DE1464050A1 - Transistorisierte Zuendeinrichtung fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Der Patentanwalt Dipl-Ing. W. Beyer FRANKFURT/MAIN FREIHERR-VOM-STEIN-STRASSE Ia Sehens Ax. ■

Ford-Werke Aktiengesellschaft H 6 A 0 5 0

Köln / Rhein Ottoplatz 2

Transistorisierte Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine transistorisierte Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Zündspule mit Primär- und Sekundärwicklung, einem mit der Brennkraftmaschine synchron arbeitenden Zündverteiler zur aufeinanderfolgenden Verbindung der Zündkerzen mit der Sekundärwicklung der Zündspule und einem synchron mit dem Zündverteiler arbeitenden Unterbrecher.

Die vorliegende Erfindung basiert zum Teil auf der in der deutschen Patentanmeldung P 14 64 049.4 beschriebenen Erfindung und kann als eine Weiterentwicklung und in einigen Punkten als Verbesserung dieser Erfindung angesehen werden.' * Bei der in der erwähnten Patentanmeldung beschriebenen Zündeinrichtung wird, praktisch unmittelbar bevor der Zündfunke in der Sekundärwicklung der Zündspule entstehen soll, der Zündspule ein ganz bestimmter elektrischer Energiebetrag durch das Verbinden der Fahrzeugbatterie mit ihrer Primärwicklung zugeführt. Die Verbindung von Primärwicklung der Zündspule mit Fahrzeugbatterie erfolgt durch ein Halbleiterschaltelement, beispielsweise einem Transistor, in dessen Steuerkreis ein in zwei Magnetisierungszuständen sättigbarer Schaltkern so angeordnet ist, daß das Umschalten des Scha.. -

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Neue Unterlagen (Art. r s ι a·*·. 2 r/r. ι satz 3 de. x„h.„.,

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kerns von dem einen Magne ti si erungs zustand in den anderen die Zeitdauer für das Leitendsein des Transistors und somit die Erregung der Primärwicklung der Zündspule bestimmt und steuert. Wie bei den sonstigen üblichen Zündsystemen ist auch bei dieser Anordnung das die Energie speichernde Element die Primärwicklung der Zündspule, d.h. die Energiespeicherung erfolgt auf magnetischem Wege.

Aus der französischen Patentschrift 1 300 213 ist eine Zünd-P einrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei welcher ein sog. Thyristor zum Anschalten der Primärwicklung der Zündspule an die Fahrzeugbatterie im Moment der Zündung verwendet wird. Bei der bekannten Einrichtung ist der Thyristor in Reihe mit der Primärwicklung der Zündspule und der einen Teilwicklung eines sog. Spar- bzw. Autotransformators geschaltet, während die andere Teilwicklung des Spartransformator in Reihe mit einem Kondensator den beiden Hauptelektroden des Thyristors parallel geschaltet ist. Bekommt der Thyristor einen Einschaltimpuls von einer unterbrecherähnlichen, auf magnetischer Basis arbeitenden Impulsspannungsquelle zugeleitet, so schaltet er durch und legt die Primärwicklung der Zündspule über die erste Teilwicklung des Spartransformators * an Batteriespannung. Dadurch ändert sich der Magnetisierungszustand des Spartransformatorkerns schlagartig und fällt in einem bestimmten Sättigungszustand, wobei in der zweiten Teilwicklung des Spartransformators eine Gegenspannung induziert wird, die nunmehr in dem Kreis Kondensator, Thyristor und zweite Spartransformatorwicklung einen solchen Strom treibt, daß schließlich der Kondensator umgeladen ist und, da er parallel zum Thyristor liegt, an die Hauptelektroden des Thyristors ein Sperrpotential legt. Der Thyristor ist dann bis zum nächsten Eintreffen eines Einschalt-Zündimpulses ausgeschaltet, wodurch sich der Kondensator über Spartransfor-

