DE1464071A1

DE1464071A1 - Zuendstromkreis

Info

Publication number: DE1464071A1
Application number: DE19651464071
Authority: DE
Inventors: Quinn Halsey P
Original assignee: Tung Sol Electric Inc
Current assignee: Tung Sol Electric Inc
Priority date: 1964-04-14
Filing date: 1965-04-13
Publication date: 1969-02-06
Also published as: US3297911A; GB1085367A

Description

DB. EBICH 3JiEUGEBAUEB PATBNTANWAIiT

8 HÜHCHBN 2β - POSTFACH 31 ZVBIBBUCKENSTBAS SS IO

(VXBKV BUK DIVTICSII PAT K BT TAK T)

Beschreibung zu der Patentanmeldung

TUNG-SOL ELECTRIC, INC. Newark, New Jersey, USA

betreffend Zündstromkreis

8 MÜNCHEN TELEFON (ΟΘ11) 28XSei/e2 TELKGBAMMADBESSE ι BAVAB14JPATENT MÜNCHEN TELEX 5-34477

26. September 1968 ,

Amtl.Az.: P l4 64 071.2 Mein Zeichen: IA-I388

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem für Verbrennungsmotoren, bei dem ein Paar von einer Gleichspannungsquelle gespeister Unterbrecherkontakt synchron mit den Bewegungen der Motorkolben geöffnet und geschlossen wird, mit einem elektronischen Schalter, dessen Gatter beim öffnen des Unterbrecherkontaktes sperrt, wodurch eine mit dem elektronischen Sehalter in Serie geschaltete Induktivität einen Speicherkondensator auflädt, der sich beim Schließen des elektronischen

909806/0530

Schalters über einen Ausgangstransformator, mit dessen Sekundärseite die Zündkerzen verbunden sind, entlädt.

Bei einem bekannten.Zündsystem dieser Art ist das Gatter des elektronischen Schalters über die Unterbrecherkontakte mit dem positiven Spannungspol der Gleichspannungsquelle direkt verbunden. Da Störungen in der Kontaktgäbe der Unterbrecherkontakte bei diesem bekannten Zündsystem unmittelbar an den elektronischen Schalter weitergegeben werden, ist dieses Zündsystem relativ stark störanfällig.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Zündsystems für Verbrennungsmotoren, bei dem die Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden werden.

Ausgehend von dem Zündsystem der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gatter des elektronischen Schalters mit dem positiven Spannungspol der Gleichspannungsquelle über Üie Sekundärwicklung eines Steuertransformators ständig verbunden ist, dessen Primärwicklung über die Unterbrecherkontakte an der Spannungsquelle liegt, derart, daß beim öffnen der Unterbrecherkontakte der elektronische Schalter durch die in der

9 0 9 8 0 6 / 0 $'30

1494071

Sekundärwicklung des Steuertransformators erzeugte Gegenspannung geöffnet wird.

Das erfindungsgemäße Zündsystem bietet den Vorteil, daß das Gatter des elektronischen Schalters ständig mit dem positiven Spannungspol der Gleichspannungsquelle in Verbindung steht, und daß der elektronische Schalter erst durch eine beim öffnen der Unterbrecherkontakte in der Sekundärwicklung des Steuertransformators erzeugte Gegenspannung, welche die positive Spannung aufhebt, geöffnet wird. Hierdurch ist das Zündsystem besonders unempfindlich gegen Übergangswiderstände und sonstige Störungen bei der Kontaktgabe der Unterbrecherkontakte, wie sie insbesondere durch Verschmutzung und Erschütterungen bei Kraftfahrzeugen häufig hervorgerufen werden, insbesondere bietet das Zündsystem den Vorteil, daß der Arbeitspunkt des elektronischen Schalters so ausgelegt werden kann, daß die bei Störungen in der Kontaktgäbe, insbesondere bei Funkenbildung und Übergangswiderständen in der Sekundärwicklung des Transformators erzeugten Gegenspannungen unterhalb des Ansprechwertes des elektronischen Schalters liegen.

