DE1539209A1

DE1539209A1 - Zuendsystem fuer Brennkraftmaschinen insbesondere in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE1539209A1
Application number: DE19671539209
Authority: DE
Inventors: Nilssen Ole K
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1966-12-01
Filing date: 1967-10-24
Publication date: 1970-03-05
Also published as: US3445723A; GB1158033A

Description

Der Patentanwalt Dipl.-Ing«, M.Bayer Frankfurt /Main ffreiherr-vom-Stein-Str.

Ford-Werke A.G.
Köln /Hhein

Patentanmeldung

Priorität der USA Patentanmeldung Serial Ko. 598 389

vom 1. Dez. 1966

Zündsystem für Brennkraftmaschinen insbesondere in

Kraftfahrzeugen

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem für Brennkraftmaschinen insbesondere in Kraftfahrzeugen_f bei welchem die von einer Stromquelle gelieferte Zündenergie vor der Zündung ausserhalb der Zündspule gespeichert und erst im Zündzeitpunkt an die Zündspule zur Transformation auf die Oberschlagsspannung der Zündkerze geleitet wird.

Die meisten s.Z. verwendeten Zündsysteme für Brennkraftmaschinen benutzen Unterbrecherkontakte zur unmittelbaren Steuerung des elektrischen Stromflusses durch die Primärwicklung der Zündspule. Die plötzliche Stromänderung beim Offnen der Unterbrecherkontakte induziert in der Sekundärwicklung der Zündspule eine Spannung, die jeweils einer der Zündkerzen der Brennkraftmaschine zugeleitet wird.· Es sind auch bereits elektronische Zündsysteme vorgeschlagen worden, bei denen ein Kondensator auf irgendeine Weise aufgeladen und dann über die Primärwicklung der Zündspule zur Erzeugung der Zündspannung entladen wird·

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Bei Zündsystemen mit direkt arbeitenden Unterbrecherkontakten muss der Strom langsam ansteigen, um einen Funkenüberschlag an der Zündkerze zu vermeiden. Hierdurch vergeuden diese Systeme ein beträchtliches MaB an elektrischer Energie. Kapazitive Entladungssystesae neigen während der Entladung zu:· Resonanzschwingungen, die zu Mehrfachentladungen während eines Zündzyklus führen. Mehrfachentladungen vermindern natürlich die Lebensdauer der Zündkerze und können einen unerwünschten Verbrennungsablauf in der Maschine verursachen. *.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden. Erfinüungsgeiaäss wird diese Aufgabe gelöst durch eine gesonderte an die Primärwicklung der Zündspule über eine Sperreinrichtung angeschlossene Induktivität, die vor der Zündung von einem Im Zündzeitpunkt schlagartig unterbrochenen Strom durchflossen wird, wobei die Sperreinrichtung so geschaltet ist, dass sie während dieses Stromflusses in der Induktivität einen Stromfluss zur Primärwicklung der Zündspule sperrt,

Bas erfindungsgemässe Zündsystem ermöglicht sehr kurze Ladezeiten, weil während der Ladung kein Strom durch die Primärwicklung der Zündspule flieset» Allein schon dieses Merkmal führt au beträchtlichen Einsparungen an elektrischer Energie.

Wenn zusätzlich ein Steuerfaeis verwendet wird, der einen. Stromaufbau in der Induktivität während einer von der

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Maschinendrehzahl unabhängigen Zeitspanne erlaubt, wird die Wirtschaftlichkeit extrem hoch. Äusserdem sind die Wellenformen der Zündspannung und des Entlade stromes im wesentlicher, die gleichen- wie bei Zündsystemen mit Unterbrecherkontakt en, die den Strom in der Primärwicklung der Zündspule unmittelbar steuern, und diese Wellenform wird von den gegenwärtigen Brennkraftmaschinen verlangt.

Die Induktivität kann parallel zur Primärwicklung der Zündspule geschaltet sein, und es kann in einer der die " Induktivität mit der Primärwicklung verbindenden Leitungen ein Gleichrichter in der Weise angeordnet sein, dass der Batterieström von der Primärwicklung zurückgehalten wird, der-Von der Induktivität induzierte Strom jedoch zur Primärwicklung hindurchgelangt. Zur Steuerung des Stromaufbaus in der Induktivität kann ein mit seinem Emitter und seinem Kollektor in Reihe zur* Induktivität geschalteter Transistor zur Anwendung kommen. Ein sättigbarer Schaltkern kann dann mit dem Transistor und einem Satz Unterbrecherkontakt e derart verbunden werden, dass der Transistor für eine bestimmte Zeitspanne eingeschaltet wird, die von der Maschinendrehzahl unabhängig ist. Diese Zeitspanne j wird so bemessen, dass die Induktivität auf ein Energieniveau gebracht wird, das bei niedrigster Batteriespannung für eine vollwertige Zündung gerade ausreicht.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in ^cLeV Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 das Schaltbild eines ersten Zündsystems nach der Erfindung mit einer parallel zur Primärwicklung der Zündspule gestalteten Induktivität sowie einem Satz Unterbrecherkontakte, einem sättigbaren Schaltkern und einem Transistor in dem Steuermittel,

