DE19748051A1

DE19748051A1 - Zündanlage für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19748051A1
Application number: DE1997148051
Authority: DE
Inventors: Roland Schubert
Original assignee: SCHUBERT MARIO 09125 CHEMNITZ DE
Current assignee: SCHUBERT MARIO 09125 CHEMNITZ DE
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-05-06

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Verbrennungsmotoren unter Anwendung einer Zündspule und einer Steuereinrichtung.

Bei bekannten Zündanlagen für Verbrennungsmotoren erfolgt beim Anlassen des Fahrzeuges zuerst das Aktivieren des Anlassers und der Motor wird in Bewegung versetzt. Durch ein Signal des Zündwinkelimpulsgebers wird der Zündfunke ausgelöst und das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet. Dies geschieht je nach Einstellung des Motors, wenn sich der Kolben kurz unter dem oberen Totpunkt befindet. Dazu wird mit der Zündspule die Bordspannung von 12 Volt auf ca. 30.000 Volt bis 40.000 Volt umgesetzt.

Nachteil der bekannten Lösungen ist, daß zuerst mit dem Anlasser die Drehbewegung des Motors herbeigeführt werden muß, wobei eine entsprechende Leistung der Batterie erforderlich ist.

Nachteilig ist weiterhin der materialintensive Aufbau der Zündspulen, da ein relativ großes Wicklungsverhältnis von Primär- zu Sekundärspannung erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zündanlage für Verbrennungsmotoren zu entwickeln, die es gestattet, das Anlassen des Motors ohne Verwendung eines Anlasser zu gewährleisten, somit die Größe der Batterie zu verringern und eine materialsparende (kupfersparende) Ausführung der Zündspulen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß unter Anwendung einer Zündspule und eines Zündimpulsgebers mit den kenn zeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs und den weiteren Merkmalen in dessen Unteransprüchen gelöst. Erfindungsgemäß erfolgt dabei beim Abstellen des Motors durch eine entsprechende Steuerung eine nochmalige aus reichende Füllung der jeweiligen Zylinder mit Kraftstoff- Luft-Gemisch. Sofort beim Einschalten der Zündanlage wird nun ein Zündimpuls und somit ein Zündfunke hoher Energiedichte auf die kurz vor oder im oberen Totpunkt befindlichen Zylinder abgegeben. Dadurch wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im jeweiligen Zylinder gezündet und der Motor ohne Verwendung eines Anlassers in Rotation versetzt. Die nachfolgenden Zylinder, je nach Anzahl, unterstützen die beginnende Rotationsbewegung des Motors und führen somit zum selbsttätigen Lauf. Zur Erzeugung des Zündfunkens hoher Energie wird aus der Bordnetzspannung in Höhe von 12 Volt über einen Transverter eine hohe Spannung erzeugt, die beispielsweise einen Kondensator auflädt. Dies entspricht dem bekannten Prinzip einer Thyristor- Zündanlage. Der Kondensator gibt über einen Zündimpulsgeber einen hohen Energiegehalt auf eine spezielle Zündspule ab, wobei der Energiegehalt des Zündfunkens der Zündspule im wesentlichen von der Ladespannung und der Dimensionierung des Kondensators bestimmt wird. Da die über den Transverter und den Kondensator der Zündspule zur Verfügung gestellte Primärspannung in der Größenordnung von mehreren Hundert Volt liegt, wird ein geringeres Wicklungsverhältnis zwischen der Primärspannung zur Sekundärspannung als bei herkömmlichen Zündspulen benötigt. Somit kann die Anzahl der Wicklungen im Primärteil der Zündspule entschieden verringert werden. Durch eine einander gegenüberliegende Anordnung von Primär- und Sekundärwicklung kann der Aufbau der Zündspulen weiter vereinfacht werden. Die Zündspule kann dann beispielsweise in ihrer Konstruktion in etwa dem Aufbau eines Fernseh-Zeilentranformators entsprechen. Es ist somit möglich, sehr preiswerte Kerne des Zeilen transformators zu verwenden und mit den entsprechenden Wicklungen zu versehen. Die Primär- und Sekundärwicklungen der Zündspule können beispielsweise auf einem Kern im U/I- Schnitt, im U/U-Schnitt oder im L/L-Schnitt angeordnet sein. Durch die Erzeugung eines Doppelfunkens kann die Zuverlässigkeit der Zündanlage verbessert werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, jedem Zylinder eine Zündspule zuzuord nen. Neben den bekannten Zündimpulsgebern in Form von Zündwinkelimpulsgebern können auch Hall-Generatoren, Opto koppler, induktive Impulsgeber oder Initiatoren Anwendung finden.

Mit dem neuartigen Zündsystem erübrigt sich erstmalig der Anlasser, womit sich folgende Vorteile ergeben:

- Material- Gewichts- und Kostenersparnis durch wegfallen des Anlassers,
- das Anlasserkabel entfällt,
- es kann eine kleinere Starterbatterie gewählt werden,
- Reduzierung der Baugruppen,
- Verbesserung das Leistungsgewichts des Fahrzeuges,
- kleinere und preiswertere Zündspulen,
- Reduzierung des Kupferanteils auf ca. 30% gegenüber herkömmlicher Zündspulen.