Weiter bietet das erfindungsgemäße Zündsystem den Vorteil, daß Hochspannungsimpulse mit sehr steiler Anstiegszeit erzeugt werden, die noch eine Verwendung von sehr alten und abgenutzten Zündkerzen ermöglichen.

909806/0530 u

Weiter bietet das Zündsystem gemäß der Erfindung den Vorteil, daß ein starker Stromfluß durch, die ünterbrecherkontakte vermieden wird.

Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Zündsystems, ergeben sich aus den ünteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematiseher Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert· Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungs^ • form des Zündsystems,

Fig. 2 ein Schaltbild einer weiteren Äusführungsform des Zündsystems,

FIg»2A eine Zeichenerklärung der für das Schaltbild gemäß Fig. 2 verwendeten Symbole und

Fig. j5 eine graphische Darstellung einiger der im

Zündsystem auftretenden Strom- und Spannungsimpulse.

■-■■■■■ -'5 - ■■ ■ 909806/0530

Das Zündsystem gemäß Fig. .1 umfaßt eine GleichstromspannungsqueHe 10, die üblicherweise ein Akkumulator sein kann, einen Ein-Aus-Schalter 11 und das übliche Paar von Unterbrechungskontakten 12, die von einer Nooke 15 geöffnet und geschlossen werden» welche an einer mit dem Verteilerarm 15 gekoppelten Welle. 1-4 befestigt sind. Die Unterbrecherkontakte 12 sind mit der Primärwicklung l6 eines mit einer Sekundärwicklung 18 und einem Kern 20 versehenen ersten Transformators 17 in Reihe geschaltet. Ein Begrenzungswiderstand 21 ist mit der Primärwicklung 16 und dem Akkumulator 10 in Reihe geschaltet. Das Hauptarbeitsteil des Stromkreises wird von einem durch ein Halbleitergatter gesteuerten Schalter 22 gebildet. Dieser Schalter weist eine Anode 22A nebst einer Kathode 22B für den Stromdurchfluß und eine Steuerelektrode 22C auf, welche den Anoden- und Kathodenstrom auslöst bzw. schaltet und bei geschlossenem Schalter einen erheblichen Stromdurchflud zuläßt, aber bei geöffnetem Schalter den Stromdurchfluß auf Null reduziert. Der Schalter ist mit einem auf einem ferromagnetischen Kern 25 aufgewickelten Induktor 24 in Reihe geschaltet. Der Induktor und der Anoden-Kathoden-Kreis des Schalters 22 sind mit einem Begrenzungswiderstand 26 in Reihe geschaltet und diese Reihenschaltung ist durch die Spannungsquelle 10 überbrückt. Die Steuerelektrode 22C\ist mit einer Anschlußklemme der Wicklung 18 verbunden, deren andere Anschlußklemme mit einem

- 6 * 909806/053Ö ^f

Gleichrichter 27 und der positiven Anschlußklemme der Spannungsquelle in Verbindung steht* Der Gleichrichter 27 ist mittels eines Widerstandes 28 überbrückt

Ein Ausgangstransformator JO weist eine Sekundärrwieklung j51 auf, welche mit dem Verteilerarm 15 und mit Erde verbunden ist. Der Verteiler umfaßt die übliche Serie von Kontakten 32, welche mit den Zündkerzen j>3 verbunden sind. Die Primärwicklung y\ des Ausgangstransformators ist mit . einem Speicherkondensator 55 in Reihe geschaltet^und beide sind durch den Anoden-Kathoden-Kreis des^Schalters 22 überbrückt. Zur Primärwicklung 34 ist ferner-ein Gleichrichter 36 parallel geschaltet. -■-■ ■ . .. - ■