Fig. 2 die Hysteresisschleife des sättigbaren Schaltkerns,

Fig. 3 das Schaltbild eines zweiten Zündsystems nach £er Erfindung, bei welchem die Induktivität von einem Transformator gebildet ist, dessen Sekundärwicklung über einen Gleichrichter mit der Primärwicklung der Zündspule verbunden ist.

Gemäss der. Darstellung in Fig. 1 ist eine Batterie 10 mit ihrer positiven Klemme 12 über einen Zündschalter 14 an eine positive Verteilerleitung 16 angeschlossen. Die negative Klemme 18 der Batterie 10 ist mit einer negativen Verteilerleitung 20 und einem Masseanschluss 22 verbunden.

Eine Zündspule 24 mit einer Primärwicklung 26 und einer Sekundärwicklung 28 ist mit dem einen Ende der Sekundärwicklung 28 bei 30 ebenfalls an Masse angeschlossen. Das andere Ende der Sekundärwicklung 28 ist mit dem umlaufenden Arm 32 eines Zündverteilers 34- verbunden. Der Arm 32 verbindet die Sekundärwicklung 28 nacheinander mit Je einer von einer Anzahl Zündkerzen 35-

Das eine Ende der Primärwicklung 26 ist an die Verteilerleitung 16 angeschlossen, und das andere Ende ist an die Kathode 36c einer Diode 36 herangeführt. Eine Induktivität ist mit einem Ende an die Verteilerleitung 16 und mit dem anderen Ende an eine Leitung 40 angeschlossen, die zur Anode 36a der Diode 36 führt. Auf diese Weise liegt die Induktivität 38 parallel zur Primärwicklung 26 der Zündspule 24, und die

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Diode 36 dient als Gleichrichter in der einen der die Induktivität 38 mit der Primärwicklung 26 verbindenden Leitungen,

Ein mit einem Schaltnocken und Unterbrecherkontakten versehener Unterbrecher 42, ein sättigbarer Schaltkern 44 und ein Transistor 46 bilden die Hauptteile eines Steuerstromkreises für den Stromfluss in der Induktivität 38. Der Schaltnocken 48 des Zündunterbrechers 42 wird durch (nicht dargestellte) rotierende Teile der Brennkraftmaschine angetrieben. Die gestrichelte Linie 50 stellt eine herkömmliche, _φ mechanische Verbindung zwischen dem Schaltnocken 48 und dem Arm 32 des Zündverteilers 34 dar, so dass also der Arm ebenfalls mit den rotierenden Maschinenteilenumläuft. Ein Satz Schaltkontakte 52 und 54 arbeiten mit dem Schaltnocken zusammen und werden von diesem hierbei in und ausser Berührung miteinander gebracht.

Der Schaltkern 44 trägt eine Primärwicklung 56, eine Sekundärwicklung 58 und eine Tertiärwicklung 60. Die Primärwicklung ist mit ihrem/gepunkteten Ende über einen Widerstand 61 an die Verteilerleitung 16 und mit ihrem gepunkteten Ende an den Schaltkontakt 54 angeschlossen. Schaltkontakt 52 ist mit der Verteilerleitung 20 verbunden. Die Tertiärwicklung 60 ist mit ihrem gepunkteten Ende an die Leitung 40 und mit ihrem ungepunkteten Ende aneine Leitung 62 angeschlossen, die zum Emitter 46e des Transistors 46 führt. Der Kollektor 46c des Transistors 46 steht mit der Verteilerleitung 20 in Verbindung.

Die Sekundärwicklung 58 ist mit ihrem gepunkteten Ende mit der Leitung 62 und mit ihrem ungepunkteten Ende mit der Basis 46b des Transistors 46 verbunden. Zwischen den Leitungen 62 und* 20 liegt ein Kondensator 63.

