DE19838051A1 - Elektronische Schaltung zur Pulserzeugung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Erzeugung von Strom-/Spannungsimpulsen, insbesondere zur Erzeugung von Zündfunken bei Verbrennungsmotoren, mit einer Energiequelle (1), insbesondere einer Gleichspannungsquelle, einem an den Polen (2, 3) der Energiequelle (1), insbesondere in einem Abstand angeschlossenen Lade-Energiespeicher (4), insbesondere einem ersten Kondensator (4), mindestens einem ansteuerbaren Schaltelement (5) und wenigstens einer mit den erzeugten Pulsen betriebene Vorrichtung (6), wobei die Schaltung mindestens einen weiteren Energiespeicher (7), insbesondere einen zweiten Kondensator (7), aufweist, der mit wenigstens einem Schaltelement (5), insbesondere einem ansteuerbaren Schaltelement (5) und mit der pulsbetriebenen Vorrichtung (6) in Reihe liegt und dadurch mit den Polen (2, 3) des Lade-Energiespeichers (4) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Erzeugung von Strom-/Spannungspulsen mit einer Energiequelle, einem an den Polen der Energiequelle angeschlossenen Lade-Energiespeicher, insbesondere einem ersten Kondensator, mindestens einem ansteuerbaren Schaltelement und wenigstens einer mit den erzeugten Pulsen betriebene Vorrichtung.

Derartige Schaltungen werden insbesondere für die Erzeugung von Pulsen eingesetzt, die zur Generierung von Zündfunken dienen, um z. B. bei einem Verbrennungsmotor ein Gasgemisch zu zünden.

Eine andere Anwendung liegt z. B. darin, ein Pulsbetrieb von Laserdioden zu ermöglichen oder Reluktanzmotoren anzusteuern. Allgemein kann eine solche Schaltung immer dann eingesetzt werden, wenn eine Vorrichtung mittels Strom oder Spannungspulsen betrieben werden soll.

Insbesondere für die Erzeugung von Zündfunken ist es allgemein bekannt einen Energiespeicherkondensator beispielsweise pulsierend aufzuladen und im Anschluß an den Ladevorgang die angesammelte Ladung über ein ansteuerbares Schaltelement, wie z. B. einen Thyristor über die Primärwicklung eines Transformators kurzzuschließen. Der durch diesen Kurzschluß erzeugte Strom-/Spannungspuls wird in dem Transformator bis in den Kilovoltbereich hochtransformiert, so daß an der Sekundärspule des Transformators eine Spannung abgegriffen werden kann, die es ermöglicht, in einer Lichtbogenstrecke z. B. einer Zündkerze einen Funken überspringen zu lassen. Dieser Funke dient sodann zur Zündung des Gasgemisches im Brennraum eines Motors.

Schaltungen, die nach dem beschriebenen Prinzip der impulsartigen Entladung eines Kondensators funktionieren, sind z. B. aus der US 5 245 965 und EP 0 378 714 bekannt.

Diese Schaltungen haben allesamt den Nachteil, daß die Aufladezeit des Energiespeicherkondensators gegenüber der Endladezeit relativ lang ist. Dies bedeutet, daß bei der Anforderung, mit jedem Zündimpuls eine maximale Zündenergie zur Verfügung stellen zu können, die zu erreichende Impulsfolge nach oben hin begrenzt ist.

Beispielsweise bei einem 6-Zylinder Automotor werden bei bis zu 6000 U/min 300 Zündimpulse pro Sekunde benötigt. Das heißt alle 3,3 msec muß ein Zündfunke erzeugt werden. Für die kurzen somit benötigten Aufladezeiten der Energie­ speicherkondensatoren, die etwa zwischen 1 und 1,5 msec liegen, werden Energiequellen benötigt, die einen sehr geringen Innenwiderstand aufweisen und in Verbindung mit der Schaltung eine große Leistung zur Verfügung stellen müssen.

