DE1920884A1

DE1920884A1 - Zuendvorrichtung fuer Brennkraftmaschinen mit kapazitiver Speicherung

Info

Publication number: DE1920884A1
Application number: DE19691920884
Authority: DE
Inventors: Boyer Wesley D
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1968-08-01
Filing date: 1969-04-24
Publication date: 1970-04-09
Also published as: DE1920884C3; DE1920884B2; GB1204460A; US3496921A

Description

Patentanwalt

8 Mür.c-r.en 13 München, den 24. Apr.1359

Hohenstauienstr. 2, Tel. 53 8111

Mein Zeichen: FK-2452

Ford-Werke Aktiengesellschaft

Köln-Deutz Ottoplatz 2

"Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit kapazitiver Speicherung"

Für diese Anmeldung wird die Priorität der Anmeldung Se.No. 749 466 vom 1. August 1968 in den Vereinigten Staaten von Nordamerika in Anspruch genommen.

Kurzbeschreibung

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bei der der in einem Kondensator zu speichernde Strom durch eine Spule fließt, die mit der Kraftfahrzeugbatterie gekoppelt ist. Die Spule ist mit einer Schaltvorrichtung verbunden, welche periodisch den Strom durch die Spule unterbricht und die Energie die der Stromfluß durch die Spule darstellt, wird in einem Kondensator gespeichert, um später zur Erzeugung von Zündspannungen an den Zündkerzen der Maschine benutzt zu werden. Ein Abtastkreis, bestehend aus einem Kondensator und einem Widerstandsnetz mit einer Zeitkonstante im wesentlichen gleich der Zeitkonstante des Reihenkreises mit d*r Spule wird dazu benutt,

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um die Schaltvorrichtung in einen nicht leitenden Zustand zu schalten, wenn die Spannung in dem Kondensator einen bestimmten Wert erreicht. Die Spannung in dem Kondensator und der Strom in der Spule stehen in solcher Beziehung zueinander-, daß sachgemäße elektrische Energien über weite Bereiche von Eingangsspannungen in die Vorrichtung und über weite Bereiche an Drehzahl der Maschine gespeichert werden. Die an die Zündkerzen gelieferte Stromladung ist auf diese Weise unabhängig von weiten Schwankungen der Eingangsspannung und unabhängig von der Maschinendrehzahl über weite Drehzahlbereiche. Es wird dieses dadurch erreicht, daß der Kondensator auf eine bestimmte Spannungshöhe aufgeladen wird, die zu einer bestimmten Stromhöhe in der Spule paßt.

Hauptbeschreibung

Nach dem Stand der Technik gibt es Zündvorrichtungen, welche induktive elektrische Energie in einer Spule speichern, die zu einer bestimmten Zeit zwecks Zündung von Brennstoffmischung in den Zylindern der Brennkraftmaschine an die Zündkerzen geliefert wird. Es gibt außerdem Zündvorrichtungen mit kapazitiver Speicherung nach dem Stand der Technik, bei welchen Strom in einer Spule unterbrochen wird und die elektrische Energie dieses Stromes in einem Kondensator gespeichert wird. Der Kondensator wird durch die Primärwicklung der Zündspule der Zündvorrichtung in zeitlicher Beziehung zur Drehung der Maschine entladen. Hierdurch ergeben eich hohe Sekundärspannungen in der Sekundärwicklung der

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- 3 Zündspule, die an die Zündkerzen abgegeben werden.

Ein sehr zwskmäßiges Merkmal einer Zündvorrichtung ist die Schaffung einer im wesentlichen konstanten Spannung an den Zündkerzen unabhängig von Schwankungen oder Änderungen der Eingangsspannung aus der Batterie des Fahrzeuges. Die elektrische Batterie des Fahrzeuges kann Ausgangsspannungen mit großen Unterschieden haben. So kann z.B. die Ausgangsspannung einer normalen 12-Volt-Batterie auf 5-Volt während des Anlaßvorganges bei niedrigen Temperaturen abfallen, wenn die Zündspannungen hoch sein sollten, oder sie kann ifolge der Wirkung des Spannungsreglers des Fahrzeuges sehr hoch werden, z.B. 14 bis 15 Volt, sofern die Maschine normal arbeitet.

Nach dem bekannten Stand der Technik wird eine kapazitive Speichervorrichtung verwendet, in welcher die über die Primärwicklung der Zündspule entladene Strommenge in einem Kondensator gespeichert wird. Ein gesteuerter Gleichrichter erhält ein Signal aus einer Schaltvorrichtung, die synchron mit der Maschine arbeitet, um die·in dem Kondensator gespeicherte Strommenge über die Primärwicklung der Zündspule zur sachgemäßen Zeit während des Maschinenbetriebes zu entladen. Nach diesem Stand der Technik wird z.B. ein Umwandler verwendet, bei dem die Primärwicklung über Schaltanordnungen mit der elektrischen Stromquelle des Fahrzeuges verbunden ist und dessen Sekundärwicklung mit dem Kondensator gekoppelt ist. Nach diesem Stand der Technik ist eine

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Einrichtung vorgesehen, um direkt den Stromfluß durch die Primärwicklung des Umformers abzutasten und zu unterbrechen, wenn dieser Strom einen bestimmten Wert erreicht. Während diese Vorrichtungen ausreichen, um eine günstige Regulierung des Stromeinganges in die Primärwicklung der Zündspule zu erreichen, haben sie den Nachteil, daß das Abtastsignal, welches den Strom durch die Primärwicklung des Umformers abtastet, verloren ist, sobald es den bestimmten Strom durch die Primärwicklung abtastet und der Strom unterbrochen wird.

Die vorliegende Erfindung schafft daher eine verbesserte Regulierung der elektrischen Aufladung, die an die Zündkerzen über den Kondensator und die Primärwicklung der Zündspule geliefert wird und sie schafft einen stabilen Betrieb, ist weniger empfindlich gegenüber falscher Auslösung oder vorzeitiger Abschaltung, als die bekannten Vorrichtungen und besitzt außerdem einen vereinfachten elektronischen Stromkreis. Der elektrische Strom, der an die Zündkerzen geliefert wird, bleibt im wesentlichen konstant und ist unabhängig von Eingangsspannungsschwankungen, d.h. von Schwankungen in der Spannung aus der Fahrzeugbatterie und unabhängig von der Drehzahl der Maschine über weite Drehzahlbereiche. Es wird dieses dadurch erreicht, daß ein Aufladungskondensator benutzt wird, der auf eine gegebene Spannungshöhe aufgeladen wird, die zu einer bestimmten Abschalt-Höhe des Stromes durch eine Spule paßt. Der Kondensator bleibt geladen, trotzdem der Strom durch die Spule abgeschaltet ist, um einen Speicherkondensator aufzulad 009815/1234

den, der angeschlossen ist, um in die Primärwicklung der Zündspule entladen zu werden. Die vorausbestimmte Spannungshöhe in diesem Kondensator bleibt und hält die Vorrichtung in stabilem Betriebszustand, bis sie ein Eingangssignal erhält, durch welches der Speicherkondensator über die Primärwicklung der Zündspule entladen wird.

Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf ein Zündsystem für eine Brennkraftmaschine, bei welchem ein aus der elektrischen Stromquelle abgeleiteter Strom in einer Spule gespeichert wird. Die Höhe des gespeicherten Stromes in der Spule wird durch eine Abtastvorrichtung für die Spannung bestimmt, die den Strom aus der elektrischen Stromquelle zu der Spule unterbricht, wenn der Strom in der Spule einen bestimmten Wert erreicht. Die dfe Spannung abtastende Vorrichtung besteht aus einem Kondensator, der über einen Ladewiderstand aufgeladen wird. Erreicht die Spannung an dem Kondensator eine bestimmte Höhe, die dem bestimmten Wert des Stromes durch die Spule entspricht, so unterbricht eine Schaltvorrichtung die mit dem Kondensator und der Spule gekoppelt ist, den Stromfluß durch die Spule. Die Unterbrechung des Stromflusses durch die Spule speichert den induktiven Strom in einem Kondensator, der in einem Kreis in Reihe mit der Primärwicklung der Zündspule und einer Pestkörper-Schaltvorrichtung liegt, wie z.B. einem gesteuerten Siliziumgleichrichter.

Ein Eingangssignal aus einem elektrischen mechanischen Stromer-

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zeuger wird auf einen transistorierten primären Schaltkreis gegeben, der bewirkt, daß ein in Reihe mit dem Ladewiderstand liegender Transistor in den nicht leitenden Zustand geschaltet wird, wenn der. Ausgang aus dem elektrischen Stromerzeuger eine bestimmte Höhe erreicht. Zu dieser Zeit wird ein in Reihe mit der Spule geschalteter Transistor in den leitenden Zustand geschaltet. Der Kondensator, der mit dem Ladewiderstand gekoppelt ist, beginnt sich auf eine bestimmte Höhe aufzuladen, die mittels der Durchbruch-Spannung einer Zener-Diode eingestellt ist, welche mit dem Kondensator gekoppelt ist. Die Durchbruch-Spannung der Zener-Diode steuert die Höhe, auf welche der Kondensator sich auflädt und wenn der Kondensator diese bestimmte Spannungshöhe erreicht hat, wird der Transistor, der mit der Spule in Reihe liegt, in den nicht leitenden Zustand geschaltet, wodurch der Strom durch die Spule unterbrochen wird.