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matorwicklung und Primärwicklung der Zündspule wieder auf seinen ursprünglichen ladungszustand umladen kann und dadurch gleichzeitig den alten Magnetisierungszustand des Spartransformatorkerns wieder herstellt. Wird ein Thyristor in der oben beschriebenen Weise in einer Schaltung verwendet, so macht sich sein Hauptnachteil, nämlich die Tatsache, daß er auch nach Abklingen des, beispielsweise auf magnetischem Wege erzeugten Einschaltimpulse weiter durchgeschaltet bleibt und erst durch Umpolung bzw. durch Verschwinden des an seinen Hauptelektroden anliegenden Potentials gesperrt werden kann, stark bemerkbar. In der Schaltung nach der französischen Patentschrift wird diesem Nachteil dadurch begegnet, daß, wie schon erwähnt, eine zusätzliche Kunstschaltung, bestehend aus Spartransformator und Kondensator, verwendet wird, die in der Lage ist, kurzzeitig an die Haüptelektroden des Thyristors eine Löschspannung zu legen, so daß dieser wieder abgeschaltet wird. Zu diesem Zweck muß jedoch Energie aus dem Hauptstromkreis entnommen werden; außerdem wird, da die Induktivität der ersten Teilwicklung des Spartransformators in Reihe mit dem Thyristor zwischen Primärwicklung der Zündspule und Fahrzeugbatterie geschaltet ist, die Anstiegssteilheit des Ladestroms für die Zündspule herabgesetzt.

Die Erfindung verwendet ebenfalls in einem Teil ihrer Schaltung einen Thyristor, vermeidet jedoch dessen Nachteile durch eine andere Art der Schaltung.

Die Erfindung hat weiterhin die Aufgabe, eine in allen Motordrehzahlbereichen voll leistungsfähige Zündeinrichtung zu schaffen, bei welcher eine bestimmte elektrische Energiemenge für jede Zündung bereitgestellt wird, die für alle Betriebsbedingungen voll ausreichend ist, d.h. von der Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängig ist.

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Die Erfindung geht aus von einer transistorisierten Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Zündspule mit Primär- und Sekundärwicklung, einem mit der Brennkraftmaschine synchron arbeitenden Zündverteiler zur aufeinanderfolgenden Verbindung der Zündkerzen mit der Sekundärwicklung der Zündspule und einem synchron mit dem Verteiler arbeitenden Unterbrecher. Die Lösung der Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung dadurch erreicht,daß ein im Stromkreis der Primärwicklung der Zündspule liegender und die Zündenergie h vorübergehend speichernder Kondensator unmittelbar zu Beginn eines jeden Zündzyklus bei öffnen der Unterbrecherkontakte in die Primärwicklung der Zündspule entladbar ist und daß elektrische Schaltungselemente vorgesehen sind, die nach einer konstanten Zeitdauer während desselben Zündzyklus den Kondensator auf eine vorbestimmte konstante elektrische Energiemenge wieder aufladen.

Bei der Erfindung ist somit das die Zündenergie speichernde Element nicht wie bei den sonstigen üblichen Zündeinrichtungen die Induktivität der Zündspule, sondern ein Kondensator, wodurch sich verschiedene Vorteile ergeben. Zunächst ist es möglich, den Ladestrom bzw. die vorbestimmte konstante elek-r ^ trische Energiemenge, die jeweils für eine Zündung benötigt wird, zu jedem beliebigen günstigen Zeitpunkt aufzunehmen, sie aber auch dann so lange zu speichern, bis sie zu einem gegebenen Zeitpunkt zum Zünden an den Zündkerzen des Motors benötigt wird. Der Kondensator erlaubt somit entsprechend seiner Bemessung eine kraftvolle Energiespeicherung und die Möglichkeit, einen sehr genauen Zeitpunkt zur Freigabe dieser Energie vorzusehen.

Dadurch ist es möglich, die erfindungsgemäße Zündeinrichtung auch in Kraftfahrzeuge einzubauen, die mit den bisher üblichen

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Zündeinrichtungen ausgestattet sind, und zwar ohne daß es einer Änderung der jeweils eingestellten Vorzündung bedarf.