Nachteilig ist bei den bekannten Zündanlagen weiterhin, daß aufgrund der Erzeugung des Zündfunkens im Entladevorgang des Energiespeicherkondensators nach der Funkenbildung dem entstandenen Lichtbogen keine weitere Energie mehr zugeführt werden kann, so daß die Funkenstandzeit üblicherweise nur etwa 100-300 µsec beträgt. Besonders im Teillastbetrieb eines Verbrennungsmotors kann dies u. a. zu einer unvollständigen Verbrennung und einem erhöhten Schadstoffausstoß führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische Schaltung zur Erzeugung von Strom-/Spannungspulsen zur Verfügung zu stellen, bei der nach der Pulserzeugung in die mit der Schaltung betriebene Vorrichtung weiterhin Energie nachgeführt werden kann, so daß zum Beispiel bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung in einer Zündanlage, nach der Bildung des Zündfunkens in den bestehenden Lichtbogen weiterhin Energie zugeführt werden kann, so daß auch bei unterschiedlichsten Verbrennungsbedingungen, zum Beispiel bei Start- oder Volllastbedingungen, eine saubere und schadstoffarme Verbrennung stattfinden kann. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung auch bei maximalem Energieentzug eine gegenüber herkömmlichen Schaltungen erhöhte Pulsfrequenz zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektronische Schaltung neben dem an die Energiequelle angeschlossenen Lade-Energiespeicher, der insbesondere von einem ersten Kondensator gebildet wird, mindestens ein weiterer Energiespeicher, insbesondere ein zweiter Kondensator vorgesehen ist, der mit wenigstens einem Schaltelement, insbesondere einem ansteuerbaren Schaltelement und mit der pulsbetriebenen Vorrichtung in Reihe liegt und dadurch mit den Polen des Lade-Ener­ giespeichers verbunden ist.

Durch eine derartige Schaltung ist es möglich, daß die Pulse nach Ansteuerung des Schaltelementes dadurch erzeugt werden, daß die elektrische Ladung von dem Lade-Energiespeicher, also insbesondere dem ersten Kondensator durch die angeschlossene Vorrichtung hindurch auf einen weiteren Energiespeicher, z. B. einen zweiten Kondensator übertragen wird.

Die auf den weiteren Energiespeicher übertragene elektrische Ladung kann nach der ersten Impulserzeugung entweder dazu verwendet werden, im Anschluß einen weiteren Puls zu erzeugen oder aber weiterhin in die pulsbetriebene Vorrichtung Energie in Form von Gleichstrom- oder Wechselstromenergie nachzuführen.

Insbesondere bei der Verwendung der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung in einer Zündanlage eines Verbrennungsmotors ist dadurch die Möglichkeit gegeben in den gezündeten Lichtbogen weiter Energie nachzuführen oder aber einen nächsten Funken zu zünden. Hierdurch ist zum einen die Funkenstandzeit regulierbar oder aber auch die maximale Drehzahl des Motors nach oben hin erweiterbar, da ein Zündfunken sowohl beim Laden als auch beim Entladen des weiteren Energiespeichers erzeugt werden kann und nicht erst ein kompletter Lade-/entladezyklus bis zum nächsten Zündfunken abgewartet werden muß.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schaltung sowohl einen Stromkreislauf zum Laden als auch einen Stromkreislauf zum Endladen eines jeden weiteren Energiespeichers aufweist, die insbesondere zueinander verschieden sind. Hierbei sollte jeder der weiteren Energiespeicher in einem Stromkreislaufabschnitt angeordnet sein, der sich in beiden Stromkreisläufen befindet. Ist desweiteren ebenfalls auch die pulsbetriebene Vorrichtung in einem Stromkreislaufabschnitt angeordnet, der sich sowohl im Lade- als auch im Entladekreislauf befindet, so kann die pulsbetriebene Vorrichtung, wie oben erwähnt, besonders einfach sowohl beim Lade- als auch beim Entladevorgang eines der weiteren Energiespeicher impulsartig von der übertragenen Ladung durchflossen und dementsprechend angesteuert werden.

Besonders vorteilhaft wirkt es sich bei der beschriebenen Anordnung aus, wenn sowohl beim Laden als auch beim Entladen eines der weiteren Energiespeicher oder mehrerer Energiespeicher die pulsbetriebene Vorrichtung in der gleichen Richtung von der elektrischen Ladung impulsartig durchflossen wird.

Hierdurch ist gewährleistet, daß die Polarität an der pulsbetriebenen Vorrichtung, sowohl beim Lade- als auch beim Entladevorgang gleich bleibt.

Alternativ ist es auch möglich, daß sich eine erste pulsbetriebene Vorrichtung im Ladekreislauf und eine zweite pulsbetriebene Vorrichtung im Entladekreislauf befindet. Somit ist bei einer derartigen Anordnung die Möglichkeit gegeben, beim Laden und Entladen eines oder mehrerer weiterer Energiespeicher verschiedene pulsbetriebene Vorrichtungen anzusteuern. Beispielsweise ist es denkbar, in diesem Fall nacheinander verschiedene stromdurchflutete Wicklungen eines Reluktanzmotor anzusteuern. Selbstverständlich können im Lade- und Entladekreislauf auch jeweils mehrere Vorrichtung angeordnet sein.