Die Unterbrechung des Stromes durch die Spule ruft eine übertragung des elektrischen Stromes durch einen Transformator auf den Speicherkondensator, wie er beschrieben worden ist, hervor.

Wenn das Eingangssignal des elektrischen Stromerzeugers auf eine bestimmte Höhe in dem nächsten Arbeitszyklus ansteigt, so wird ein Signal in der Form eines differenzierten rechteckigen Impulses aus dem Kollektor des Transistors auf die Steuerelektrode des Pestkörperschalters oder gesteuerten Gleichrichters gegeben. Der

Kollektor dieses Transistors ist mit der Basis des Transistors verbunden, der in Reihe mit der bereits erwähnten Spule liegt.

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Die Leitung des gesteuerten Gleichrichters läßt den elektrischen. Strom, der in dem Speicherkondensator aufgespeichert ist, sich über die Primärwicklung der Zündspule entladen und ruft hierdurch eine hohe Ausgangsspannung in der Sekundärwicklung der Zündspule hervor, die an die Zündkerzen angelegt wird.

Der in der Spule gespeicherte Strom ist ohne Rücksicht auf Änderungen der Maschinendrehzahl bis auf eine bestimmte Höhe und ohne Rücksicht auf breite Schwankungen der Eingangsspannung aus der Fahrzeugbatterie im wesentlichen konstant. Daher ist der Strom, der in dem zuletzt genannten Kondensator gespeichert ist, im wesentlichen konstant. Aus diesem Grunde ist auch der an die Zündkerzen gelieferte Strom über weite Bereiche der Drehzahl der Maschine und bei weiten Schwankungen der Batteriespannung konstant. Es ist dieses ermöglicht, weil der Abtastkondensator, der sich über die vorgenannten Widerstände auflädt, auf eine bestimmte Höhe aufgeladen sein muß, ehe der Strom über die Spule unterbrochen wird und dieses Aufladen auf eine bestimmte Höhe ist unabhängig von der Maschinendrehzahl über einen weiten Drehzahlbereich und unabhängig von weiten Schwankungen der Eingangsspannung aus der Batterie.

Bei hohen Maschinendrehzahlen kann dieses System überspielt werden, sodaß der gesteuerte Siliziumgleichrichter bereits zündet, bevor der Strom durch die Spule eine bestimmte gewünschte Höhe erreicht. Unter diesen Umständen kann die Ausgangsspannung aus der Sekundär-

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wicklung fallen, wenn die Drehzahl über eine bestimmte oder eine kritische Drehzahl ansteigt. Indessen arbeitet in diesem Drehzahlbereich das System in der üblichen Weise. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung sind indessen volle Ausgangsspannungen über einen weit größeren Drehzahlbereich aufrecht erhalten, als bei den üblichen Zündsystemen. Dies ist besonders zufriedenstellend insofern, als die Maschine bei höheren Drehzahlen und Temperaturen geringere Zündspannungen erfordert und dieses Merkmal beschränkt den Kraftverbrauch bei höheren Drehzahlen. Sachgemäße zeitliche Verhältnisse werden über dem gesamten Drehzahlbereich aufrecht erhalten.

Die Erfindung schafft also ein unkompliziertes, betriebssicheres System, bei dem ein mit Widerständen versehenes kapazitives Netz zum Abschalten des Stromflußes durch eine Spule benutefc wird, wenn der Stromfluß eine bestimmte Höhe erreicht. Die Spannungshöhe, bei welcher der Kondensator den Strom durch die Spule abschaltet, ist unabhängig von der Drehzahl über weite Drehzahlbereiche der Maschine und über weite Bereiche von Änderungen oder Schwankungen in der Spannung, die aus der elektrischen Anlage des Fahrzeuges auf das System gegeben wird. Weiterhin ist die Spannung an dem Kondensator, die die Abtastspannung zur Unterbrechung des Stromflusses durch die Spule ist, nicht verloren und verschwindet nicht, wenn der Strom in der Spule unterbrochen wird. Die Spannung wird an dem Kondensator über eine beträchtliche Zeitspanne aufrechterhalten, bis' die Spannung aus einem elektromechanischen Strom-

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erzeuger auf einen gegebenen Wert abfällt.

Die vorliegende Erfindung macht auch einen Abtastwiderstand in Reihe mit der Spule überflüssig, der als Stromspeicherung zum Abtasten des Stromes durch die Spule wirkt. Die oben beschriebene Konstruktion schafft auch eine verbesserte Regulierung der Stromladung für die Zündkerzen, ergibt einen stabilen Betrieb, ist weniger empfindlich gegen eine falsche Auslösung oder eine vorzeitige Unterbrechung, als früher bekannte Vorrichtungen und sie verwendet einen unkomplizierten elektronischen Stromkreis.

Ausführungsbeispfele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert, auf denen zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Zündvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 das Schaltbild eines teilweisen Stromkreises nach einer abgeänderten Ausfuhrungsform einer Zündvorrichtung nach Fig. 1.

Fig. 3 einen teilweisen Schnitt mit teilweiser Ansicht eines elektromagnetischen Stromerzeugers, wie er bei der Erfindung benutzt werden kann und der synchron zur Maschine betrieben wird.

Fig. 4 typische Ausgangswellenformen der Ausgangsspannung aus dem elektrischen Stromerzeuger, wie er in der Fig. 3 dargestellt ist.

Fig. 5 einen Primärkreis ähnlich dem Kreis nach Fig. 1,

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In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Die Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer Zündvorrichtung nach der Erfindung, bei der ein elektrischer Stromerzeuger 11 mit einer Ausgangswicklung 12 dazu benutzt wird, Steuersignale oder Spannungen zu erzeugen, um den Stromkreis sachgemäß arbeiten zu lassen. Wie durch die gestrichelte Linie 14 dargestellt, wird der elektrische Stromerzeuger 11 synchron mit einem Verteilerfinger 16 eines Verteilers 18 durch eine gedrehte Welle der nicht dargestellten Maschine angetrieben. Der Verteiler 18 besitzt außer dem Verteilerfinger 16 eine Anzahl feststehender elektrischer Kontakte 20, die durch Zündkabel 22 mit den Zündkerzen 24 der Maschine verbunden sind. Sobald der leitende Verteilerfinger 16 in Kontakt mit einem der Kontakte 20 tritt, wird ein elektrischer Strom an eine der Zündkerzen 24 geliefert und zwar über eines der Zündkabel 23. Der beschriebene Verteiler ist üblich, sodaß eine nähere Beschreibung nicht notwendig erscheint.

Eine elektrische Gleichstromquelle z.B. die Batterie 26, liegt an einer Leitung 28. Dieser elektrische Strom besitzt eine positive Polarität und die Leitung 28 liegt direkt am positiven Pol 30 der Batterie 26 über eine Leitung 32. Die Leitung 28 be sitzt eine Anzahl Anschlußstellen 34, 36, 38, 40, 42 und 44, an denen verschiedene Kreisbestandteile des primären Kreises der Zündvorrichtung angeschlossen sind. Der primäre Kreis enthält auch eine Leitung 46, die an Masse über einen Anschluss

48 und eine Leitung 50 angeschlossen ist und von hier aus an den negativen Pol 52 der

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Batterie 26, die ebenfalls über eine Leitung 54 an Masse ange- , schlossen ist.

Ein erster Transistor 56 hat einen Kollektor 58, einen Emitter 60 und eine Basis 62. Die Basis 62 ist an den Anschluss 64 der Ausgangswicklung 12 des elektrischen Stromerzeugers 11 durch die Leitung 66, die Diode 68 und die Leitung 70 angeschlossen. Die Basis 62 ist außerdem mit der Leitung 46 verbunden und von hier aus über den Widerstand 72 mit Masse. Der Emitter 60 des Transistors 56 ist an die Leitung 46 angeschlossen und hierüber über die Leitung 74 an Masse, während der Kollektor 58 an die Leitung 28 und den positiven Pol der Batterie 26 über einen Widerstand 76, eine Leitung 78 und eine Diode 80 angeschlossen ist, welche in vorwärts leitender Richtung angeschlossen ist.