Ein weiterer Vorteil bei der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung ist, daß die Zeitdauer zwischen Entladung und Ladung des Kondensators durch die Umschaltgeschwindigkeit eines magnetischen Schaltkerns von einem Sättigungszustand in den anderen bedingt ist. Dabei liegt der in zwei Sättigungszuständen magnetisierbare Schaltkern im Steuerkreis eines Transistors, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit der Fahrzeugbatterie und der Primärwicklung eines Ladetransformators liegt. Der im Steuerkreis des Transistors liegende ^öchaltkern gibt den Stromfluß von der Fahrzeugbatterie über den Transistor in die Primärwicklung des Ladetransformators frei, und zwar für einen kurzen konstanten Zeitraum, der von der Umschaltgeschwindigkeit des Schaltkerns bedingt ist. Die Erregung der Primärwicklung des Ladetransformators beginnt, wenn der vom Motor betätigte Unterbrecher öffnet und dadurch den Stromfluß durch eine auf dem Schaltkern befindliche Wicklung unterbricht. Der'Stromfluß durch die Primärwicklung des Ladetransformators wird unterbrochen, wenn der Schaltkern im Steuerkreis des Transistors seinen zweiten Sättigungszustand erreicht hat. In diesem Moment, d.h. bei Unterbrechung des Stromflusses durch den Transistor, wird die in der Primärwicklung des Ladetransformators gespeicherte elektrische Energie auf den Speicherkondensator übertragen, von welchem sie dann zu einem geeigneten Zeitpunkt durch einen Schaltbefehl abgerufen werden kann. Das geschieht dadurch, daß zunächst die Primärwicklung der Zündspule selbst über ein Festkörperschaltelement (Thyristor) mit dem Kondensator verbunden ist, und daß jedoch der Kondensator seinerseits wieder über ein asymmetrisches Schaltelement (Diode) mit der Sekundärwicklung des Ladetransformators verbunden ist und daß der zwischen Kondensator und Primärwicklung der Zündspule

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liegende Thyristor während des Ladevorgangs des Kondensators gesperrt ist, damit nicht die Energie sofort wieder in die Primärwicklung der Zündspule abfließen kann.

Der als gesteuerter Gleichrichter arbeitende Thyristor verhindert somit eine Entladung des Kondensators in die Primärwicklung der Zündspule bis zu dem Zeitpunkt, wo die Energie abgerufen wird. Das erfolgt dadurch, daß die Steuerelektrode des zwischen Kondensator und Primärwicklung liegenden Thyristors so mit einer weiteren, auf dem Ladetransformator aufgebrachten Steuerwicklüng verbunden ist, daß der Thyristor nur bei Erregung der Primärwicklung des Ladetransformators den Kondensator mit der Primärwicklung der Zündspule verbindet, dagegen sperrt, wenn bei Abschalten der Ladetransformatorspannung durch das zusammenbrechende Magnetfeld die Sekundärwicklung des Ladetransformators Spannung führt und die dabei entstehende Energie auf den Kondensator übertragen wird.

Durch diese Schaltungsanordnung braucht der verwendete Thyristor nicht durch eine besondere Kunstschaltung wieder gesperrt werden, sondern der Thyristor gelangt von allein wieder in seinen Sperrzustand, wenn die Energie von dem Kondensator völlig in die Zündspule geflossen ist. Der Thyristor kann erst dann wieder leitend gesteuert werden, wenn ein neuer Steuerimpuls an seiner Steuerelektrode auftritt.

Im Folgenden wird Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 die Schaltung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und

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Fig. 2 die Hysteresisschleife des in dem Ausführungsbeispiel verwendeten sättigbaren Schaltkerns.

In Fig. 1 ist mit 14- die elektrische Energiequelle, beispielsweise die Fahrzeugbatterie bezeichnet. Der negative Pol 11 der Fahrzeugbatterie ist über eine Leitung 13 nit der Masseleitung 12 verbunden, der positive Pol föhrt zu einem Knoten punkt 16, von dem zunächst eine auf einem sättigbaren Schaltkern 21 aufgebrachte Wicklung 18 ausgeht, deren anderer Anschluß über einen Widerstand 25 und über einen, von dem Motor synchron gesteuerten Unterbrecher 25 mit Masse 12 verbunden ist. Der Unterbrecher arbeitet auf bekannte Weise; die Eontakte 26, 2? werden, gesteuert von der Nockenscheibe 31, periodisch durch den Stößel 32 geöffnet, dies geschieht synchron vom Antrieb des Zündverteilers her, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet.

Weiterhin ist der positive Anschluß der Fahrzeugbatterie noch über eine weitere, auf dem Schaltkern 21 aufgebrachte Wicklung 35 mit dem Emitter 42 eines Schalttransistors 43 verbunden, dessen Kollektoranschluß 44- über eine Leitung 4-6 mit der Primärwicklung eines Ladetransformator 51 verbunden ist, deren anderer Anschluß an Masse liegt.