Mit der Erfindung wird insgesamt eine elegante und revolutionäre Lösung eines Zündsystems geschaffen das Gewichts-, Material- und Kostenersparnisse in Größen ordnungen ermöglicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs beispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Grundaufbau des neuartigen Zündsystems mit Hochspannungsverteiler

Fig. 2 Zündsystem, wobei jedem Zylinder eine Zündspule zugeordnet ist

Fig. 3 Varianten der Kerngestaltung für die neuartige Zündspule.

In Fig. 1 ist die Prinzipschaltung einer neuartigen Zündanlage in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Über die Batterie 1 wird die Bordnetzspannung bereit gestellt. Zwischen der Thyristorschaltung 2 und der Batterie 1 befindet sich das Zündschloß 3. Die Thyristorschaltung 2 ist mit einer Zündspule 4 gekoppelt Nach der Zündspule ist ein Hochspannungsverteiler 7 vorgesehen, der den Zündfunke bei der entsprechenden Zündkerze Z auslöst.

Weiterhin werden durch eine Steuereinheit 5 die entsprechenden Signale zum Erzeugen der Zündimpulse an die Thyristorschaltung 2 gegeben. Die Steuereinheit 5 muß dabei der Digitalen Motorelektronik DME zugeordnet sein. Ein Impulsgeber 6 löst bei entsprechender Stellung der Zylinder den Zündfunken der Zündkerze Z aus. Der Zündimpulsgeber 6 ist direkt oder über die Digitale Motorelektronik DNE mit der Steuereinheit 5 gekoppelt. Die Thyristorschaltung 2 besteht im wesentlichen aus einem Transverter, der aus der Bordnetzspannung von z. B. 12 Volt eine hohe Gleichspannung in der Größenordnung von mehreren Hundert Volt (z. B. 400 Volt) erzeugt, wobei diese Spannung einen Energiespeicher, z. B. einen Kondensator auflädt. Gibt die Steuereinheit 5 einen entsprechenden Impuls z. B. über einen Zündwinkelimpulsgeber, einen Hall Generator, einen Opto koppler, einen induktiven Impulsgeber oder einen Initiator, an die DME, die Steuereinheit oder direkt an die Thyristorschaltung selbst, so gibt der Kondensator der Thyristorschaltung 2 seinen Energieinhalt auf die spezielle Zündspule 4 ab. Der Energieinhalt des Zündfunkens wird dabei im Wesentlichen von der Ladespannung und der Dimensionierung des Kondensators bestimmt. Bei einer entsprechenden Bemessung wird auch an einer z. B. verölten Zündkerze ein ausreichender Zündfunke erzeugt.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit kann die Steuereinheit 2 auch so ausgebildet sein, daß eine Doppelentladung des Kondensators erfolgt, womit gleich zwei Zündfunken kurz hintereinander zur Verfügung stehen. Das Kraftstoff-Luft- Gemisch wird dadurch optimal verbrannt.

Als Vorteile wären dabei zu nennen:

- Erhöhung der Leistung des Motors,
- Reduzierung des Kraftstoffbedarfs,
- Reduzierung der Schadstoffwerte,
- geringere Belastung des Katalysators.

Neben der beschriebenen Ausführungsvariante besteht auch die Möglichkeit, jedem Zylinder eine Zündspule 4 zuzuordnen. Auf den Hochspannungsverteiler 7 kann in diesem Fall verzichtet werden. In der Fig. 2 ist dargestellt, daß dann jede der Zündspulen 4 sowohl mit der Thyristorschaltung 2 als auch mit der Zündkerze Z des jeweiligen Zylinders verbunden ist. Die Anzahl der Zündspulen 4 entspricht somit der Anzahl der Zylinder des Motors.

Die Zündspule 4 des neuartigen Zündsystems kann dabei erfindungsgemäß in etwa dem Aufbau eines Fernseh- Zeilentrafos entsprechen. Gemäß Fig. 3 sind die Primärwicklung P und die Sekundärwicklung S einander gegenüberliegend angeordnet. Der Schnitt des Kerns ist kann dabei entsprechend der Darstellung a) U/I-förmig, der Darstellung b) U/U-förmig und gemäß Darstellung c) L/L-förmig ausgebildet sein. Diese Ausführungsvarianten sind gegenüber herkömmlicher Zündspulen für Kraftfahrzeuge wesentlich kostengünstiger herstellbar. Durch die über die Thyristorschaltung 2 zur Verfügung gestellte hohe Primärspannung (z. B. ca. 400 Volt) wird im Primärteil der Zündspule ein entschieden geringerer Wicklungsaufwand als bei bekannten Zündspulen benötigt, um im Sekundärteil die erforderliche hohe Zündspannung zu erzeugen. Die Zündspannungen liegen dabei im Bereich von 40.000 Volt bis 100.000 Volt, können aber auch noch größer sein. Die neuartige konstruktive Gestaltung der Zündspulen verhindert weitestgehendst Hochspannungsdurchschläge zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung. Von besonderer Bedeutung ist, daß sich der Kupferanteil auf ca. ein Drittel gegenüber herkömmlichen Zündspulen verringert. Weiterhin ist es möglich, durch den geringeren Strombedarf, die Batterien kleiner auszulegen.