Der Anschluß 34 in der Leitung 28 ist mit der Leitung 46 über einen Widerstand 82 und zwei in Reihe liegende Dioden 84 und 86 verbunden, die im Nebenschluß zu einem Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen 90 und 92 liegen. Der andere Anschluß 94 der Ausgangswicklung 12 des elektrischen Stromerzeugers 11 ist mit einem Anschluß 96 zwischen den beiden Widerständen 90 und verbunden. Zusätzlich liegt ein Kondensator 98 zwischen der Basis 62 und dem Kollektor 58 des Transistors 56 und an der Anode der Diode 68.

Ein zweiter Transistor 100 ist mit seinem Kollektor 102 bei 36 an die Leitung 28 angeschlossen und zwar über den verstellbaren

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Widerstand 104 und einen Widerstand 106. Die Basis 108 ist an den Anschluß des Widerstandes 76 und den Kollektor 58 des ersten Transistors 56 gelegt. Der Emitter 110 liegt über einen Widerstand 112 an Masse, sowie an der Basis 114 eines dritten Transistors 116 über eine Leitung 118.

Ein vierter Transistor 120 ist mit seinem Kollektor 122 mit dem Anschluß 40 der Leitung 28 über einen Spannungsteiler verbunden, der aus den Widerständen 124 und 126 besteht. Der Emitter 128 ist an einen Anschluß 130 angeschlossen der seinerseits mit der Leitung 46 über einen Widerstand 132 in Verbindung steht» Ein Abtastkondensator 134 ist mit einem Ende an einem Anschluß 135 zwischen dem Widerstand 104 und dem Kollektor 102 des Transistors 100 angeschlossen. Der andere Anschluß des Abtastkondensators 134 ist mit dem Emitter 136 des Transistors II6 und mit dem Anschluß 130 über die Leitung I38 verbunden. Der Kollektor l40 des Transistors II6 ist mit dem Anschluß 38 der Leitung 28 über einen Widerstand 142 verbunden und mit der Basis 144 des Transistors 120 über eine Leitung i46_e Eine Zener-Diode 150 liegt zwischen dem Emitter 110 und dem Kollektor 108 des Transistors 10O₃ wobei ihre Kathode an dem Anschluss 135 und ihre Anode an der Leitung 118 liegt.

Ein fünfter Transistor 152 liegt mit seiner Basis 15*! an einem Anschluß zwischen den Widerständen 124 und 126, die zwischen dem Anschluß 4o der Leitung 28 und dem Kollektor 122 des Transistors 120 angeschlossen sind. Der Emitter I56 ist mit der Leitung 78

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verbunden, sowie mit der Anode der Diode 80 über eine Leitung 157. Der Kollektor 158 des Transistors 152 ist an die Leitung 46 über Widerstände l60 und 162 angeschlossen.

Ein sechster Transistor 164 ist mit der Basis 166 an einen Anschluß zwischen den Widerständen l60 und 162 angeschlossen, sein Emitter 168 ist mit der Leitung 46 verbunden und von hier aus mit Masse über die Leitung 170 und sein Kollektor 172 ist an den einen Anschluß 174 einer Spule 176 in Form der Primärwicklung eines Transformators 178 angeschlossen. Der andere Anschluß ISO (durch einen Punkt markiert) der Primärwicklung oder der Spule 176 ist an den Anschluß 44 über die Leitung 182 angeahlossen und von hier aus an den positiven Pol 30 der Batterie 26,

Die Sekundärwicklung 184 des Transformators 178 ist mit dem einen Ende (durch einen Punkt markiert) I85 mit der Anode der Diode 186 verbunden und mit dem anderen Ende I87 mit einem Anschluß 188 über die Leitung 190. Ein Speicherkondensator 192 ist mit dem einen Ende oder der einen Platte mit dem Anschluß I88 verbunden und mit dem anderen Ende oder der anderen Platte mit der Anode der Diode 186 und zwar über die dargestellten Leitungen und einen Anschluß 194. Der Anschluß I88 ist mit der Leitung 196 verbunden und daher mit einem Ausgangsende, der Anode I98 eines Festkörperschalters 200 vorzugsweise in der Form eines gesteuerten Silizium-Gleichrichters. Das andere Ausgangsende 202, die Kathode des Festkörperschalters 200 ist mit der^ Leitung 46 über eine Leitung 204

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verbunden. Die Steuerelektrode 206 des Festkörperschalters 200 ist mit dem Kollektor 158 des Transistors 152 über eine Diode 208 und einen Kondensator 210 verbunden. Die eine Platte des Kondensators 210., die mit der Diode 208 verbunden ist, ist außerdem an Masse oder die Leitung 46 über einen Widerstand 212 angeschlossen, während die andere Platte des Kondensators 21O₃ die mit der Steuerelektrode 206 in Verbindung steht, ebenfalls mit Masse oder der Leitung 46 über einen Widerstand 214 verbunden ist.

Eine Diode 220, ein Widerstand 222 und eine Primärwicklung 224 der Zündspule 226 liegen parallel zwischen den Leitungen 228 und 46. Die Leitung 228 ist mit dem Anschluß 194 über eine Leitung 230 verbunden. Die Sekundärwicklung 232 der Zündspule 226 ist mit dem einen Ende mit der Leitung 228 verbunden und mit dem anderen Ende (mit einem Punkt markiert) mit dem Verteiler arm l6 des Verteilers 18 über die Leitung 234.

Außerdem ist ein Kondensator 236 zwischen den Leitungen 28 und 46 vorgesehen und liegt daher am primären Kreis und der Batterie 26, um jegliche Ausgleichspannungen aussufiltern₃ die an dem Anschluß 44 durch die Batterie 26 und die übrigen Teile der elektrischen Fahrzeuganlage erzeugt werden können.

Die Fig. 2 zeigt eine teilweise Abänderung der Schaltung nach Fig. 1, bei der zwei Darlington-Transistoven zur Bildung sines Darlington-Verstärkers benutzt werden, um den Strom d^reh die

Spule 176 zu steuern, welche die Primärwicklung des Trarasformators ' 009815/1234

178 bildet. Die Darlington-Transistoren bestehen aus dem Transistor 164 und dem zusätzlichen Transistor 238. Der Kollektor 172 und der Emitter 168 des Transistors 164 liegen in Reihe mit der Spule oder der Primärwicklung 176 des Transformators 178, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, während die Basis 166 an den Emitter 248 des Transistors 238 angeschlossen ist. Der Kollektor 250 des Transistors 238 ist an den Kollektor 172 des Transistors 164 und an die Spule der Primärwicklung 176 des Transformators 178 angeschlossen_y während die Basis 251 an dfe Anschlußstelle der Widerstände l6O und 162 angeschlossen ist. Die Benutzung der Darlington-Transistoren ermöglicht eine Steigerung der Impedanz-Höhe in ihrem Eingangskreis. Das bedeutet_s daß es möglich wird, die Werte der Widerstände 126 und I60 bedeutend zu erhöhen ur?c· den inneren Kraftverbrauch zu verringern. Der Transistor 152 kann al-üain als kleiner Signaltransistor ausgebildet sein und kleiner, als derjenige, der in der Schaltung nach Pig. I benutzt wird.

Der elektrische Stromerzeuger 11, der bei der Schaltung nach Fig. 1 benutzt wird, kann ein elektrischer Stromerzeuger sein, wie er z.B. in der US-Patentschrift 3 299 875 beschrieben ist. Die Fig. zeigt einen Teil dieses elektromechanischen Stromerzeugers. Er besitzt einen Stator 252 mit einem ringförmigen permanenten Magneten 253, der aus Bariumtitanit bestehen kann, welches konzentrisch um eine Verteilerwelle (nicht dargestellt) angeordnet ist. Ein ringförmiger magnetischer Teil 254 zur Leitung des Flußes sitzt in radialem Abstand zum permanenten Magneten 253 angeordnet. Der

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magnetische Leitteil besteht aus irgendeinem geeigneten ferromagnetischen Material. Eine ringförmige Ausgangswicklung' 12 ist radial außen um den magnetischen Leitteil 15²J herum angeordnet und ist von einem Spulenkörper 256 umschlossen, der aus plastischem Material besteht, welches den magnetischen Leitteil 254 von der ringförmigen Ausgangswicklung 12 trennt. Die drei ringförmigen Teile, der ringförmige Permanentmagnet 253, der ringförmige Leitteil 254 für den magnetischen Fluß und die ringförmige Ausgangswicklung 12 einschließlich des Spulenköipers 256
sitzen zwischen der unteren Platte 26l und der oberen Platte aus magnetischem Material. Die beiden Platten 26l und 262 werden zwischen Planschen 264 und 265 einer Büchse 266 gehalten.