Parallel zu der Emitter-Basis-Strecke des Schalttransistors ist dann noch eine dritte Wicklung 57 (Rückkopplungswicklung) auf dem Schaltkern geordnet, die über einen Widerstand 61 direkt mit der Basis des Transistors verbunden ist. Der andere. Anschluß der Wicklung 57 ist mit dem Emitteranschluß des Transistors verbunden. Parallel zu der Wicklung 57 befindet sich noch ein Widerstand 63·

Auf dem Ladetransformator 48 sind zwei Sekundärwicklungen an-

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gebracht, von denen die eine Sekundärwicklung, nämlich die Steuerwicklung 101 mit der Steuerelektrode eines Thyristors 91 verbunden ist, auf dessen Wirkungsweise weiter unten noch eingegangen wird. Die andere Sekundärwicklung 53 ist mit der Primärwicklung 52 in der Art eines Spartransformators ge^· schaltet und ist über eine Diode 78 mit einem als Ladekondensator zu bezeichnenden Kondensator 73 verbunden, dessen anderer Anschluß ebenfalls an Masse 12 liegt.

Parallel zu dem Kondensator 73 befindet sich die Primärwicklung 85 einer Zündspule 86, und zwar ist der eine Anschluß 87 der Zündspule über ein schon erwähntes Festkörperschaltelement, nämlich den Thyristor 91 mit dem einen Anschluß des Kondensators 73 verbunden, während der andere Anschluß der Primärwicklung an Masse liegt. Die Sekundärwicklung 110 der Zündspule 86 ist auf bekannte Weise mit einem Verteilerläufer 112 verbunden, der beim Betrieb des Motors jeweils nacheinander die Sekundärwicklung 110 mit den Zündkerzen 114 verbindet.

Wie schon erwähnt, ist die Steuerelektrode 96 des gesteuerten Gleichrichters 91 (Thyristor) mit einer auf dem Ladetransformator 4-8 aufgebrachten Steuerwicklung 101 verbunden, und zwar über einen Widerstand 99» während der andere Anschluß der Steuerwicklung mit der Kathode 93 des Thyristors verbunden ist. Parallel zu Kathode und Steuerelektrode des Thyristors befindet sie h noch ein Widerstand 94·.

Zur Erklärung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung soll von einem Moment ausgegangen werden, bei welchem die Kontakte des Unterbrechers 25 geschlossen sind. Dann ist ein Stromkreis von der Batterie über die erste auf dem Schaltkern 21 aufgebrachte Wicklung 18 zu Masse hergestellt. Durch den dadurch hervorgerufenen Stromfluß befindet

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sich der Schaltkern 21 in seinem negativen Sättigungszustand (und zwar am Punkt -B der Hysteresisschleife in Fig. 2). Dieser negative Sättigungszustand entspricht einer Amperewindungszahl von -N-I,. in Fig. 2 und wird durch den Stromfluß und die Anzahl der Windungen in der Wicklung 18 hervorgerufen. Solange der Unterbrecher 25 geschlossen ist und der Schaltkern 21 sich in seinem negativen Sättigungszustand befindet, wird in die Rückkopplungswicklung 57» die mit der Basis des Transistors 43 verbunden ist, keine Spannung induziert, so daß, bewirkt durch die Widerstände 63 und 61 im I Basis-Emitter-Kreis des Transistors, die Basis 62 des Transistors praktisch Emitterpotential aufweist, und der Transistor sich im Sperrzustand befindet.

öffnet nunmehr der Unterbrecher, so wird, da der Strom durch die Wicklung 18 verschwindet, der Magnetisierungszustand des sättigbaren Schaltkerns 21 auf seinen Remanenzwert (B- in Fig. 2) zurückfallen; das hat zur Folge, daß in der Wicklung 57 eine Spannung von einer solchen Polarität induziert wird, daß der Transistor 43 leitend gesteuert wird. Die punktmarkierten Anschlüsse der Wicklungen auf dem Schaltkern 21 kennzeichnen die Anschlüsse, an denen eine positive Spannung er- , scheinen wird, wenn der Unterbrecher 25 öffnet und der sättigbare Schaltkern dadurch von seinem negativen Sättigungszustand auf seinen remanenten Zustand zurückfällt. Das Leitendwerden des Transistors 43 erlaubt einen Stromfluß von dem positiven Anschluß 14 der Batterie über die Wicklung 35 des Schaltkerns 21 in die Primärwicklung 52 des Ladetransformators. Das hat gleichzeitig eine Rückkopplungswirkung in der Form zur Folge, daß die Magnetisierung des Schaltkerns 21 durch den am punktmarkierten Anschluß der Wicklung 35 auftrentenden positiven Stromfluß in seinen positiven Sättigungszustand