Die Schaltverbindungen in Fig. 3 sind ähnlich denen in Fig. mit der Ausnahme, daß das in Fig. 1 an die Verteilerleitung angeschlossene Ende der Primärwicklung 26 an das gepunktete

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Ende der Sekundärwicklung 64- des Transformators 66 herangeführt ist. Eine Leitung 40 ist nicht vorhanden, und das nicht gepunktete Ende der Sekundärwicklung 64 ist an die Anode 36a des Gleichrichters 36 angeschlossen. Die Primärwicklung 38' des Transformators 66 dient als Induktivität und ist mit ihrem gepunkteten Ende andie Verteilerleitung 16 angeschlossen. Das nicht gepunktete Ende der Primärwicklung 38' ist mit dem gepunkteten Ende der Wicklung 60 des sättigbaren Schaltkerns 44 verbunden.

Die dargestellten Zündsysteme arbeiten wie folgt :

Die Wicklungen 56,58 und 60 sind derart auf dem Schaltkern angeordnet, dass ein in das nicht gepunktete Ende einer Wicklung eintretender Stromfluss eine negative Magnetisierungskraft erzeugt, die den Schaltkern 44 auf ein negatives Sättigungsniveau umzuschalten versucht. Umgekehrt erzeugt ein in das gepunktete. Ende einer der Wicklungen eintretender Stromfluß eine positive Magnetisierungskraft die den Schaltkern 44 auf ein positives Sättigungsniveau umzuschalten versucht. Wenn die magnetische Induktion im Schaltkern 44 in negativer Richtung zunimmt, erscheint eine negative Spannung an den gepunkteten Enden der Wicklungen und entsprechend erscheint eine positive Spannung an den gepunkteten Enden, wenn die magnetische Induktion in positiver Richtung zunimmt.

Bei geschlossenem Schaltkontakt 52,54 schaltet der Strom in der Wicklung 56 den Schaltkern 44 in seinen negativen Sättigungszustand -B max in Pig. 2. Während der Umschaltung des Schaltkernes 4 in den Punkt -B max hält die am nicht gepunkteten Ende der Sekundärwicklung 58 erscheinende Spannung den Transistor 46 ausgeschaltet.

Wenn der Schaltnocken 48 den Schalt kontakt 52 vom Schaltkontakt 54 abhebt, verschwindet die magnetische Feldstärke -H am Schaltkern 44, und die magnetische Induktion im Schaltkern wandert vom Punkt -B max zum Punkt -B. Dieser Wechsel induziert in der Wicklung 58 eine Spannung, die den Transistor 46 einschaltet· Hierauf beginnt der Aufbau eines Stromflusses in

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der Induktivität 38 undder Wicklung 60. Da der Strom in die Wicklung 60 am gepunkteten Ende eintritt, übt die Wicklung 60 eine positive Magnetisierungskraft aus, welche den Schaltkern 44 in den mit +B max gekennzeichneten Zustand nach Fig. 2 umschaltet. Die Schaltung induziert einen zusätzlichen Strom in der Wicklung 58, durch welchen die Leitfähigkeit des Transistors 46 gesteigert wird.

Die induzierte Spannung am gepunkteten Ende der Wicklung 58 verschwindet, wenn der Schaltkern 44 seinen positiven Sättigungszustand im Punkt +B max erreicht hat, und der Transis- tor 46 schaltet ab. Der Stromfluss in der Induktivität 38 ™ wird sofort unterbrochen, und die Selbstinduktivität im induktiven Widerstand 38 induziert eine Spannung, die an dem mit der Leitung 40 verbundenen.Ende der Wicklung 38 positiv ist. Der hierdurch induzierte Strom fließt durch die Diode und gelangt zur Primärwicklung 26. Die Zündspule 24 transformiert diesen Energiefluss auf eine höhere Spannung, die der jeweiligen Zündkerze 35 zugeleitet wird. Die Diode 36 verhindert einen Stromfluss in der Primärwicklung 26 der Zündspule solange der Transistor 46 leitend ist.

Wenn der Strom in der Wicklung 60 unterbrochen wird, fällt der Schaltkern 44 von seinem Zustand bei +B max in den Zustand bei B+ zurück. Der Transistor 46 bleibt während dieser Um- * schaltung ausgeschaltet, weil in der Wicklung 58 eine negative Spannung induziert wird. Wenn hierauf der Schaltnocken 48 den Schaltkontakt 52 wieder in Anlage gegen den Schaltkontakt 54 bringt, fließt erneut Strom in der Primärwicklung 56 des Schaltkerns 44. Die hierdurch erzeugte Magnetisierungskraft schaltet den Schaltkern 44 vom Punkt B+ in den Zustand -B max, und der vorgeschriebene Zündablauf wiederholt sich. Es ist zu beachten, dass nur solange in der Induktivität 38 Strom fließt, wie der Transistor 46 leitendist, und dies ist nur während der Zeitspanne der Fall}, die der Schaltkern 44 zur Umschaltung rom Punkt -B max zum Punkt +B max benötigt.