Die Platte 26l besitzt einen Umfangsflansch 268 mit einer Anzahl Zähne 271, die am Umfang gleichmäßig verteilt sind. Die Anzahl der Zähne 271 entspricht der Anzahl der Zündkerzen in der Brennkraftmaschine und, wie in der Fig. 1 dargestellt ist, der Verteiler 18 und der elektromagnetische Stromerzeuger 11 sind für eine Brennkraftmaschine von 8 Zylindern ausgelegt_s bei der 8
Zündkerzen vorgesehen sind. Die obere Platte 262 besitzt ebenfalls eine Anzahl Zähne 272_s die der Zähnezahl 271 entsprechen sowie der Zylinderzahl und der Anzahl an Zündkerzen der Maschine» Die Zähne 272 liegen radial nach innen entfernt von den Zähnen 271 und sind mit der einen Kante etwa in Flucht mit der einen Kante der Zähne 271,

Der Rotor 275 des elektromechanischen Stromerzeugers 11 besitzt

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eine drehbare Platte bzw. einen Anker 276 mit einer Anzahl profilierter Zähne 277, die in der Zahl der Zähnezahl 271 in der Platte 26l entsprechen sowie der Zähnezahl 272 in der Platte 262,

Der elektromechanisehe Stromerzeuger nach Fig. 3 besitzt eine Antriebswelle 281, die den Rotor 275 mit Bezug auf den Stator 252 dreht. Dadurch wird der elektromagnetische Weg durch die Zähne 271, 277 und 272 geändert, sodaß eine Fluxänderung der Wicklung 12 hervorgerufen wird, durch die die Wicklung 12 eine Wechselstromausgangsspannung erzeugt, wie in der obengenannten Patentschrift dargestellt. Diese Wechselspannung ist in der Pig.4 dargestellt und mit 282 bezeichnet. Die Belastung an der Ausgangswicklung 12, die durch bestimmte Teile, wie sie in der Pig. I dargestellt sind, hervorgerufen wird einschließlich der Widerstände 90 und 92, der Dioden 68, 84 und 86 und der Eingangsimpedanz des Transistors 56 nach Fig. 1 ruft eine Zerstörung der Wellenform dieser Ausgangsspannung hervor, sodaß sie in der Form 284 nach Fig. 4 erscheint.

Fig. 5 zeigt das Gleiche wie der primäre Kreis nach Fig. 1, wobei die Pole 30 und 52 der Batterie 26 über oder parallel zu einem Reihenkreis bestehend aus der Induktanz der Primärwicklung I76 des Transformators 178 und dem Widerstand R₁ in dem Primärwicklungs-Kreis 290 angeschlossen sind. Das Doppel dieses Kreises bestehend aus dem Widerstand 290 (R₁) und der Induktanz 176 wird dargestellt durch den Abtastkondensator 134 und den Widerstand Rp, bestehend aus der Reihe verbundener Widerstände 104

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und 106. Eine weitere Erläuterung dieses analogen Kreises wird später gegeben.

Der Betrieb nach der Zündung nach der Erfindung wird am leicht es <-ten verständlich, wenn man annimmt, daß der Kondensator 192, der in der Reihenschaltung mit den Ausgangsenden, Anode 198 und Kathode 202 der Pestkörper-Schaltvorrichtung oder des gesteuerten Siliziumgleichrichters 200 und der Primärwicklung 224 der Sündspule 226 liegt, voll geladen ist, um elektrischen Strom an die Primärwicklung 224 abzugeben. Die Ladung dieses Kondensators wird später erläutert. Der Kondensator ist so geladen, daß die obere Platte, die mit dem Anschluß 19^ verbunden ist, negativ ist, während die positive Platte _s die an dem Anschluß 188 liegt, positiv ist. Hierzu ist zu bemerken, daß die Diode 186 daher in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist, und die Ladung In dem Kondensator 192 hält. Außerdem befindet sich der gesteuerte Siliziumgleichrichter 200 in nicht leitendem Zustand und die Diode 220 ist rückwärts vorgespannt. Die Ladung kann von der Platte nicht abfließen, die mit dem Anschluß 19²* über den Widerstand 222 verbunden ist, da der Widerstand 222 an der Leitung kS liegt und daher' an Masse bzw. dem negativen Pol 52 der Batterie 26» Damit der Kondensator 192 sich über die Primärwicklung 22¹I der- Zündspule 226 entladen kann, ist es daher notwendig, den Feststoff-Schalter bzw. gesteuerten Siliziumgleichrichter 200 In ä.en leitenden Zustand zu versetzen.

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In diesem Zustand ist die Zeit in der Spannungs-Zeit-Kurve der Fig. 4 gleich Null und der Spannungsausgang an dem Anschluß 64 der Wicklung 12 des elektromechanischen Stromerzeugers 11 ist Null. Hierbei ist der Transistor 56 in einer Höhe genau unter seinem leitenden Zustand durch ein Nets vorgespannt, enthaltend die Diode 80, die an dem Anschluß 42 liegt, die Leitung 78 und den Widerstand 76, der mit dem Kollektor 58 verbunden ist.

Andererseits ist der Transistor 100 in leitenden Zustand vorgespannt, da ein positives Potential an der Basis 108 über den Widerstand 76 und die Diode 80 angelegt ist und da ein positives Potential an dem Kollektor 102 über die Widerstände 104 und 106 liegt. Der Stromfluß durch die Basis"Emitter-Verbindung des Transistors 100 gelangt in die Basis 114 des Trans i... -vs 116 ₅ wodurch der Transistor 116 in leitenden Zustand versetzt wird. Solange der Transistor 100 in leitendem Zustand sieh befindet, wird die Spannungsaufladung am Kondensator 134 in geringer Höhe gehalten. Der Strom durch den Kollektor 102 und den Emitter 110 des Transistors 100 kommt zu dem Basis-Stromantrieb des Transistors 116 hinzu, wodurch dieser in den voll leitenden Zustand geschaltet wird.

Die Transistoren 120, 152 und 164 befinden sich sämtlich in nicht leitenden Zuständen. Der Transistor 120 wird in nicht leitendem Zustand gehalten, weil der Strom, der sonst in die Basis 144 fHessen würde, einen Nebenschluss über den Kollektor -Emitterkreis l4o-136 des Transistors 116 haben würde. Befindet sich der

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Transistor 120 in nicht leitendem Zustand, so kann kein Basisstrom aus dem Transistor 152 ausfließen und dieser befindet sich daher in nicht leitendem Zustand. Ist der Transistor 152 nicht leitend, so kann kein Basisstrom in die Basis 166 des Transistors 164 eintreten und daher befindet sich dieser in nicht leitendem Zustand.

Wie bereits erwähnt, 1st dieser Zustand vorhanden, wenn die Spannung, die durch die Kurve 284 in der Pig. 4 dargestellt ist, bei dem Viert Null liegt oder unter einer gewissen Schwellenspannung, die gestrichelt angedeutet ist und die notwendig ist, um den Transistor 56 in den leitenden Zustand zu schalten. Wenn der Spannungsausgang am Anschluß. 64 der Wicklung 12 langaam ansteigt, so wird er über die Diode 68 an die Basis 62 des Transistors 56 gelegt, wodurch der Transistor 56 leitend wird. Tritt dieses ein, so wird der Strom im Nebenfluß von der Basis 108 des Transistors 100 über den Kollektor 58 und den Emitter 60 des Transistors 56 abgeleitet, wodurch der Stromfluß aus dem Emitter 110 des Transistors 100 verringert wird. Dadurch wfcrd der Stromfluß in die Basis 11*} des Transistors II6 verringert, wodurch der Transistor 116 in den nicht leitenden Zustand gelangt. Dadurch fließt der Strom über den Widerstand 142 aus dem Anschluß 38 In die Basis IhH des Transistors 120, wodurch der Transistor 120 In den leitenden ZifistsiKi geschalt st- i-jlrdU DIs Einschaltung des Transistors 120 ia -isn leitende:"! SustaKcl Ks.olri- C.~n Emitter 13δ des Transistors 116 positiver., v-rcdu^üh ^e-iter-hin der Transistor II6 in den völlig nicht leitenden Zustand durch eine typische Schmitt-Auslösewirkung

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gelangt. Die Schaltung des Transistors 120 in den leitenden Zustand ermöglicht einen Stromausfluss der Basis 154 des Transistors 152, wodurch dieser in den leitenden Zustand geschaltet wird. Weiterhin ermöglicht der Stromfluss durch den Emitter 156 und den Kollektor 158 des Transistors 152 einen Stromfluss in die Basis l66 des Transistors 164, wodurch dieser in den leitenden Zustand versetzt wird. Die Schaltung des Transistors 164 in den leitenden Zustand ermöglicht es, daß der Strom in der Spule 176, der Primärwicklung des Transformators 178 sich aufzubauen beginnt.

