DE1539195C3 - Elektronisches Zündsystem für gemischverdichtende Brennkraftmaschinen (Otto-Motoren), die vorzugsweise zum Antrieb von Kraftfahrzeugen dienen - Google Patents

Description

vorgesehen ist, durch die das Ausschalten des Magnetisierungsstromes beim Erreichen einer der erforderlichen Zündenergie entsprechenden Induktion automatisch erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aus einer monostabilen Kippschaltung (5,6) besteht, die im Zündzeitpunkt das Einschalten und nach Ablauf einer durch ein Zeitkonstantenglied

1. Elektronisches Zündsystem für gemischverdichtende Brennkraftmaschinen mit kapazitiver Speicherung der Zündenergie, die ie-Zündung aus dem Kerri einer mit Gleichstrominnagnetisierten Induktionsspule oder eines Transformators entnommen, über ein elektrisches Ventil auf einen Kondensator übertragen und dort gespeichert wird, dessen Entladung im Zündzeitpunkt über ein Halbleiterschaltelement gleichzeitig mit dem Einschalten des Magnetisierungsstromes für die Induktionsspule ausgelöst wird, wobei für das

Ein- und Ausschalten des Magnetisierungsstro- 15 Anspringen der Maschine in Frage gestellt werden, mes eine Kippschaltung als Steuereinrichtung Es sind jedoch bereits Systeme bekannt, bei denen

durch eine Steuereinrichtung auch bei stark abfallender Eingangsspannung eine annähernd gleichbleibende Energie für jeden Zündfunken bereitgestellt wird.

In besonders zweckmäßiger Weise läßt sich eine solche Steuerung verwirklichen, wenn zum Laden des Speicherkondensators ein Sperrwandler mit einer Induktionsspule oder einem Transformator benutzt

(15, 16) vorbestimmten Zeitdauer das Ausschal- 25 wird, der über einen Halbleiterschalter mit deichten des Magnetisierungsstromes veranlaßt. strom magnetisiert werden kann. Das Einschalten des

2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch ge- Stromes wird durch ein Signal veranlaßt, das der mokennzeichnet, daß für das Ein- und Ausschalten torgetriebene Unterbrecher abgibt.

des Magnetisierungsstromes für die Induktions- Das Abschalten erfolgt bei einer bekannten Schalspule (2) und für die Entladung des Kondensa- 30 tung immer dann, wenn die Magnetisierungsstromtors (1) getrennte Schalterelemente (4, 14) vorge- stärke einen vorbestimmten Wert erreicht hat, worsehen sind, die von einem gemeinsamen Kontakt- aus eine annähernd gleichbleibende Energie für das paar (7) so gesteuert werden, daß beide in dessen Laden des Kondensators auch bei relativ großen Änöffnungszeitpunkt zugleich stromleitend werden, derungen der Drehzahl und der Eingangsspannung während ihre Rückführung in den Sperrzustand, 35 resultiert. Hierzu ist eine vom Magnetisierungsstrom von der jeweiligen Schaltstellung des Kontakt- durchflossene Stromabtasteinnchtung erforderlich, paares (7) unabhängig, automatisch erfolgt. die auf eine zum Steuern des Halbleiterschalters die-

3. Zündsystem nach Anspruch 2, dadurch ge- nende bistabile Kippschaltung einwirkt, kennzeichnet, daß der Schalter für den Magneti- Die Stromabhängigkeit derartiger Steuerschaltunsierungsstrom ein Transistor (4) und der Schalter 40 gen beschränkt ihre Anwendbarkeit auf solche Syfür die Entladung des Kondensators (2) ein Thy- sterne, bei denen dem Magnetisierungsstrom der Inristor (14) ist. duktionsspule keine ins Gewicht fallenden zusätzll·-

4. Zündsystem nach Anspruch 1,2 oder 3, da- chen Ströme überlagert sind, also hauptsächlich auf durch gekennzeichnet, daß das zeitabhängige EIe- reine Kondensatorzündsysteme. Ferner bringt der ment des Zeitkonstantengliedes so mit der 45 Spannungsabfall an der Stromabtasteinnchtung Lei-Triggerschaltung verbunden ist, daß diese bei Er- stungsverluste mit sich, die dazu zwingen, diesen reichen eines bestimmten, durch eine Zener- Spannungsabfall klein zu halten. Die dadurch beDiode (13) vorgegebenen Spannungsabfalles in dingte Kleinheit der verfügbaren Steuerspannungen den gesperrten Zustand kippt. hat eine erhebliche Temperaturabhängigkeit der