Dieser Stromkreis arbeitet .wie· f&I'gti ^Sobald der_; Ein--■■■■■ Aus-Schalter 11 geschlossen..ist, wirkt die Spannung iä^s ' Akkumulators 10 über den Widerstand 28 und ^dIe Wicklung 18 an die Steuerelektrode 22C als positive Spannung, um den -. Schalter 22 einzuschalten. Dadurch wird ein Stromfluß durch den Widerstand 26 und die Induktionsspule^2³M- ermöglicht, um einen Magnetfluß im Kern 25 hervorzurufen. Wenn nun der Motor angelassen wird und die' ünterbreeherkontakte 12 zum ersten Male geschlossen werden, fließt Strom-vom Akkumulator durch die Primärwicklung 16 des Transformators I7 und ' -'■■ erzeugt einen Magnetfluß im Kern 20. Sobald sich die Kontakte

9 09806/0$3Ö " ⁷ "

— γ -

öffnen, wird der Stromfluß durch die Wicklung 16 unterbrochen und das Magnetfeld im Kern 20 bricht zusammen und erzeugt in der Wicklung 18 einen umgekehrten Spannungsimpuls, welcher durch die Diode 27 fließt und an die Elektrode 22C eine negative Spannung anlegt, um den. Schalter 22 -auszusehalten* Die Dauer dieses nichtleitenden Zustandes hängt von der Anzahl. an Windungen der Wicklung 18 und von anderen Stromkreiseigenschaften ab* Es wurde gefunden, daß ein nichtleitender 2&sfcand.·.von ungefähr 80 Mikrosekunden zu guten Ergebnissen.;für einen Verbrennungsmotor _s führt* der bei den normalerweise mit modernen Automobilen erreichten Geschwindigkeiten betrieben, wird. Wird der gattergesteuerte Schalter 22 abgeschaltet, so, bricht das Magnetfeld im Kern 25 zusammen und in der Wicklung 24 wird eine Spannung erzeugt, welche an den mit dem Diode;ngle4.chrich·- ter 36 in Reihe geschalteten Speicherkondensator- 35 weitergegeben wird. ■■ Bei einem Akkumulator von 12 V-. beträgt, die_v im Kondensator 35 gespeicherte. Spannung ungefähr ;,44O V. ,

Sobald der in der..Wicklung l8 erzeugte. Spannungsimpuls nachläßt,, wird die normale--Akkumulatqrspannung, von 12 V. an die Steuerelektrode 22^ ,angelegt und 4er .Scl^tltifr. wiederum , eingeschaltet und ermöglicht die^n^adung, des ^peicherkonr-, , densators 35 durch den.Schalter, und; die,^Pr^im^KijCklung 34

909806/0S30,

des Ausgangstransforraators 30. Dieser Stromimpuls erzeugt in der Sekundärwicklung 31 eine Hochspannung und sendet einen Hochspannungsimpuls über den Verteilerarm 15 an eine der Zündkerzen 33. Sobald der Speicherkondensator sich entlädt, fließt wieder Strom vom Akkumulator 10 durch· die Induktorwicklung 24 und den Schalter 22, um im Kern 25 ein Magnetfeld aufzubauen. Der restliche Vorgang stellt eine Wiederholung des oben beschriebenen Vorganges dar.

Die graphische Darstellung in Fig. 3 liefert weitere Informationen in Bezug auf die Punktionsweise des in Fig. 1 gezeigten Stromkreises. Die Impulse 40 in rechteckiger Kurvenform deuten die von den Unterbrecherkontakten beim öffnen und Schließen eingenommene Stellung an. Wenn sich die Kontakte schließen, so wird in der Wicklung 16 ein Stromstoß erzeugt, welcher Energie im Kern 20 speichert, öffnen sich die Kontakte, so wird über die Sekundärwicklung 18 eine Spannung erzeugt, deren Wellenform den Wellen 41 mit jeweils hohem Anfangswert ähnlich ist. Die an die Elektrode 22C des gattergesteuerten Schalters 22 angelegte Spannung umfaßt einen ersten negativen Impuls 42, wenn die Unterbrecherkontakte sich öffnen und einen viel kleineren Impuls 43, wenn die Kontakte sich schließen. Es ist zu bemerken, daß die immer an diese Elektrode angelegte Normalspannung 10 V beträgt, wie

909806/05 3'b

durch die Linie 44 angedeutet ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Elektrode 22C über die Sekundärwicklung 18 und den Widerstand 28 mit der positiven Seite des Akkumulators verbunden ist.