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(bei +B in Fig. 2) getrieben wird, was gleichzeitig ein weiteres Ansteigen des Basispotentials des Transistors zur Folge hat, so daß der Transistor voll aufgesteuert wird. Erreicht ist der volle positive Sättigungszustand bei einer Amperewindungszahl +^₂ ¹2 ^{in Fig# 2}» ^{was durch die} Wicklung 35 erreiclrtjwird, die zwar eine wesentlich geringere Windungsanzahl, jedoch einen sehr hohen Stromdurchfluß aufweist. Die genaue Wirkungsweise deses Schaltungsteils ist in der Anmeldung P 14 64 049.4 ausführlich beschrieben, so daß in diesem Zusammenhang nicht weiter darauf eingegangen zu werden braucht.

Während des genau bestimmten und konstanten Zeitraums also, in welchem der Schaltkern 21 von seinem vollen negativen Sättigungszustand in seinen positiven Sättigungszustand geschaltet wird, befindet sich der Transistor 43 im leitenden Zustand, was einen kraftvollen Ladestrom für die Primärwicklung 52 des Ladetransformators 48 zur Folge hat, da dieser praktisch direkt mit dem Pluspol der Batterie verbunden ist, wenn man von dem sehr geringen Widerstand der Emitter-Kollektor-Strecke des leitend gesteuerten Transistors und dem ebenfalls sehr kleinen Widerstand der Wicklung 35 absieht.

Hat der sättigbare Schaltkern 21 schließlich den positiven Sättigungszustand erreicht, wird keine weitere Spannung in der sich im Basissteuerkreis des Transistors befindlichen Rückkopplungswicklung 57 induziert, so daß der Transistor zu sperren beginnt. Dadurch hört auch die von der Wicklung 35 herrührende Durchflutung des Magnetkerns auf, so daß dieser auf seinen remanenten Magnetisierungszustand bei B+ in Fig. 2 zurückfällt. Diese dadurch bewirkte Änderung der magnetischen Induktion erzeugt darüber hinaus in der Rückkopplungswicklung, 57 eine nun umgekehrt gepolte Spannung, so daß der

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Transistor sehr schnell in den nichtleitenden Zustand geschaltet wird und der Stromfluß von der Batterie zur Primärwicklung des Ladetransformators unterbrochen wird.

Vie schon erwähnt, ist die Zeit, während der Transistor 53 leitend ist, durch den Zeitraum bestimmt, den der Schaltkern 21 benötigt, um von seinem negativen Sättigungszustand in den positiven Sättigungszustand zu gelangen. Von dem positiven Sattigungszustand fällt der Schaltkern dann auf seinen positiven Remanenzpunkt zurück, wodurch gleichzeitig in der Rückkopplungswicklung 4-7 eine umgekehrt gepolte Gegenspannung erzeugt wird, die durch den Widerstand 63 auf einen ungefährlichen Wert begrenzt, deren Dauer aber auch aufgrund seiner Wirkung in Verbindung mit der Wicklung 57 verlängert wird. Dadurch wird verhindert, daß der Transistor eventuell wieder in den leitenden Zustand gelangt. Der in der Basiszuleitung liegende Wideretand 61 dagegen bestimmt im weiten Umfang die Dauer des Zeitraumes mit, in welchem der Transistor 43 lei tend gesteuert ist, da er für die tatsächlich jeweils vor handene Spannung über der Rückkopplungswicklung 57 bestimmend ist. Er ist so eingestellt, daß das Energieniveau, auf welches die Primärwicklung des Ladetransformators aufgeladen werden soll, auch tatsächlich erreicht wird. Der Widerstand 61 kann während des Anlassens überbrückt, also kurzgeschlossen werden, was einen einfachen Ausgleich für die während des Anlassens herabgesetzte Versorgungsspannung und für eine unter Umständen daraus resultierende geringere Energiespeicherung schafft.