Ebenfalls ist es denkbar beim Ladezyklus des weiteren Energiespeichers eine erste Zündkerze zu zünden und beim Entladezyklus desselben Energiespeichers eine weitere Zündkerze zu zünden. In einer anderen Anwendung können alternierend verschiedene Laserdioden impulsartig angesteuert werden, so daß z. B. in einem Laserdiodenarray die Wiederholfrequenz einer einzelnen Laserdiode herabgesetzt werden kann, was sich positiv auf die Lebensdauer der Diode, bzw. allgemein pulsbetriebener Vorrichtungen auswirkt.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn Lade- und Entladestromkreislauf jeweils wenigstens ein, vorzugsweise zwei Schaltelemente aufweisen und diese insbesondere ansteuerbar sind. Mittels der ansteuerbaren Schaltelemente ist es sodann möglich, zwischen impulsartigem Laden und Entladen der weiteren Energiespeicher umzuschalten. Die Ansteuerung kann z. B. programierbar sein und insbesondere von einer Motorelektronik übernommen werden.

Wenn hierbei sowohl beim Laden als auch beim Entladen des Energiespeichers die pulsbetriebene Vorrichtung immer in gleicher Richtung stromdurchflossen ist, kann mit gleichbleibender Polarität Energie in die pulsbetriebene Vorrichtung nachgeliefert werden.

Die Menge der in einem Umschaltzyklus in die pulsbetriebene Vorrichtung nachgeführten Energie kann mittels der erfindungsgemäßen Schaltung variabel gehalten werden. Dies ist dadurch möglich, daß zwischen Laden und Entladen des Energiespeichers vor Erreichen der Lade- bzw. der Entladegrenze umgeschaltet wird. Je nachdem, wie weit die in dem Energiespeicher befindliche Ladung sich der Lade- bzw. Entladegrenze nähert, kann die zugeführte Energie abgestimmt werden. Die Energiemenge ergibt sich sodann maßgeblich durch die Differenz der zu den Umschaltzeitpunkten an dem Energiespeicher anliegenden Spannung.

Eine maximale Energiezufuhr ergibt sich hierbei, wenn die Lade- bzw. Entladegrenzen im Umschaltzeitpunkt erreicht werden.

Bezogen auf die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung bei der Zündung eines Verbrennungsmotor bedeutet dies, daß zunächst mit einem Hochspannungszündpuls der Lichtbogen gezündet wird und sodann bei bestehendem Lichtbogen mittels der wechselweisen Umschaltung zwischen Laden und Entladen des Energiespeichers die Energiezufuhr an die vorherrschenden Lichtbogenbedingungen angepaßt werden kann. Insbesondere bei Magergemischmotoren bzw. wenn starke Turbulenzen in der Brennkammer auftreten, ist es vorteilhaft, wenn eine erhöhte Energie in den Lichtbogen nachgeführt werden kann.

Zur Gewährleistung, daß zum Beispiel für eine optimale Energiezufuhr die pulsbetriebene Vorrichtung immer in gleicher Richtung beim Laden und Entladen durchflossen wird, kann der Weg des Ladungsflusses in jedem Stromkreislauf z. B. durch Dioden gegeben sein. Hierzu kann in einer bevorzugten Ausführung zu einem Energiespeicher eine Gleichrichter­ anordnung in Reihe liegen, zwischen deren Gleichspannungsabgriffpunkten eine pulsbetriebene Vorrichtung angeordnet ist.

Die für die Richtungsdefinition verwendeten Dioden können insbesondere auch Laserdioden sein, so daß durch die erfindungsgemäße Schaltung eine einfache Kombination von betriebenen Laserdioden mit einer weiteren pulsbetriebenen Vorrichtung möglich wird.

Da mehrere Dioden zum Einsatz kommen können, können auch Laserdioden mit verschiedenen Abstrahlungsspektren ausgewählt werden, so daß z. B. beim Lade- und beim Entladevorgang verschiedene Lichtspektren ausgesandt werden.

Alternativ zu dem Einsatz von Dioden ist es ebenfalls möglich, den Weg des Ladungsflusses in jedem Stromkreislauf durch ansteuerbare Schaltelemente zu definieren. So werden z. B. beim Ladevorgang eines Energiespeichers zunächst sämtliche ansteuerbare Schalter geschlossen, die sich im Ladekreislauf des Energiespeichers befinden, wobei gleichzeitig all diejenigen Schalter geöffnet werden, die sich im Entladekreislauf befinden. Für die Umschaltung zwischen Laden und Entladen können sodann die ansteuerbaren Schalter wechselweise umgeschaltet werden.