Wird das Gatter 22 betätigt, so fließt durch die Diode Strom und ladet den Speicherkondensator 35j diese Ladung ist in Fig. 3 durch die Impulse 45 angedeutet. Endet dieser Impuls, so entlädt sich der Kondensator 35 durch die Wicklung in umgekehrter Richtung; dieser Impuls ist in der graphischen Darstellung durch den Impuls 46 angedeutet.

Der durch die Sekundärwicklung 3I erzeugte Ausgangsimpuls besitzt dieselbe Wellenform wie der Impuls 46, doch ist die Spannung auf ungefähr 28 000 V hinauftransformiert. Dieses ist dann der Impuls, welcher durch den Verteilerarm 15 an die Zündkerzen 33 gegeben wird.

Der in Fig. 2 dargestellte Zündstromkreis besitzt viele Teile, welche die gleichen sind wie im Stromkreis nach Fig. Die Sekundärwicklung l8 des ersten Transformators VJ ist mit der Trigger- bzw. Schaltelektrode des gattergesteuerten Schalters 22 verbunden, und der Anoden-Kathoden-Kreis des Schalters 22 ist mit einer Induktionsspule 50 auf einem

909806/0530

Kern 51 in Reihe geschaltet. In dem in Fig. 2 dargestellten Stromkreis ist aber eine Sekundärwicklung 52 vorgesehen, welche mit einem Gleichrichter 55 und dem üblichen Speicherkondensator 35 in. Reihe geschaltet ist.

Der Ausgangskreis dieser Anordnung umfaßt den Verteilerarm 15j die Kontakte 32 und die Zündkerzen 33 wie in Pig. 1. Auch liefert eine Sekundärwicklung 31 die Ausgangsenergie an den Verteiler und dieser Transformator 30 besitzt eine Primärwicklung 3^ wie in Fig. 1. Die Kupplung zwischen dem Speicherkondensator 35 und der Primärwicklung 3^· ist aber von dem oben beschriebenen Stromkreis verschieden. In Fig. 2 verzögert ein Verzögerungssteuerkreis das Schließen eines gesteuerten Silizium-Gleichrichters 60, der mit der Primärwicklung 34 in Reihe geschaltet.ist, bis die Spannung am Speicherkondensator einen vorbestimmten Wert erreicht hat.

Ein Widerstand 5¹^ und eine Zenerdiode 55 sind in Reihe und über den Speicherkondensator 35 in Brücke geschaltet. Ein zweiter Widerstand 56 ist mit einem vierschichtigen Gleichrichter 57 in Reihe geschaltet. Die Kathode des Gleichrichters 57 ist mit der Steuerelektrode 58 eines gesteuerten Silizium-Gleichrichters 60 verbunden, der zwischen der negativen Anschlußklemme des Akkumulators 10 und der Primärwicklung 3^ in Reihe geschaltet ist. Diese zwei

· ,, -H-9 0 9.806/0530

Stromkreiselemente sind über den Speicherkondensator 35 in Brücke geschaltet, d.h. sie überbrücken den Speicherkondensator.

Dieser Abschnitt des Stromkreises arbeitet wie folgt: Steigt die Spannung am Speicherkondensator 35, so fließt auch durch die Widerstände 5^ und 56 Strom, um einen zweiten Speicherkondensator 6l zu laden. Die Spannung am Widerstand ist durch die Zenerdiode 55 beschränkt, so daß der Ladestrom des Kondensators 6l voraus berechnet werden kann.

Erreicht die Ladung am Kondensator 6l die Durchschlagsspannung der Diode 57j so wird der Kondensator in die Steuerelektrode 58 des gesteuerten Silizium-Gleichrichters 60 entladen, welcher wiederum den Kondensator 35 durch die'Primärwicklung J4 entlädt. Dieser Impuls erzeugt die Ausgangsspannung. Die Verwendung eines Transformators 51 an Stelle eines Induktors 2k verhindert, daß der gattergesteuerte Schalter 22 sich in den Speicherkondensator 35 entlädt, wenn der gesteuerte Silizium-Gleichrichter nicht zum Stromdurchfluß aktiviert ist.