Unmittelbar wenn der Transistor 4J in Sperrzustand geschaltet ist, wird durch das nunmehr zusammenbrechende, von dem ursprünglichen Ladestrom aufgebaute Magnetfeld eine sehr hohe Spannung in der Sekundärwicklung 53» aber auch in der Primär wicklung 52 des Ladetransformators induziert· Der Ladetrans-

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formator 48 ist dabei so aufgebaut, daß die sekundären Windungszahlen ein Vielfaches der primären Windungszahlen betragen, so daß eine entsprechende hoch transformierte Sekundärspannung entsteht. Diese induzierten Spannungen sind, an den punktmarkierten Anschlüssen des Ladetransformators 48 negativ, so daß der Ladekondensator 73» der mit der Sekundärwicklung des Ladetransformators 48 in Reihe liegt, über die nunmehr in Flußrichtung gepolte Diode 78 auf die Sekundärspannung aufgeladen wird. Dabei ist außerdem auch noch der mit dem Kollektor des Transistors verbundene Anschluß der Primärwicklung des Ladetransformators über eine weitere Diode 107 und einen mit der Diode in Reihe geschalteten Widerstand 104 auch noch mit dem Kondensator 73 verbunden, so daß auch die in der Primärwicklung selbst induzierten Spannungen auf den Ladeköndensator 75 gelangen· Der Kondensatorladestrom hat dabei in etwa eine Wellenform, die einer Viertel-Periode der Kosinusfunktion ähnelt, die Spannung am Kondensator entspricht somit der Sekundärspitzenspannung, da sich die Diode 78 nach Durchlaufen der Spitzenspannung im Sperrzustand befindet und auch der Thyristor 91 ale gesteuerter Gleichrichter sich noch in seinem Sperrzustand befindet. Die zu diesem Moment in der Steuerwicklung 101 des Thyristors 91, die sich als zweite Sekundärwicklung auf dem Ladetransfprmator befindet, induzierte Spannung ist nämlich am punkt— markierten Anschluß negativ und hält den Thyristor 91 weiter in seinem nichtleitenden Zustand vorgespannt«

Entweder unmittelbar nachdem die Zündenergie in dem Kondensator 73 gespeichert ist, oder zu einem beliebig späteren Zeitpunkt wird dann der Unterbrecher 25 wieder schließen und damit den Stromfluß durch die Wicklung 18 des Schaltkerns wieder herstellen. Durch die dadurch entstehende magnetische

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Durchflutung wird der Schaltkern 21 wieder in seinen negativen Sättigungszustand bei -B in Fig. 2 zurückgeschaltet. Dieser Vorgang induziert lediglich eine solche Vorspannung in der Rückkopplungswicklung 57t ^{daß der} Transistor 43 weiter in seinem nichtleitenden Zustand gehalten wird.

Erst wenn sich der Unterbrecher 25 wieder öffnet, wird ein neuer Zündzyklus eingeleitet, jedoch mit dem Unterschied, daß nunmehr der Kondensator 73 im Gegensatz zu dem vorher besprochenen Zündzyklus schon auf eine sehr hohe Spannung auf- I geladen ist.

Wie vorher schon ausgeführt, beginnt unmittelbar nach öffnen der Unterbrecherkontakte 25 der Ladestrom in der Primärwicklung des Ladetransformators 48 zu fließen, bewirkt durch die Umschaltung des sättigbaren Schaltkerns 21. Durch dieses Aufladen der Primärwicklung des Ladetransformators, also nicht durch das zusammenbrechende Magnetfeld, wird aber sofort bei öffnen der Unterbrecherkontakte an den punktmarkierten Anschluß der Steuerwicklung 101 des Ladetransformators ein positiver elektrischer Energieimpuls erzeugt, der den Thyristor 91 in den leitenden Zustand bringt und somit eine Verbindung zwischen < Primärwicklung 85 der Zündspule 86 und dem Kondensator 73 herstellt. Der Kondensator 73 kann sich in die Primärwicklung der Zündspule entladen, wodurch dann auf bekannte Weise in der Sekundärwicklung 110 der Zündspule die hochtransformierten Zündspannungen erzeugt werden. Diese werden über den Verteilerläufer 112 und einer der Leitungen 115 bis 120 den Zündkerzen 114 zugeführt. Nach der Entladung des Kondensators 73 schaltet der steuerbare Gleichrichter 91 von selbst wieder in den Sperrzustand. Da die Entladung des Kondensators 73 in die Primärwicklung der Zündspule sehr schnell vor sich geht, wird sich der Transistor 43 noch in seinem leitenden Zustand be-

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finden, wenn die Entladung beendet ist. Erst dann hat auch der sättigbare Schaltkern seinen positiven Sättigungszustand erreicht, der Transistor schaltet ab und die dadurch in der Sekundärwicklung des Ladetransformators entstehenden Spannungen können auf den Kondensator 73 übertragen werden. Es finden somit sowohl eine Entladung als auch eine Ladung des Kondensators 73 innerhalb desselben Zündzeitpunktes statt; entscheidend dabei ist jedoch, daß die Entladung des Kondensators und damit das Entstehen der Zündspannungen für die Zündkerzen des Motors praktisch genau in dem Moment erfolgen, an welchem der Unterbrecher öffnet, während die Ladung bzw. der Beginn der Ladung des Kondensators durch das Umschalten des sättigbaren Schaltkerns 21 bestimmt ist und zu einem innerhalb bestimmter Grenzen frei wählbaren Zeitpunkt geschieht.

