Kondensator aufgeladen, und erst wenn der Unterbrecher wieder geschlossen
wird, wird der Kondensator wieder entladen und bewirkt dadurch eine Induzierung
der Erregerwicklung und die Einleitung der Zündfunkenerzeugung.
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Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist durch eine Hintereinanderschaltung
von Unterbrecher und Steuerwicklung gekennzeichnet, in welchem Falle die Einleitung
der Zündfunkenerzeugung durch das öffnen des Unterbrechers erfolgt. Dabei kann der
Unterbrecher nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung schließlich noch durch
einen Kondensator überbrückt sein, der hier jedoch nicht die Zündung einleitet,
sondern nur zum Schutz dient. Die Einleitung der Zündung erfolgt statt dessen rein
induktiv.
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Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung an einem Schaltschema
veranschaulicht.
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Die Zündspule besteht aus dem Eiserkern 1, an dem eine Primärwicklung
2 angebracht ist, für den magnetischen Fluß in dem Kern 1, der mittels eines
Gleichstroms, z. B. von einer l?-Volt-Batterie. erzeugt wird. An dem Kern ist eine
zweite Wicklung 3 vorgesehen für die erforderliche Funkenspannung, ferner eine Steuerwicklung
4 und eine Reglerwicklung 5.
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Die Klemmen 6 und 7 sind an der Batterie angeschlossen. Ein Ende der
Wicklung 4 ist mit der Klemme 6 durch einen Kondensator 8 und einen Widerstand 9
verbunden, während das andere Ende der Wicklung 4 mit der Klemme 7 verbunden ist,
und durch einen von der Maschine angetriebenen Unterbrecher 10 an einem Punkt
zwischen dem Kondensator 8 und dem Widerstand 9. Ferner ist ein Ende der Wicklung
2 mit der Klemme 6 verbunden, während das andere Ende mit der Klemme 7 durch die
Kollektor- und Emitterklemmen eines Transistors 11
vom pnp-Typ verbunden ist.
Das Basisende ist mit der Klemme 7 durch die Wicklung 5 verbunden. Weiter werden
die Enden der Wicklung 2 durch eine Diode 12 überbrückt.
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In Betrieb ist der Unterbrecher 10 geöffnet, während der Kondensator
8 aufgeladen wird. Beim Schließen des Unterbrechers 10 indessen entlädt sich
der Kondensator durch die Wicklung 4. Die resultierende Teilmagnetisierung des Kerns
1 bewirkt eine Spannung in der Wicklung 5, die die Betätigung des Transistors
11 bewirkt. Strom wird durch den Transistor zur Wicklung 2 geführt, der durch
Regenerativwirkung rasch ansteigt und dadurch eine schnelle Magnetisierung des Kerns
verursacht und so eine hohe Spannung in der Wicklung 3 induziert. Der Primärstrom
erreicht seinen Spitzenwert (bei dem der Kern magnetisch gesättigt ist) in einer
sehr kurzen Zeitspanne; wenn dieser Wert erreicht ist, besteht kein weiterer Wechsel
des Flusses im Kern, und keine weitere Energie wird zur Wicklung 5 rückgekoppelt.
Der Transistor kehrt so zu seinem Anfangszustand zurück und unterbricht den Strom
im Primärkreis. Die Gegen-EMK, die in der Wicklung 2 durch die Abschaltung des Transistors
induziert wird, wird durch die Diode 12 geleitet, welche hohe Spannungsspitzen unterdrückt,
die andernfalls den Transistor beschädigen würden.
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Es kann eine der beiden Klemmen 6 und 7 geerdet werden, vorzugsweise
wird aber die Klemme 7 geerdet, so daß der Notwendigkeit vorgebeugt wird, beide
Kontakte des Unterbrechers 10 zu isolieren. Ferner kann mit entsprechenden Abänderungen
ein npn-Transistor verwendet werden.
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Der Unterbrecher 10 kann auch zwischen der Wicklung 4 und der Klemme
7 verbunden werden. Dann kann der Kondensator 8 jenseits des Unterbrechers verbunden
und der Widerstand 9 weggelassen werden. In jedem Falle kann, da der erforderliche
Strom in dem Steuerstromkreis gering ist, keine ernstliche Wirkung durch eine geringe
Funkenbildung erfolgen, die an den Unterbrecherkontakten auftreten könnte. Infolgedessen
erfolgt in der Sekundärwicklung eine größere Gleichförmigkeit der Betätigung, beides
in bezug auf die Zeitfolge der Entladung und des Energiegehaltes der Funken an den
Zündkerzen.
Die Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil, daß die
Gefahr starker Ströme, die durch die Steuerwicklung gezogen werden, für den Fall,
daß die Maschine bei geschlossenem Unterbrecher zum Stehen kommt, verhütet wird.