Voraussetzung für ein zuverlässiges Starten des Motors ohne Anlasser ist, daß für eine ausreichende Füllung der jeweiligen Zylinder mit Kraftstoff-Luft-Gemisch gesorgt wird. Dazu ist es erforderlich, bereits beim Abstellen des Motors z. B. durch einen entsprechenden Impuls der Digitalen Motorelektronik DME noch einmal Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Zylinder in ausreichender Menge einzuspritzen. Nur durch genügende Anreicherung der Zylinder mit Kraftstoff- Luft-Gemisch wird gewährleistet, daß durch die sofort beim Einschalten der Zündung hervorgerufenen Zündimpulse auf den bzw. die Zylinder, deren Kolben sich kurz vor oder im oberen Totpunkt befinden, eine Zündung des Kraftstoff-Luft- Gemisches erfolgt und der Motor zum Laufen kommt. Nutzt man dabei das bereits vorgenannt beschriebene Prinzip des Doppelzündfunkens, so erhöht sich die Betriebssicherheit wesentlich.

Zur weiteren Verbesserung der Betriebssicherheit kann es auch vorteilhaft sein, gem. Fig. 2 jedem Zylinder eine gesonderte Zündspule (4) zuzuordnen, die bei einem entsprechenden Zündimpuls der Thyristorschaltung einer Zündspannung an die Zündkerze weitergibt. Damit ist eine optimale Einstellung des Motors möglich, wodurch wiederum der Benzinverbrauch verringert bzw. die Leistung erhöht werden kann.

Aus Sicherheitsgründen wäre es empfehlenswert, wenn sich die Zündung nur in der Leerlaufstellung des Getriebes einschalten läßt, so daß eine unbeabsichtigte Fahrzeugbewegung beim Starten des Motors verhindert wird.

Claims

1. Zündanlage für Verbrennungsmotoren unter Anwendung einer Zündspule, eines Zündimpulsgebers und einer Steuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abstellen des Motors eine ausreichende Füllung der jeweiligen Zylinder mit Kraftstoff-Luft-Gemisch erfolgt, und daß sofort beim Einschalten der Zündanlage ein Zündimpuls und somit ein Zündfunke hoher Energiedichte auf die kurz vor oder im oberen Totpunkt befindlichen Zylinder abgegeben wird, wodurch das Kraftstoff-Luft- Gemisch im jeweiligen Zylinder gezündet und der Motor ohne Verwendung eines Anlassers in Rotation versetzt wird.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen eines Zündfunkens hoher Energie aus der Bordnetzspannung in Höhe von 12 Volt über eine Thyristorschaltung (2) in der Art eines Transverters und eines Energiespeichers, mit dem Transverter eine hohe Spannung erzeugt wird, die den Energiespeicher auflädt, der über einen Zündimpulsgeber seinen Energiegehalt auf eine spezielle Zündspule (4) abgibt.

3. Zündanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Energiespeicher als Kondensator ausgebildet ist, wobei der Energiegehalt des Zündfunkens der Zündspule (4) im wesentlichen von der Ladespannung und der Dimensionierung des Kondensators bestimmt wird.

4. Zündanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die über die Thyristorschaltung (2) der Zündspule (3) zur Verfügung gestellte Primärspannung in der Größenordnung von mehreren Hundert Volt liegt.

5. Zündanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß durch die Erzeugung der hohen Primär spannung der Zündspule (4) mittels der Thyristorschaltung (2) ein geringeres Verhältnis der Primärspannung zur Sekundärspannung benötigt wird und somit im Primärteil (P) der Zündspule (4) ein entschieden geringerer Wicklungsaufwand als bei bekannten Zündspulen benötigt wird.

6. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und Sekundärwicklung (P, S) der Zündspule (4) einander gegenüberliegend angeordnet sind.

7. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspule (4) in ihrer Konstruktion in etwa dem Aufbau eines Fernseh- Zeilentransformators entspricht.

8. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und Sekundärwicklungen der Zündspule (4) auf einem Kern im U/I-Schnitt oder im U/U-Schnitt oder im L/L-Schnitt angeordnet sind.

9. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewährleistung einer zuver lässigen Zündung ein Doppelfunke erzeugt wird.

10. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewährleistung einer zuver lässigen Zündung jedem Zylinder eine Zündspule (4) zugeordnet ist.

11. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündimpulsgeber Hall-Generatoren, Optokoppler, induktive Impulsgeber oder Initiatoren Anwendung finden.