Die erfindungsgemäße Zündeinrichtung kann somit insbesondere bei Kraftfahrzeugen Anwendung finden, bei welcher eine Zündung dann erfolgen muß, wenn der Unterbrecher öffnet; da das auch auf die erfindungsgemäßen Zündeinrichtungen zutrifft. Dies ist praktisch bei sämtlichen Kraftfahrzeugen so, so daß die erfindungsgemäße Zündeinrichtung ohne Änderung der Vor-Zündungsbedingungen, die im Hinblick auf das öffnen des Unterbrechers festgelegt werden, eingesetzt werden kann.

Die in Reihe mit dem Widerstand 104 zwischen den Kollektoranschluß des Transistors 43 und den Kondensator geschaltete Diode 107 hat noch mehrere andere Aufgaben. Die Streureaktanzkomponenten in dem Transformator 48 können nämlich infolge der unvollkommenen Kopplung der Wicklungen 52, 43 und 101 unmittelbar nach Sperren des Transistors 43 unangenehme Spannungsspitzen erzeugen. In diesem Fall bildet die Diode 107 eine direkte Verbindung zwischen der Primärwicklung 52, dem Kondensator 73 und dem Kollektor 44 des Transistors 43. Diesen

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Spannungsspitzen wird somit über die Diode 107 ein Weg zu dem Kondensator 73 geschaffen, wodurch gleichzeitig die Spitzenwerte dieser Streuspannungen begrenzt sind· Dadurch wird auch die Gegenspannung, die sonst an Transistor 4-3 liegen würde und diesen unter Umständen zerstören könnte, begrenzt. Die durch die Streüreaktanz entstehende Energie, zumindest jedoch ein großer Teil davon, wird in dem Kondensator 73 zusätzlich gespeichert· Tatsächlich kann dieser auf die Streureaktanz zurückzuführende Energieanteil bis zu 20% der gesamten Energie im Lade transformator 48 betragen, so daß die Wiedergewinnung " und Speicherung dieser Energie im Kondensator 73 die Gesamtleistungsfähigkeit des Zündsystems steigert.

Außerdem schaltet die Diode 107 bei der Entladung des Kondensators 73 diesen an eine Gegenspannung, die praktisch gleich der Batteriespannung ist, da die Spannung am Kollektoranschlußpunkt des Transistors 43 praktisch der Batteriespannung entspricht, wenn der Transistor leitend ist. Es wurde nun herausgefunden, daß diese Begrenzung der Gegenspannung an dem Kondensator 73 auf einen sehr nahe der Batteriespannung liegenden Wert eine Verlängerung der Entladungsdauer des Iichbbogens an den Zündkerzen 114 auf annähernd die doppelte Zeit erbringtj ; als wenn sich die Diode 107 nicht in der Schaltung befinden würde. Besonders bei der Verbrennung von Lädtkraft stoff hat diese Maßnahme daher Vorteile, da eine zufriedenstellende Verbrennung bei kurzer Iicftbogendauer nicht erfolgen kann.

Die Erfindung hat somit Insbesondere zwei Vorteile. Sie erlaubt es zunächst, eine ganz bestimmte konstante elektrische Energiemenge, die völlig unabhängig ist von der jeweiligen Drehzahl der Brennkraftmaschine, zum Zünden an den Zündkerzen zu einem beliebigen Zeitpunkt bereitzustellen und sie kann

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ferner, da bei ihr die Zündung unmittelbar bei öffnen der Unterbrecherkontakte erfolgt, in sämtliche gängige Kraftfahrzeuge ohne Veränderung der Vorzündungsbedingungen eingebaut werden.