Wenn der Transistor 152 in den leitenden Zustand geschaltet wird, so erscheint ein positiver Impuls an dem Anschluß zwischen dem Widerstand l60 und dem Kollektor 158 des Transistors. Dieser positive Impuls hat rechteckige Form und wird über die Diode 208 und den Kondensator 210 an die Steuerelektrode 206 des Peststoffschalters ode-r gesteuerten Siliziumgleichrichters 200 angelegt. Der Kondensator 210 differenziert diesen rechteckigen Impuls in eine Spitze positiver Spannung und eine Spitze negativer Spannung. Die Spitze der positiven Spannung schaltet den gesteuerten Siliziumgleichrichter 200 in den leitenden Zustand und die Spitze negativer Spannung ermöglicht es der Steuerelektrode 206 des gesteuerten Siliziumgleichrichters, die Steuerung eher wieder zu -ge-■wrmTi, als wenn die Steuerelektrode mit dem Kollektor 158 des Transistors 152 über einen Widerstand gekoppelt wäre.

Wenn der gesteuerte Siliziumgleichrichter 200 in den leitenden Zu-

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stand geschaltet wird, so wird der elektrische Strom, der in dem Kondensator 192 gespeichert ist, über die Anode 198 und die Kathode 202 des Feststoffschalters oder des gesteuerten Siliziumgleichrichters 200 und über die Primärwicklung 22¹I der Zündspule 226 entladen. Ein rückwärts gerichteter Stromweg ergibt sich über die Leitung 228, die Leitung 230 und den Anschluß 194 zur Platte des Kondensators 192, die in negativer Richtung aufgeladen war. Die Diode 220 und der Widerstand 222, die parallel zur Primärwicklung 224 der Zündspule 226 angeschlossen sind, verhindern Schwingungen zwischen dem Kondensator 192 und der Primärwicklung 224 der Zündspule 226 und verhindern hierdurch eine rückwärts gerichtete Spannung am Auslaßende, Anode 198 und Kathode 202 des Peststoffschalters oder gesteuerten Siliziumgleichrichters 200. Hierdurch wird die Zeitspanne der Entladung des Stromes über die Primärwicklung 224 verlängert, indem eine vorzeitige Schaltung des Peststoffschalters oder gesteuerten Siliziumgleichrichters 200 in den nicht leitenden Zustand vor der völligen Entladung des Kondensators 192 verhindert wird.

Es sei bemerkt, daß ein positiver Strom in das unmarkierte Ende der Primärwicklung 224 fließt und hierdurch eine Plus-Minus-Spannung über der Primärwicklung erzeugt, wobei das durch den Punkt markierte Ende negativ ist. Der Strom in der Primärwicklung 224 wird in die Sekundärwicklung 232 transformiert und es erscheint eine negative Spannung an dem durch einen Punkt markierten Ende der Sekundärwicklung. Diese negative Spannung wird über die

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Leitung 234 an den gedrehten Arm 16 des Verteilers 18 gelegt, der zu dieser.Zeit mit einem der Kontakte 20 in Berührung steht. Dadurch liegt die negative Spannung an der mittleren Elektrode einer der Zündkerzen 24, um die Brennstoffmischung in einem Zylinder der Brennkraftmaschine zu entzünden.

Wie bereits festgestellt,, befinden sich die Transistoren 100 und 116 während dieses Vorganges in nicht leitendem Zustand und der Transistor 164 ist in den leitenden Zustand geschaltet. Befindet sich der Transistor 164 in leitendem Zustand, so beginnt sich der Strom in der Spule oder der Primärwicklung 176 des Transformators 178 aufzubauen. Die gesamte Widerstandsreihe in dem Stromkreis zwischan dem Anschluss 44 und der Lelcwns, 46, das ist der Widerstand der Leitung 182, der Primärwicklung 176₉ der "titling, die das Ende 174 mit dem Kollektor 172 verbindet, der Emitcer-Kollektorkreis des Transistors 164 und die Leitung 170 wird absichtlich klein gehalten. Dadurch wird die lineare Ladung an Strom in der Spule oder Primärwicklung 176 durch die Gleichung di/de = V/L. Sofern nicht die erzeugte Signalspannung, wie sie durch dfe Kurve 284 in der Fig. 4 dargestellt ist, abnimmt, um den Transistor 56 in den nicht leitenden Zustand zu versetzen, fährt der Strom in der Primärwicklung 176 fort_s linear anzusteigen. Gleichzeitig wird der Kondensator 134 zwischen dem Anschluß 135 an dem Kollektor 102 des Transistors 100 und dem Emitter 136 des Transistors Il6 hauptsächlich linear während des ersten Teiles der Zeitkonstanten, dargestellt durch den Wert der Widerstände 106 und 104

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und den Wert des Kondensators 134 aufgeladen. Zu dieser Zeit sind die Transistoren 100 und 116 nicht leitend, sodaß der Strom in den Kondensator 134 über die Widerstände 106 und 104 fließt, die mit dem positiven Pol 30 der Batterie 26 über die Leitung 32_J die Leitung 28 und den Anschluss 36 verbunden sind. Dieser Kondensator wird so geladen, daß die Platte, die mit dem Kollektor 102 des Transistors 100 verbunden ist, positiv geladen ist und die Platte, die an dem Emitter 136 des Transistors II6 sowie dem Anschluß 130 liegt, negativ geladen ist.

Die Zener-Diode 150 liegt in umgekehrter Richtung an dem Emitter-Kollektorkreis des Transistors 100 und ihre Anode ist mit der Leitung II8 verbunden, deren eines Ende an der Basis 114 des nicht leitenden Transistors II6 liegt und deren anderes Ende mit dem Anschluss des Widerstandes 112 und des Emitters 110 des Transistors 100 verbunden ist, der ebenfalls nicht leitend ist. Ist die Durchbruch-Spannung der Zener-Diode 150 erreicht, die im Vergleich zu den Spannungen an der Batterie 26 gering ist, so bricht sie durch und es fließt Strom über sie in der umgekehrten Richtung in die Basis 114 des Transistors II6, wodurch der Transistor 116 leitend wird. Hierdurch wird der Transistor 120 infolge der bereits beschriebenen Wirkung abgeschaltet, da der Basisstrom in die Basis 144 über den Kollektor-Emitter-Kreis 140-136 des Transistors II6 abgeleitet wird. Wird der Transistor 120 ausgeschaltet oder in den nicht leitenden Zustand gebracht, so werden die Transistoren 152 und 164 in gleicher Weise in die

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nicht leitenden Zustände geschaltet, da der Strom nicht mehr aus der Basis des Transistors 152 oder in die Basis 166 des Transistors 164 fließt.

Wird der Transistor 164 in den nicht leitenden Zustand geschalt*, so wird der Strom durch die Spule oder Primärwicklung 176 des Transformators 178 unterbrochen und der induktiv gespeicherte Strom in der Primärwicklung 176 wird auf den Kondensator 192 mit höherer Spannung übertragen infolge des Windungsverhältnisses der Primärwicklung 176 zur Sekundärwicklung 184. Ist der Strom in der Primärwicklung 176 unterbrochen, so kehrt sich die Spannung um, sodaß das mit dem Punkt markierte Ende nunmehr negativ wird. Das mit dem Punkt markierte Ende der Sekundärwicklung 184 wird daher negativ und das unmarkierte Ende wird positiv. Dadurch wird der Kondensator 192 so aufgeladen, daß die Platte, die mit dem Anschluß 188 verbunden ist, positiv ist und die Platte, die mit dem Anschluß 194 verbunden ist, negativ. Die Maximalspannung an dem Kondensator wird begrenzt auf den Strom, der der Primärwicklung 176 des Transformators 178 gespeichert ist. Das Verhältnis der Stromübertragung wird dargestellt durch die Gleichung 1/2 CV² = 1/2 LI², wobei C der Wert der Kapazität des Kondensators 192 ist, V die Spannung, die in ihm gespeichert ist, L die Induktanz der Spule oder Primärwicklung I76 und I der Wert des Stromes durch die Wicklung, wenn der Strom unterbrochen wird.

Wenn der Kondensator 192 sich aufzuladen beginnt, so liegt eine '

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VorwärtsSpannung an den Ausgangsenden, Anode 198 und Kathode 202, des Peststoffschalters oder gesteuerten Siliziumgleichrichters 200. Dies folgt daraus, daß die Anode 198 über die Leitung 196 und den Anschluß I88 mit der Platte des Kondensators 192 verbunden ist, die aus der Sekundärwicklung 184 des Transformators 178 positiv geladen wird. Während dieser anfänglichen Anlegung einer Vorwärtsspannung an den Peststoffschalter bzw. den gesteuerten Siliziumgleichrichter 200 wird die Steuerelektrode 206 negativ vorgespannt und zwar durch den negativen Impuls, der sich aus der Differenzierung des rechtwinkligen Impulses ergibt, der an dem Kollektor des Transistors 152 erscheint, wenn der Transistor 152 in den leitenden Zustand geschaltet wird. Weiterhin befindet sich,wenn der Strom durch die Primärwicklung I76 des Transformators 178 abgeschaltet wird, und der Kondensator 192 sich zu laden beginnt, der Transistor 152 in nicht leitendem Zustand und daher liegt sein Kollektor 158 am Massepotential, wodurch eine zusätzliche negative Vorspannung über den Kondensator 210 an die Steuerelektrode 206 gelangt. Diese negative Spannung oder umgekehrte Vorspannung, die an die Steuerelektrode 206 gelegt ist, ermöglicht es, daß ein höheres dv/dt an den Kondensator 192 angelegt wird, sodaß dieser sich rascher auflädt. Die Widerstände 212 und 21¹I teilen die Spannung am Kondensator 210 während des Abschaltvorgaßges des Feststoffschalters oder gesteuerten Siliziumgleichrichters 200, sodaß die umgekehrte Spannung an der Steuerelektrode 206 annehmbar niedrig gehalten wird.