Steuerung zur Folge, zu deren Ausgleich zusätzlicher Aufwand erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil einer

stromabhängig arbeitenden Steuereinrichtung besteht

darin, daß die Schaltung im Einschaltzustand stehenbleibt, wenn die zugeführte Spannung so weit ab-

Die Erfindung, betrifft ein elektronisches Zündsy- 55 sinkt, daß der Strom den zum Abschalten erforderlistem für gemischverdichtende Brennkraftmaschinen chen Wert nicht mehr erreicht. Dabei können Schä-(Otto-Motoren), die vorzugsweise zum Antrieb von den durch überbelastung eintreten. Kraftfahrzeugen dienen, mit kapazitiver Speicherung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

der Zündenergie (Kondensatorzündung), die je Zün- Vorteile aller mit Kondensatorspeicherung arbeitendung aus dem Kern einer mit Gleichstrom magneti- 60 den bekannten Thyristor-Zündschaltungen unter sierten Induktionsspule entnommen wird. Vermeidung der oben geschilderten Nachteile bei er-

Es sind bereits verschiedene Zündsysteme mit ka- heblich verringertem Aufwand und Raumbedarf mit pazitiver Zwischenspeicherung der Zündenergie be- einer stromunabhängigen Steuerung nutzbar zu makannt. Ihre Vorteile (hoher elektrischer Wirkungs- chen. Ferner soll durch die Erfindung insbesondere grad, Stromaufnahme proportional der Drehzahl der 65 der Wirkungsgrad und das Temperaturverhalten ver-Brennkraftmaschine, hohe Zündleistung unabhängig bessert werden. -

von der Drehzahl und schneller Spannungsanstieg) Die vorerwähnte Aufgabe wird erfindungsgemäß

zeichnen sie vor den älteren Spulenzündsystemen bei einem elektronischen Zündsystem der eingangs

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angegebenen Art dadurch gelöst, daß die für das Schwierigkeiten, die Einrichtung für sehr hohe zeit-

Ein- und Ausschalten des Magnetisierungsstromes liehe Funkenzahl und damit Drehzahl zu bemessen,

vorgesehene Steuereinrichtung aus einer monostabi- Eine oberhalb einer dimensionierungsbedingten

len Kippschaltung besteht, die im Zündzeitpunkt das Grenzdrehzahl erzielbare Frequenzteilung bei der

Einschalten und nach Ablauf einer durch ein Zeit- 5 Abgabe der Zündfunken läßt sich zur Drehzahlbe-

konstantenglied vorbestimmten Zeitdauer das Aus- grenzung nutzbar machen.

schaltendes Magnetisierungsstromes"^'ranlaßt. Außer Kontaktunterbrechern können ohne weite-AIs Schalter für den Magnetisierungssfrom dient res auch andere Gebereinrichtungen mit dem bebei der erfindungsgemäßen Schaltung ein Transistor, schriebenen Zündsystem kombiniert werden, z. B. während für die Entladung des Speicherkondensators io magnetische, induktive oder lichtelektrisch gesteuin den Hochspannungs-Zündtransformator ein Thy- erte. Dabei können diese, z. B. bei Anwendung eines ristor verwendet wird. Mit Rücksicht auf die Eigen- Fototransistors in lichtelektrischen Gebereinrichtunart dieser Bauelemente ist die Induktionsspule als gen, in die Triggerschaltung einbezogen und BeTransformator ausgebildet, wodurch der Kondensa- standteil derselben sein.

tor entsprechend dem Windungs-Übersetzungsver- 15 Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

hältnis auf eine wesentlich höhere Spannung aufgela- Zeichnung näher erläutert.

den werden kann, als es dem Schaltvermögen des je- Fig. 1, 2 und 3 zeigen je ein Ausführungsbeispiel

weils verwendeten Transistors entspricht. der Schaltung.