Patentansprüche /

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Claims (10)

U6A050 - 17 - Patentansprüche

1. Transistorisierte Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Zündspule mit Primär- und Sekundärwicklung, einem mit der Brennkraftmaschine synchron arbeitenden Zündverteiler zur aufeinanderfolgenden Verbindung der Zündkerzen mit der Sekundärwicklung der Zündspule und einem synchron mit dem Verteiler arbeitenden Unterbrecher, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Stromkreis der Primärwicklung ('85) der Zündspule (86) liegender und die Zündenergie vorübergehend speichernder Kondensator (73) unmittelbar zu Beginn eines jeden Zündzyklus bei Öffnen der Unterbrecherkontakte (26, 27) in die Pr i-' märwicklung der Zündspule entladbar ist und daß elektrische Schaltungselemente (21, 43, 48, 78) vorgesehen sind, die nach einer konstanten Zeitdauer während desselben Zündzyklus den Kondensator (73) auf eine vorbestimmte konstante elektrische Energiemenge wieder aufladen.

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zeitdauer zwischen Entladung und Ladung des Kondensators (73) durch die Umschal tgeschwindigkeit eines magnetischen Schaltkerns (21) von einem Sättigungszustand in den anderen bedingt ist.

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, d a d u rc h gekennzeichnet, daß der in zwei Sättigungszuständen magnetisierbare Schaltkern (21) im Steuerkreis eines Transistors (43) liegt, dessen Emitter-Kollektor-

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strecke in Reihe mit der Fahrzeugbatterie (10) und der Primärwicklung (52) eines Ladetransformators (48) liegt.

4. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (85) der Zündspule (86) über ein Festkörperschaltelement (Thyristor 91), mit dem Kondensator (73) verbunden ist, und daß der Kondensator seinerseits wieder über ein asymmetrisches Schaltelement (Diode 77) mit der Sekundärwicklung (53) des Ladetransformators (48) verbunden ist und daß der zwischen Kondensator (73) und Primärwicklung (85) der Zündspule (86) liegende Thyristor (91) während des Ladevorganges des Kondensators gesperrt ist.

5. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (96) des zwischen Kondensator (73) und Primärwicklung (85) liegenden Thyristors (86) so mit einer weiteren, auf dem Ladetransformator (48) aufgebrachten Steuerwicklung (IOD verbunden ist, daß der Thyristor (91) nur bei Erregung der Primärwicklung (52) des Ladetransformators (48) den Kondensator (73) mit der Primärwicklung (85) der Zündspule (86) verbindet, dagegen sperrt, wenn bei Abschalten der Ladetransformatorspannung durch das zusammenbrechende Magnetfeld die Sekundärwicklung (53) des Ladetransformators (48) Spannung führt.

6. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem sich im Steuerkreis des Transistors (43) befindlichen Schaltkern (21) eine erste, mit der Basis (62) und dem Emitter (42) des Transistors (43) verbundene Wicklung (57), eine zweite zwischen Emitter (42) und der Fahrzeugbatterie (10) geschaltete Wicklung (35) und eine dritte zwischen die Fahr-

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zeugbatterie (10) Und den Unterbrecher (25) gegen Masse (Pol 11 bzw. Leitung 12) geschaltete Wicklung (18) befindet.

7. Zündeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkern (21) durch die dritte Wicklung (18) auf einen negativen Sättigungszustand (Punkt -B in Fig. 2) vormagnetisiert ist, so daß bei Öff nen der Unterbrecherkontakte (26, 27) in die Basis-Steuer wicklung (57) des Transistors (43) eine solche Spannung induziert wird, daß der Transistor (43) in den leitenden Zustand geschaltet ist.

8. Zündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Emitterkreis des Transistors liegende zweite Wicklung (35) mit der Basis-Steuerwicklung (57) in positiven Rückkopplungsrichtung gewickelt sind.

9. Zündeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeic hn e t, daß der durch dip Umschaltung des Schaltkerns (21) leitend gesteuerte Transistors (4 3) sperrt, wenn der in seinem Steuerkreis befindliche Schaltkern (21) in seinen positiven Sättigungszustand (Punkt +B in Fig. 2) gelangt ist, so daß die Primärwicklung (5?) des Ladetransformators (48) nur für eine bestimmte, von der Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängige Zeit erregt ist.

10. Zündeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kollektor (44) des Transistors (43) und dem Verbindungspunkt (66) von Kondensator (73) und Thyristor (91) eine Diode (107) vorgesehen ist, die so gepolt ist, daß bei Zusammenbrechen des Magnetfeldes im Ladetransformator (48) ein Stromfluss auch von der Primärwicklung (52) zum Kondensator (73) möglich ist.

^{Po 7582} 809825/0442

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