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Die Diode 208 entkoppelt den Kondensator 210 vom Eingang des Transistors 164. Hierdurch wird verhindert, daß die positive Ladungj die der Kondensator 210 haben könnte, den Transistor 164 in leitendem Zustand halten könnte, wenn er in den nicht lei tenden Zustand durch die vorher beschriebenen Kreise geschaltet wird, um den Stromfluss durch die Primärwicklung 176 des Transformators 178 zu unterbrechen.

Der Kondensator 13¹J bleibt während der Zeit, während der der Transistor 164 sich in nicht leitendem Zustand befindet, aufgeladen und der Strom wird nach der oben erwähnten Gleichung von der Primärwicklung 176 des Transformators 178 auf den Kondensator 192 übertragen. Während der Kondensator 192 aufgeladen wird, befinden sich die Transistoren 100, 116, 120, 152 und 164 sämtlich in nicht leitendem Zustand. Nachdem der in der Primärwicklung gespeicherte Strom vollständig auf den Kondensator 192 übertragen ist, fällt die Ausgangsspannung an dem Anschluss 64, wie durch die Kurve 284 in'der Fig. 4 dargestellt ist, so weit ab, wie es durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, woselbst der Transistor 56 in den nicht leitenden Zustand zurückgeschaltet ist. Diese Wirkung stellt den Basisstrom in dem Transistor 100 wieder her und schaltet diesen in den leitenden Zustand. Die Schaltung des Transistors 100 in den leitenden Zustand stellt den Basisstrom in der Basis 114 des Transistors 116 wMer her und schaltet diesen in den leitenden Zustand. Der Kondensator 134 kann sich alsdann über den Anschluß 135, den Kollektor-Emitterkreis 102-110

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des Transistors 100, den Widerstand 112, den Widerstand 132 und die Leitung 138 entladen, wodurch die Ladung auf einen sehr geringen Wert absinkt. Der Kreis befindet sich nunmehr in dem Ausgangszustand und für einen weiteren BetriebsVorgang bereit, wenn die Form 284 der Spannungswelle durch ihren negativen Zyklus geht und alsdann wieder eine positive Höhe erreicht, die durch die gestrichelte Linie in Pig. H dargestellt ist.

Wird die Brennkraftmaschine mit hoher Drehzahl betrieben und zwar über einer bestimmten Drehzahl, so kann die Verweilzeit des elektrischen Generators 11, wie durch die Zeit der Kurve 28*1 dargestellt, wenn die Spannung ansteigt und die gestrichelte Linie kreuzt, bis sie wieder absteigt und die gestrichelte Linie kreuzt, kürzer sein, als die induktive Ladungszeit für die Primärwicklung 176, um die gewünschte volle Stromspeicherung zu erreichen. Hierbei wirkt der Eingang aus dem elektromechanischen Generator 11 als Schalter für den Strom durch die Spule oder die Primärwicklung 176 zum Ein- und Ausschalten und setzt den Lade- und Entladevorgang des Speicher-Kondensators 192 fort, indessen mit entsprechend geringerer Spannung. Das Ausmaß, in welchem die Spannung an dem Kondensator und daher die Spannung an den Zündkerzen abfällt, wenn die Drehzahl über einen bestimmten Wert steigt, ist nicht niedriger, als bei einem üblichen Zündsystem, obgleich der volle Ausgang bei der Erfindung über einen größeren Drehzahlbereich aufrecht erhalten wird, als bei einer üblichen Unterbrecherzündung. Dieser Sachverhalt wird insofern, als günstig betrachtet, als die Brennkraftmaschine weniger Zündspannung bei höheren Dreh-

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zahlen und Temperaturen erfordert und als dieses Merkmal außerdem den Kraftverbrauch bei höheren Drehzahlen beschränkt. Es werden über den gesamten Drehzahlbereich sachgemäße zeitliche Verhältnisse aufrecht erhalten.

Die Abänderung des Kreises nach Fig. 2 wirkt in der gleichen Weise, wie der Stromkreis nach Fig. 1. Der Darlington-Transistor 238 ergibt eine größere Verstärkung zwischen den Transistoren 152 und 16H und erlaubt daher die Impedanz des Antriebskreises, dargestellt durch die Widerstände 160 und 162 über der Impedanz dieses Kreises, wie in Fig. 1 dargestellt, anzuheben, wodurch der innere Kraftverbrauch bedeutend gesenkt wird. Der Transistor kann daher ein kleinerer Signaltransistor werden, sodaß die Kosten der Hinzufügung des Darlington-Transistors lediglich diejenigen eines zusätzlichen kleinen Transistors sind. Es stellt dieses Verhältnfe zum erreichten Fortschritt eine vertretbare Kostenspanne dar.

Bei der beschriebenen Zündvorrichtung wird jeder Stromimpuls für die Zündung aus einem einzigen Stromstoß in der Primärwicklung 176 des Transformators 178 aus der eiktrischen Stromquelle oder Batterie 26 abgeleitet. Diese Stromladung wird auf einen konstanten Wert reguliert und zwar über einen großen Bereich \on Eingangsspannungen, d.h. EingangsSpannungen aus der elektrischen Stromquelle 26, die über einen großen Bereich veränderlich sein können. Bei kalten Anlaßvorgängen für die Brennkraftmaschine kann die

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EingangsSpannung auf 5 Volt absinken, sofern eine 12-Volt Batterie benutzt wird. Andererseits kann, nachdem das Fahrzeug längere Zeit in Betrieb ist und alle Teile, einschließlich der Batterie 26, die volle Betriebstemperatur erreicht haben, die Eingangsspannung der Batterie die höchste regulierte Spannung erreichen, die von der Wechselstrommaschine zugeführt ist, an die sie angeschlossen ist. Diese Spannung beträgt etwa 14 bis 15 Volt. Bei der vorliegenden Vorrichtung wird die Stromladung in der Primärwicklung 176 des Transformators 178 über weite Bereiche dieser Eingangsspannungen reguliert, um einen im wesentlichen konstanten Ladungswert zu erhalten, der an die Zündkerzen geliefert wird.

Dieses wird erreicht, indem der Strom durch die Spule oder Primärwicklung 176 unterbrochen wird, wenn die Spannung an dem Kondensator 134 eine bestimmte Höhe erreicht. Wenn diese Spannung an dem Kondensator 134 eine bestimmte Höhe erreicht, bricht die Zener-Diode 150 durch· und dadurch werden die Transistoren 120, 152 und l64 in den nicht leitenden Zustand versetzt, wodurch der Strom in der Primärwicklung 176 unterbrochen wird.

Dfe Ladung der Primärwicklung 176 wird reguliert, wenn der induk tive Spitzenladungsstrom in dem Augenblick auf einen konstanten Wert reguliert wird, wenn der Strom abgeschaltet wird. Nach dem Stand der Technik 1st es bekannt, diesen induktiven Strom als Qleichstrom zu verwendtn. Die vorliegende Erfindung simuliert dfeses, als ob es durch einen mit der Spule 176 in Reihe geschal-

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teten Musterwiderstand erreicht wäre, ohne einen solchen Widerstand zu benutzen. Dies geschieht durch die Verwendung des Kondensators 134 und eine Erläuterung der Auswahl sachgemäßer Werte kann besser anhand der Fig. 5 verstanden werden. Diese Figur zeigt den primären Kreis,, der aus der Batterie 26, einem Schalter 286, der Spule 176 und einem Widerstand 290 (R₁) besteht, der sämtliche Draht- und Wicklungswiderstände in Reihe geschaltet einschließlich der Spule 176 enthält. Beim Schließen des Schalters 286 der die Schaltung des Transistors 164 in den leitenden Zustand simuliert, baut sich der Strom durch die Spule I76 exponential folgendermaßen auf:

¹L ^s \ ( 1 - E

wobei / ₁ die LZR₁ - Zeitkonstante ist. Der gewünschte primäre Spitzenstrom Ij., wird in der Zeit T₁ erreicht.