- Ansprüche «-

909806/053 ti

Claims

Patentansprüche

1. Zündsystem für Verbrennungsmotoren, bei dem ein Paar von einer Gleichspannurigsquelle gespeister Unterbrecherkontakte synchron mit den Bewegungen der Motorkolben geöffnet und geschlossen wird, mit einem elektronischen Schalter, dessen Gatter beim öffnen des Unterbrecherkontaktes sperrt, wodurch eine mit dem elektronischen Schalter in Serie geschaltete induktivität einen Speicherkondensator auflädt, der sich beim Schliesseh des elektronischen Schalters über einen Ausgangs- , transformator, mit dessen Sekundärseite die Zündkerzen verbunden sind, entlädt, dadurch g e k e η η ζ e i c h net, daß während des Betriebs das Gatter (22C) des elektronischen Schalters (22) mit dem positiven Spannungspol der Gleichspannungsquelle (lO) über die Sekundärwicklung (18) eines Steuertransformators (17) ständig verbunden ist, dessen Primärwicklung (l6) über die Unter-

909806/0 5

· 146Λ071

brecherkontakte (12) an der Gponnun^oquell· (10) li»gt, 4«m*t» daß t*i» öffncn der Unterbreoberkontefcte (12) der «lektrcmiecbe Schalter (22) durch die la öer SekundUrwicliluü« (16) de· ytßuortrimefornatoro (17) oreeagt* ■pawning geöffnet wir^.

2. Zünieyetea nach Anaprnoh 1> daduroh e β fc ο η a -«•lohnet ι daß BVlcohon Gokun-SHrwiciclun^ (13) ft»» Steuertreneförtaatorn (17) und desa positiven Spannungopol dtr CrXtichepianmuigOiiuello (10) ein ^ifä^pstaiid (SS)

3. Sündeyataa iuach /jigpruoh 2, dörturoh g β k β η n -e il ohn· t , daß der WiOeretfmü (88) Bwleclißn dor SekundSrwiokluns (1ö) Λβ« steugrtrimsfonaatoria (17) und dt» poeitivtn Epanniinsepol durch «ine Diode (27)

4* Zün&8?BUu nach einem ddt AnuprUohe 1 bl» 3t gekennieiehnct _t da3 die de* ßteuertraneformator» (17) mit einem etaiid (21) In Reihe gettchaltat int*

5. Zündsystem naoh Anspruch 1 biu 4, dadurch ς » k « a a itioimet, fleö ale Induktivität •Ines Tr&nefonaators (50, 51» 52) aient, deeeen wicklung (52) Bit dea npftiofaerkondenisator (35) und einen

Siodenijleiohriohter (53) in ligibe geschaltet let, wobei el»

9Q98Q6/OB30

gesteuerter Billsitts^leiohriohtsr (6ö), 4ey ait
wicklung (34) das Auogaagetr&nsioraatora (30) in S&ih· geschaltet ist unä öießo tmlden (0O_f 54} durch .&»n ß

(35) übortjrUckt, sowie ein

(54» 55» 56» 57» 61)" zsisohen ßem Spcich^rkomlonoetor unft ßer ^yigßerelelctrede. (5δ) Ö$s g^ateu^rtsn SilieiUEs-Gloi richtera (60) ©ingoechaltet iet»

6· Siindayeteia nach Anspruch 5» *3&3uych g β k « η η ββ lohnet, ßaS der Viirsagciyungoeteueykrais (54^ 55» 57i 61) ©ine Senorüiotift (55)
derceatoy (25) iitierbriLöl:t·

cfiichnot > dttiS aer TcraößerxingssteuoykTGiB. (54_t 55» 57_f 61) einen viorochiehtigsß, die Kenordiddü (55) U^r-VrüoTicndsn OleioiiriciitGr¹ (57) aufholet_t öeoyeft olner A
punkt (59) sit Oor Steuöfoletetroae öos getsteuertfüi ^
(SO) ver^undsn ist·

9 09 80.6/0 53 0