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In Fig. 3 sind die Wicklungen 38' und 64 so in dem Transformator 66 angeordnet, dass eine mit ihrem positiven Wert am gepunkteten Ende der Wicklung 38' anliegende Spannung in eine Spannung an der Wicklung 64 transformiert wird, die am gepunkteten Ende dieser Wicklung ebenfalls positiv ist. Die Anode 36a des Gleichrichters 36 ist dann negativ im Verhältnis zur Kathode 36c. Hierdurch hält die Diode 36, wenn der !Transistor 46 leitend ist und sich ein Stromfluss in der Richtung 38' aufbaut, die in der Wicklung 64 induzierte Spannung von der Primärwicklung 26 der Zündspule 24 fern. Wenn Jedoch der Transistor 46 ausschaltet, wird die Spannung längs der Wicklung 38' positiv am ungepunkteten Ende. Die K Diode 36 wird dadurch vorwärts vorgespannt und läßt die Spannung an der Wicklung 64 und den darin auftretenden Strom zur Primärwicklung 26 der Zündspule 24 gelangen. Die Zündspule 24 transformiert Strom und Spannung in einen Entladungsfunken.

Nach der vorstehenden Beschreibung schafft die Erfindung ein Zündsystem, bei welchem die in einer Induktivität induzierte Spannung zur Erzeugung einer Spannung in der Primärwicklung der Zündspule ausgenutzt wird, die ihrerseits den Zündfunken erzeugt. Nur die induzierte Spannung der Induktivität wird der Primärwicklung der Zündspule zugeführt; ein Gleichrichter hält die Batteriespannung von der Primärwicklung der Zündspule fern, solange sich in der Induktivität ein Stromfluss aufbaut. k Ein an einem Transistor angeschlossener sättigbarer Schaltkern ermöglicht einen Stromaufbau in der Induktivität während einer Zeitspanne, die unabhängig von der Drehzahl der Maschine ist. Nur sehr wenig elektrische Energie geht deshalb verloren, und das erfindungsgemässe Zündsystem hat einen aussergewöhnlich hohen elektrischen Wirkungsgrad.

Patentansprüche / Fo 7715/ 23.10.67 0 09810/0754

Claims

Patentansprüche

1. Zündsystem für Brennkraftmaschinen insbesondere in Kraftfahrzeugen, bei welchem die von einer Stromquelle gelieferte Zünde»energie vor der Zündung ausserhalb der Zündspule gespeichert und erst im Zündzeitpunkt an die Zündspule zur Transformation auf die Überschlagsspannung der Zündkerze geleitet wird, ge k en η ζ ei c h η e t durch eine gesonderte an die Primärwicklung (26) der Zündspule (24) über eine Sperreinrichtung (Gleichrichter 36) angeschlossene Induktivität (3.8 bzw. 66), die vor der Zündung von einem im Zündzeitpunkt schlagartig unterbrochenen Strom durchflossen wird, wobei die Sperreinrichtung (36) so geschaltet iBi?, dass sie während dieses Stromflusses in der Induktivität (38 bzw. 66) einen Stromfluss zur Primärwicklung (26) der Zündspule (24·) sperrt.

2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (38 bzw. 66) parallel zur Primärwicklung (26) der Zündspule (24) geschaltet ist.

3. Zündsystem nach Anspruch 2, d a d u r c h gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung von einem Gleichrichter (36) gebildet ist.

4. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h

g e ke nn ζ ei chn e t, dass die Induktivität (38 bzw.66) über einen Transistor (46) an die Stromquelle (10) des Systems angeschlossen ist.

5. Zündsystem nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e η n-

z e \ chn e t, dass die Basis (46b) des Transistors (46) •an die Sekundärwicklung (58) eines sättigbaren Schaltkerns (44) angeschlossen ist, dessen Primärwicklung (56) von der Stromquelle (10) über einen von der Brennkraftmaschine mechanisch gesteuerten Zündunterbrecher (42) gespeist wird, während die

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Tertiärwicklung (60) in Serie zum Emitter-Kollektor-Pfad (46e,46c) des Transistors (46) liegt, wobei die Wicklungen (56,58,60) des sättigbaren Schaltkerns (44) so geschaltet sind, dass der Transistor (46) eingeschaltet wird, wenn die Kontakte (52,54)*>des Zündunterbrechers (42) schliessen,und der Transistor ausgeschaltet wird, wenn der Schaltkern (44) gesättigt ist.

6. Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität von einem Transformator (66) gebildet ist, dessen Primärwicklung (38¹) an die Stromquelle (10) des Systems und deren Sekundärwicklung (64) an die Primärwicklung (26) der Zündspule (24) anschließbar ist.

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