Aufgelöst nach dieser Zeitspanne

T₁ --T₁ in ( 1 -I₁ Jl )·

Wenn während dieser gleichen Zeit die Eingangsspannung an einen ungeladenen Kondensator angelegt wäre, den Kondensator 13¹J, über einen Widerstand, die Widerstände 104 und IO6, so erscheint die

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Kondensatorspannung als ein gleiches Exponential.

worin γ 2 ^das RC-Zeitkonstantenprodukt ist. Der Kondensator lädt bis auf V in der gleichen Zeitspanne T₁.

= V ( 1 - E

Alsdann wiederum aufgelöst nach T.

₁ = -"K, in ( 1 -|S )

Da dieses die gleiche Zeit ist wie die Spule ladet

In ( 1 -

die Gleichung vereinfacht ergibt:

( 1 - I_T "I)⁷I./. Vc J 2

Da der Kondensator und sein ladender Widerstand willkührlich ausgewählt werden können, so kann man ihre Zeitkonstante wählen, damit sie der Zeitkonstante für die induktive Ladung gleich wird.

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7 1 ⁼T₂ ^oder I = ^R2^C·

Alsdann wird:

(1 - I- ^Rl ), = ( 1

oder: I₁. R«. = V„

Ij 1 C

woraus hervorgeht, daß die Spannungsaufladung an dem Kondensator dem Abfall gleich ist, der durch den induktiven Stromfluß über die gesamte Widerstandsreihe ( die nicht planmäßig sein kann) hervorgerufen wird. Ein Quellwertsucher, die Zener-Diode 150 parallel zum Kondensator, die so eingestellt ist, daß sie den induktiven Strom unterbricht, wenn V erreicht ist, reguliert wirksam die Ladung unabhängig von der Eingangsspannung (die sich in den Gleichungen aufhebt).

Die oben gemachte Beschränkung, daß dfe Zeitkonstanten gleich sind, ist nicht entscheidend, ausgenommen für theoretisch perfekte Regulierung. Es kann gezeigt werden, daß, sofern die Zeitkonstanten nicht gleich sind, die Eingangsspannung nicht mehr herausfällt soHfern bewirkt, daß der Strom sich mit der angelegten Spannung äEaert. Weiterhin kann ein positiver oder ein negativer Spannungskoefflsient erreicht werden, abhängig davon, ob R₂C ^ LZR₁ (positiv ) oder R₂ C <^ L/R^ (negativ).

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Praktische Erwägungen lassen vermuten, daß der Kondensator auf die Ladung Null wieder eingestellt wird oder auf irgendeine vernachlässigbare kleine Spannung, um wieder in die gleiche Stromhöhe zu gelangen. Auch im Falle von ungleichen Zeitkonstanten muß der Schwellwertsucher, die Zener-Diode 150 parallel zum Kondensator unter der niedrigsten Eingangsspannung liegen, die jemals auftritt, oder der Regulator funktioniert nibht.

Der Kreis nach Fig. 1 mit typischen Werten wie er dargestellt ist, arbeitet zwischen 5 und 20 oder mehr Volt sehr zufriedenstellend mit einem leicht negativen Spannungskoeffizienten des Stromes (einem niedrigen Strom bei hohen Eingängen oder höherem Strom bei einer niedrigeren Spannung als normal).

Stückliste

Kondensator 236 = 40 ufd 5Ov

Kondensator 98 = 0,005 ufd keramische Scheibe Kondensator 13^ = 1,0 ufd 35v Tantal Kondensator 210 = 0,05 ufd keramische Scheibe Kondensator 192 =1,0 ufd 600v metallisches Papier Diode 68 = IN4OO2

Diode 72, 86, 80 und 208 = IN4001 Diode 150 s MZ500-1 2,4v Zener Diode 186 = IN4OO5

Diode 270 = MR103¹»B

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• - 35 -

Transistoren 56, 100, Il6 und 120 = MPS6531 Transistor 152 = MIE371 Transistor 164 = MJ28O2 Widerstand.82 = 1500 ohm l/2w Widerstände 72, 106 und 112 = 8200 ohm l/2w evtl. 1OK Widerstand 76 = 12K ohm l/2w Widerstand 104 = 5000 ohm veränderlich Widerstand 142 = 1500 ohm l/2w Widerstand 164 = 270 ohm l/2w Widerstand 126 = 100 ohm 2w Widerstand 132 = 22 ohm l/2w Widerstand 160 = 10 ohm Hw Widerstand 162 = 27 ohm l/2w Widerstand 212 = 2200 ohm l/2w Widerstand 214 = 220 ohm l/2w Widerstand 220 = 600 ohm 5w gesteuerter Siliziumgleichrichter 200 = 2N4443 Thyristor

, Umformer 178 - Osborne Spezial No. 24573 E.I lamelliert,

primär 60 Windungen No. 18, sekundär Windungen No. 27 auf einem mittleren Schenkel von 3/4 χ 3/4

Zündspule 226 - Spezial Zündspulenwicklung primär

Windungen No. 21, sekundär 8000 bis 10000 Windungen No.

Für den angeschlossenen Darlington-Kreis nach Pig. 2 ändern sich die Teile in folgender Weise:

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Transistor 152 = MPS

Transistor 238 = MJE 521

Transistor 164= MJ28O2

Widerstände 124 und 126 = 470 ohm l/2w Widerstand 166 = 100 ohm 2w Widerstand l62 = 220 ohm l/2w

Der Durchbruchwert der Zener-Diode 150 kann wie angegeben unter der niedrigsten Eingangsspannung aus der Batterie 26 liegen und praktisch kann eine Zener-Diode verwendet werden, die eine Durchbruchspannung von 2,4 Volt besitzt. Dies ermöglicht auch, daß die Zeitladekurven der Spule 176 und des Kondensators 134 in dem linearen Bereich arbeiten, wodurch eine ausgezeichnete Steuerung des Ladestromes der Spule 176 auf im wesentlichen konstante Werte erreicht wird, ohne Rücksicht auf die Eingangsspannung aus der Batterie 26. Die Spannung an der Zener-Diode erreicht die Durchbruchspannung zur gleichen Zeit, wenn die gewünschte Stromhöhe in der Spule oder der Primärwicklung 176 des Transformators 178 erreicht ist. Dadurch wird eine konstante Ladung oder Spannung an dem Kondensator 192 erreicht, sowie ein konstanter Spannungsausgang aus der Sekundärwicklung 232 der Zündspule 226, die an die Zündkerzen 24 gelegt ist und zwar über weite Bereiche der Eingangsspannung.

Die Vorrichtung nach der Erfindung simuliert also die induktive Ladefunktion des Stromes in der Spule oder der Primärwicklung

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176 des Transformators 178 mit einer kapazitiven Spannung in dem Kondensator 13^, wodurch die Notwendigkeit für einen Abtastwiderstand in dem Reihenkreis mit der Primärwicklung 176 des Transformators 178 in Wegfall kommt. Außerdem bleibt das Signal oder die Ladung des Kondensators 134 bestehen und geht nicht verloren, sobald der Strom durch die Primärwicklung 176 durch Schaltung des Transistors 164 in den nicht leitenden Zustand unterbrochen ist. Im Gegenteil, diese Spannung bleibt in dem Kondensator 13^ gespeichert, bis der Transistor 100 in den leitenden Zustand geschaltet ist und zwar durch das Eingangssignal aus dem elektrischen Stromerzeuger 11 und hieraus ergibt sich der sehr entscheidende Vorteil, daß das Signal vorhanden ist, um in dem System Stabilität über die gewünschte Betriebszeit aufrecht zu erhalten.

Die Einrichtung hat einen sehr bedeutenden Vorteil insofern, als der Strom in der Spule oder Primärwicklung 176 des Transformators 178 auf den Kondensator 192 übertragen wird, sobald der Strom in der Wicklung I76 abgeschnitten ist. Die zeitlichen Verhältnisse dieser Stromabschaltung sind insofern unbedeutend, als der Strom unmittelbar auf den Kondensator 192 übertragen wird, um die Entladung über die Primärwicklung 224 der Zündspule zur geeigneten Zeit zu erwarten, die durch das Eingangssignal aus dem elektrischen Stromerzeuger 11 bestimmt wird.