Eine zweckmäßige Gestaltung der obenerwähnten Die in F i g. 1 dargestellte Schaltung wird über eine Steuereinrichtung ergibt sich dadurch, daß sie aus 20 positive Anschlußklemme 11 und eine negative Anzwei Transistoren besteht, die in an sich bekannter schlußklemme 12 aus einer Batterie (+, —) mit Weise zur Bildung einer monostabilen Kippschaltung Strom versorgt. Die Steuereinrichtung enthält die zusammengeschaltet sind. Wie bekannt, können da- beiden Transistoren 5 und 6, die über ein Zeitkonbei die Transistoren gleichpolige oder komplemen- stantenglied so miteinander gekoppelt sind, daß sich V. täre Typen sein, sie können jedoch ebensogut auch 25 eine monostabile Kippschaltung ergibt. In diesem durch ein Vierschicht-Halbleiterelement etwa nach Beispiel ist der Transistors ein PNP-Typ und der Art einer Thyristor-Tetrode oder eines Unijunc- Transistor 6 ein NPN-Typ. Der Emitter des letztgetion-Transistors ersetzt werden. nannten Transistors ist mit der Basis eines Leistungs-Das Dosieren der für jeden Zündfunken benötig- transistors 4 verbunden, welcher als Schalter für das ten Energie bewirkt das in der monostabilen Kipp- 30 Ein- und Ausschalten des Primärstromes der Indukschaltung enthaltene Zeitkonstantenglied, durch wel- tionsspule 2 vorgesehen ist. Das Zeitkonstantenglied ches das Sperren des Schalttransistors nach Ablauf setzt sich zusammen aus dem Widerstand 15 und einer vorbestimmten, zur Erreichung ausreichender dem Kondensator 16. Im stabilen Zustand der Kipp-Erregung der Induktionsspule erforderlichen Zeit- schaltung befinden sich alle Transistoren im nichtleidauer gesteuert wird. Das Zeitkonstantenglied be- 35 tenden (gesperrten) Zustand. Im Zündzeitpunkt öffsteht im einfachsten Fall aus der Zusammenschal- nen die Kontakte 7 des motorangetriebenen Untertung eines Blind- und eines Wirkwiderstandes. Aus brechers, wodurch dem Transistor 6 über den Koppraktischen Gründen wird hierzu im allgemeinen ein pelkondensator 17 ein kurzer positiv gerichteter /?C-Glied angewandt, also eine Anordnung, bei der Triggerimpuls 18 zugeführt wird. Dieser versetzt die ein Kondensator über einen Widerstand je nach 40 Kippschaltung in ihren instabilen Zustand, in dem Schaltung auf- bzw. abgeladen wird. Beim Anlegen alle Transistoren stromleitend sind und der Transieines Spannungssprunges an ein solches .RC-Glied, stör 4 der Induktionsspule Primärstrom zuführt. Diewie er bei einem Schaltvorgang entsteht, tritt am ser Zustand dauert an, solange dem Transistor 5 über Widerstand und am Kondensator ein zeitlich sich an- den Widerstand 15 und den Kondensator 16 ein Badernder Spannungsabfall auf, der zum Steuern der 45 sisstrom zufließt. Hat sich dabei der Kondensator 16 Kippschaltung benutzt wird. Dies geschieht allgemein so weit aufgeladen, daß die Zenerdiode 13 leitend dadurch, daß das Zeitkonstantenglied als Kopplungs- wird, so kippt die Schaltung in ihren stabilen Zuelement zwischen die beiden Transistoren der Kipp- stand zurück und sperrt den Transistor 4. Aus dem schaltung eingefügt ist. Dabei läßt sich eine genaue während dieser Zeit in der Induktionsspule 2 aufge-Dosierung der Zündenergie, insbesondere bei verän- 50 bauten Magnetfeld wird nun in deren Sekundärwickderlicher Eingangsspannung, erzielen, wenn man die lung ein Strom induziert, der über die Dioden 10 Kippschaltung so ausführt, daß sie bei Erreichen und 9 den Speicherkondensator 1 auflädt. Dabei areines bestimmten, durch eine Zenerdiode vorgegebe- beitet die beschriebene Zeitsteuerung in der Weise, nen Spannungsabfalls in den gesperrten (stabilen) daß dem Kondensator 1 stets die gleiche Energie zu-Zustand zurückkippt. 55 geführt wird, auch wenn sich die Motordrehzahl oder Der hohe Wirkungsgrad des Zündsystems nach der die Spannung der Batterie ändert. Die Diode 10 verErfindung hat eine nur geringe Erwärmung im Be- hindert das Zurückfließen der Kondensatorladung in trieb zur Folge und ermöglicht dadurch eine sehr die Induktionsspule 2. Die Diode 9 verhindert das kompakte Bauart auf kleinem Raum. Bei stillstehen- unbeabsichtigte Entstehen von Zündfunken während dem Motor wird, außer einem geringen, die Unter- 60 des Ladevorganges. Die gespeicherte Energie wird im brecherkontakte durchfließenden Steuerstrom, kein darauffolgenden Zündzeitpunkt über den Thyristor nennenswerter Strom aufgenommen. Die Steuerung 14 der Primärwicklung der Zündspule 3 zugeführt, kehrt stets mit Sicherheit in den Ausschaltzustand an deren. Sekundärwicklung dabei der für die Zündzurück, auch wenn die Eingangsspannung beliebig kerze benötigte hochgespannte Impuls entsteht. Dieweit absinkt. Die Schaltung läßt sich leicht so bemes- 65 ser Vorgang wird ausgelöst durch einen der Steuersen, daß die Zündfunken-Energie über weite Be- elektrode des Thyristors zugeführten positiven reiche von der Drehzahl und von der Batteriespan- Steuerimpuls. Hierzu ist die Steuerelektrode in üblinung praktisch unabhängig ist. Auch bestehen keine eher Weise an den Kollektor des Transistors 5 ange-