Die vorliegende Erfindung beseitigt auch Schwierigkeiten, die bei früheren kapazitiven Entladungssystemen vorhanden waren. Bei

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-■38

manchen früheren Systemen wurde der Primärkreis durch einen Einschaltstoß während der Entladung des Kondensators, d.h. der Zündzeit vorzeitig abgeschaltet, wodurch verhindert wurde, daß die nächste Stromaufladung in die Primärwicklung 176 des Transformators 178 gespeichert wurde. Die vorliegende Erfindung beseitigt dieses Problem durch direkte Koppelung und die wirksame Unterdrückung des Einschaltstoßes, die durch Integrierung der Aufladung über den Kondensator 13^ erreicht ist. Weiterhin gpLangt das Abschaltsignal aus dem elektromechanischen Stromerzeuger 11 in den Primärkreis über den Eingang des Schmitt-Trigger-Kreises des Transistors 100 und 116, wodurch selbst ein langsam sich änderndes Signal ermöglicht wird, um eine wirksame Schaltung des Primärkreiees in den abgeschalteten Zustand sehr rasch zu ermöglichen. Hierdurch werden SchaltVerluste in dem Leistungstransistor so klein wie möglich gehalten. Zusätzlich wird eine Stabilität erreicht, indem das Abschaltsignal aufrecht erhalten wird, d.h. die Spannung an dem Kondensator 134 während des Abschaltvorganges, während der Speicherkondensator 192 geladen wird.

Die vorliegende Erfindung ergibt also ein sehr betriebssicheres, stabiles und einfaches elektronisches Zündsystem mit kapazitiver Entladung. Die Erfindung schafft auch eine im wesentlichen kontante Aufladung für den Speicherkondensator über weite Bereiche der zugeführten Spannungen und über weite Bereiche der Maschinendrehzahlen.

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Claims

- 39 Ansprüche

1./Zündvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit Zündkerzen, einer Gleichstrombatterie, die in Reihe mit einer Spule liegt, welche auf eine bestimmte Stromhöhe aufladbar ist, um eine bestimmte elektrische Ladung an die Zündkerzen abzugeben, sowie einer Einrichtung zur Unterbrechung des elektrischen Stromes in der Spule, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Batterie ein Kondensator (13¹I! verbunden ist, mit dem eine Einrichtung (150) zur Beschränkung seiner Spannung auf einen bestimmten Wert gekoppelt ist, der niedriger ist, als die Spannung der Gleichstrombatterie, sowie eine Einrichtung, durch die der Kondensator (13**) auf den bestimmten Spannungswert gleichzeitig aufgeladen wird, wenn der Strom in der Spule (176) seinen bestimmten Wert erreicht, und daß die Spule (176) mit einer Einrichtung gekoppelt ist, durch die die Spannung des Kondensators (13*0 begrenzt und der Strom durch die Spule (176) unterbrochen wird, wenn die begrenzte Spannung in dem Kondensator (13*1) erreicht ist.

2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine kapazitive Speicher- und übertragungsvorrichtung (192) mit der Spule (176) gekoppelt ist und die elektrische Ladung der Spule (176) auf die kapazitive Speichervorrichtung (192) übertragen wird, wenn der Strom durch die Spule unterbrochen wird.

3. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 und 2 mit einer Zündspule mit

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Primär- und Sekundärwicklung, gekennzeichnet durch eine Feststoffschartvorrichtung (200) die mit der kapazitiven Speichervorrichtung (192) und der Primärwicklung (224) der Zündspule (226) in Reihe liegt und eine Steuerelektrode (206) aufweist, die über eine von der Brennkraftmaschine betätigte Einrichtung (11) ein zeitlich der Aufladung der Zündkerzen (24) entsprechendes Steuersignal erhält, welches den Peststoffschalter (200) leitend macht, wodurch die Ladung der kapazitiven Speichervorrichtung (192) über die Primärwicklung (224) der Zündspule (226) entladen wird.

4. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Kondensator (192) und der Stromquelle (26) verbundene Einrichtung vorgesehen ist, durch die verhindert wird, daß die Aufladung des Kondensators (192) auf die bestimmte Spannungshöhe beginnt und daß mit der Einrichtung eine mit der Brennkraftmaschine gekoppelte Einrichtung (11) vorgesehen ist, die den Beginn der Aufladung des Kondensators (192) gleichzeitig mit der Abgabe des Signals der mit der Brennkraftmaschine gekoppelten Einrichtung (11) an die Steuerelektrode (206) des Peststoffschalters (200) erfolgen lässt.

5. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4_S dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung der Steuerelektrode (206) des Peststoffschalters (200) für die Zündspule (226) sowie die Einrichtung zur Unterbrechung des Stromes durch die Spule (176) aus elektronischen Stromkreisen bestehen.

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6. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen elektrischen Stromerzeuger (11) aufweist, dessen Ausgangswicklung (12) mit dem elektronischen Kreis verbunden ist und der eine Einrichtung zur periodischen Spannungsänderung enthält, die größer ist, als eine bestimmte Spannungshöhe bei gegebener Zeit in der Periode, wobei die Zeit zur Aufladung der kapazitiven Vorrichtung (192) auf eine bestimmte Spannungshöhe geringer ist, als die gegebene Zeit bei Maschinenbeschleunigungen in höhere-Drehzahlbereiche, wodurch die an die kapazitive Speichervorrichtung (192) und die Zündkerzen (24) angelegten Spannungen bei Drehzahlen bis zu einer gewissen Höhe konstant sind.

7. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Unterbrechung des Stromes durch die Spule (176) aus einem Transistor (164) besteht, dessen Anschlüsse mit der Spule (I76) und einem Eingangskreis gekoppelt sind, der mit der kapazitiven Einrichtung (192) gekoppelt ist, wobei der Reihenkreis der Spule (176) und der Anschlüsse (I68, 172) des Transistors (164) an die Stromquelle angeschossen 1st.

8. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein normalerweise leitender Transistor (100) mit einem an den Kondensator angeschlossenen Ausgangskreis vorgesehen ist, der mit dem elektrischen Stromerzeuger (11) gekoppelt ist und in den nicht leitenden Zustand geschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung des Stromerzeugers (11) die bestimmte Höhe erreicht, durch die

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der Kondensator (134) sich aufzuladen beginnt, daß ferner eine Zener-Diode (150) mit dem Kondensator (134) gekoppelt und in einer Richtung gepolt ist, durch die ein Stromfluß verhindert wird* wenn der Kondensator (134) aufgeladen wird, wobei die Zener-Diode (150) eine umgekehrte Durchbruchspannung besitzt, die der bestimmten Spannungshöhe des Kondensators (134) gleich ist und außerdem mit dem Ausgang des Transistors (100) und in dem Eingangskreis des zweiten Transistors (116) in einer Richtung gekoppelt ist, daß dieser in leitenden Zustand gelangt, wenn die Zener-Diode durchbricht und Strom durchlässt und daß mit dem Ausgangskreis des zweiten Transistors (116) und dem Eingangskreis des ersten Transistors (100) eine Einrichtung gekoppelt ist, die mit der Spule (176) in Reihe liegt, um den letzteren Transistor (100) in den nicht leitenden Zustand zu schalten, wenn der aeite Transistor (116) in den leitenden Zustand geschaltetist.

9. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (116), dessen Ausgangskreis mit der kapazitiven Einrichtung (134) verbunden ist, in den leitenden Zustand geschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung des StromerzeugeFS (11) unter die bestimmte Höhe abfällt, wodurch ein Entladungsweg für den Kondensator entsteht, durch den die bestimmte Spannung an der kapazitiven Einrichtung (134) für eine Zeitspanne nach Unterbrechung des Stromes durch die Spule (176) aufrecht erhalten wird.

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10. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung, die mit dem Ausgangskreis des zweiten Transistors (116) und dem Eingangskreis des mit der Spule (176) in Reihe liegenden -Transistors (164) verbunden ist, eine Einrichtung enthält, die mit der Steuerelektrode (206) des Feststoffschalters (200) verbunden ist, sowie eine Einrichtung, die mit beiden Transistoren (116, l64) verbunden ist, um den zweiten Transistor (116) in nicht leitenden Zustand zu schalten, wenn der erste Transistor (100) in den nicht leitenden Zustand geschaltet ist und die Spannung des Stromerzeugers (11) in eine bestimmte Höhe gelangt, wobei die Einrichtung, die mit dem Eingangskreis des mit der Spule (176) in Reihe liegenden Transistors (164) verbunden ist und der Ausgangskreis des zweiten Transistors (116) ein Steuersignal an den Peststoffschalter (200) legen, wenn der mit der Spule (176) in Reihe liegende Transistor (164) in leitenden Zustand geschaltet ist.

11. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Steuerelektrode (206) des Peststoffschalters verbundene Einrichtung und der Eingangskreis des mit der Spule (176) in Reihe liegenden Transistors einen Kondensator (210) und eine Diode (208) in Reihe geschaltet enthält, wobei der Kondensator (210) mit der Steuerelektrode (206) und die Diode (208) mit dem Eingangskreis des mit der Spule (176) in Reihe liegenden Transistors (164) verbunden ist und die Diode so gepolt ist, daß ein positiver Impuls zum Kondensator (210) und der Steuer-

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elektrode (206) ermöglicht ist und verhindert wird, daß sich der Kondensator (210) in den Eingangskreis des mit der Spule (176) in Reihe liegenden Transistors (164) entladen kann.

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