koppelt, welcher im Zündzeitpunkt einen positiv gerichteten Spannungssprung ausführt.

Bei mehrzylindrigen Motoren können die Zündkerzen wie üblich über einen (nicht eingezeichneten) Verteiler an die Zündspule angeschlossen werden.

F i g. 2 zeigt eine Abwandlung def Schaltung, bei der das Zeitkonstantenglied 15, ^6. nicht wie in F i g. 1 zwischen Kollektor des Transistors 6 und Basis des Transistors 5, sondern zwischen Kollektor des Transistors 5 und Basis des Transistors 6 eingefügt ist. Auch hier handelt es sich um eine Kippschaltung mit komplementären Transistoren, die im stabilen Zustand gesperrt sind. Die Kippschaltung wird ebenso wie die oben beschriebene durch einen positiven Triggerimpuls 18 in den instabilen Zustand versetzt. Dieser Impuls kann auf ähnliche Weise, wie in F i g. 1 dargestellt, beim Öffnen der Unterbrecherkontakte gewonnen werden. Der Leistungsschalter 4 wird in diesem Beispiel nicht durch einen einzelnen Transistor, sondern zur Erhöhung der Stromverstärkung durch ein Transistorenpaar in Darlington-Schaltung gebildet, das vom Kollektor des Transistors S angesteuert wird. Im übrigen entspricht die Wirkungsweise derjenigen der in Fig. 1 dargestellten Schaltung.

F i g. 3 stellt eine Schaltung dar, bei der die Kippschaltung in an sich bekannter Weise aus zwei gleichpoligen Transistoren aufgebaut ist, bei diesem. Beispiel aus PNP-Transistoren. Bei dieser Schaltung ist im stabilen Zustand der Transistor 6 stromleitend, während die übrigen Transistoren gesperrt sind. Auch diese Schaltung läßt sich durch einen positiven Triggerimpuls 18, der an die Basis des Transistors 6 angelegt wird, in ihren instabilen Zustand versetzen, wobei die gleichen Vorgänge wie bei den oben beschriebenen Beispielen ausgelöst werden. Auch in dieser Schaltung ist der Leistungsschalter 4 in Darlington-Schaltung ausgeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   (mit induktiver Speicherung) aus. Zumeist wird dabei der Kondensator zwischen je zwei Zündungen von einem selbstschwingenden Transistor-Gleichspannungswandler aufgeladen und im Zündmoment durch die Unterbrecherkontakte ein Thyristor durchlässig gemacht, der die Kondensatorladung der Primärwicklung eines Zündtransformators zuführt, wodurch in dessen Sekundärwicklung die Zündspannung erzeugt wird.

   Den meisten dieser bekannten Systeme haftet der Nachteil an, daß bei einem Absinken der Eingangsspannung, wie es z. B. beim Starten mit dem elektrischen Anlasser vorkommt, die Zündleistung stark zurückgeht. In ungünstigen Fällen kann dadurch das