Wie bereits mehrfach als Beispiel angeführt, liegt eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung darin, einen Zündfunken für einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen. Hierzu kann die mit den Pulsen betriebene Vorrichtung ein Transformator sein, dessen Primärspule von dem Ladeimpuls wenigstens eines der Energiespeicher durchflossen wird. Der während des Ladevorgangs erzeugte Strom-/Spannungspuls wird mit Hilfe des Transformators in ein Hochspannungspuls transformiert, der an der Sekundärspule abgreifbar ist. Dieser Hochspannungspuls wird sodann einer Zündkerze zugeführt, die das Gasgemisch zündet.

Allgemein ist es möglich, den transformierten Hochspannungspuls zur Zündung von ionisierten Gasen zu verwenden. So können alternativ statt Zündkerzen mit der erfindungsgemäßen Schaltung z. B. auch Leuchtstoff- oder Neonröhren betrieben werden. Diese können dann mit einer derart erhöhten Frequenz angesteuert werden, daß das von herkömmlichen Röhren bekannte Flackern nicht mehr vom menschlichen Auge wahrnehmbar ist. Durch die erhöhte Frequenz unterbleibt sodann auch das typische 50 Hz Brummen der Transformatoren.

Wie vorangehend erwähnt, ist es mittels der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung beispielsweise möglich, nach dem Überschlag des Zündfunkens in dem gezündeten Lichtbogen Energie nachzuliefern. Hierbei kann es sich um Gleich- und/oder Wechselstromenergie handeln.

Um die Versorgung des gezündeten Lichtbogens mit einer Gleichstromenergie zu gewährleisten, wird bevorzugterweise der Transformator als Autotransformator ausgeführt, bei dem eine Verbindung zwischen Primär- und Sekundärspule besteht. Das freie Ende der Sekundärspule ist hierbei mit einem Pol einer Lichtbogenstrecke verbunden, deren anderer Pol auf Massepotential liegt. Bei dieser Lichtbogenstrecke handelt es sich vorzugsweise um die Zündkerze eines Verbrennungsmotors.

Wird nun eines oder mehrere der ansteuerbaren Schaltelemente derart geschaltet, daß ein Ladungstransport zwischen dem ersten Lade-Energiespeicher und einem der weiteren Energiespeicher durch die Primärspule des Autotransformators stattfindet, so wird neben der Erzeugung eines sekundärseitigen Hochspannungspulses bewirkt, daß über die Verbindung zwischen Primär- und Sekundärspule gleichzeitig eine Spannung, insbesondere ein Gleichspannung an die Zündkerze gelegt wird, die durch entsprechende Ausführung der Energiequelle und des Lade-Energiespeichers derart hoch bemessen sein kann, daß der Lichtbogen nach der Zündung weiterbrennt.

So liegt zwar die Zündspannung des Lichtbogens bei einigen Kilovolt, jedoch benötigt der Lichtbogen bei einer zu überwindenen Bogenstrecke von weniger als 1 mm lediglich wenige 100 Volt, insbesondere 200-400 Volt.

Da ein derart gezündeter und aufrechterhaltener Lichtbogen immer weiter brennen würde, ist es vorteilhaft, wenn die Masseleitung der Energiequelle über ein ebenfalls ansteuerbares Schaltelement von der Fahrzeugmasse trennbar ist. Nach einer Trennung dieser Verbindung wird dabei automatisch die Definition des Spannungspotentials an der Zündkerze aufgehoben, wodurch der Lichtbogen erlischt.

Insofern ist es möglich mittels der ansteuerbaren Schaltelemente während des Ladevorgangs des Energiespeichers einen Lichtbogen zu zünden und anschließend weiterbrennen zu lassen. Nach einer gewünschten Brenndauer, die z. B. anhand der momentanen Motorbetriebsdaten ermittelbar ist, kann der Lichtbogen gelöscht und anschließend im Endladevorgang des Energiespeicher, z. B. nach einer Motorumdrehung, der nächste Zündfunke gezündet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann der Transformator mehrere vorzugsweise zwei Sekundärspulen aufweisen, so daß es möglich ist, in dem Brennraum eines Verbrennungsmotors z. B. zwei Zündkerzen simultan zu zünden. Hierdurch kann die Verbrennung ebenfalls optimiert werden.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung kann zur Primärwicklung des Transformators und/oder zum Ladeenergiespeicher ein den Ladestrom eines der Energiespeicher sperrendes Schaltelement, insbesondere eine Diode parallelgeschaltet sein.

Bei einer Parallelschaltung der Diode zur Primärwicklung wird somit erreicht, daß die in der Primärwicklung vorliegende Gegeninduktionsspannung kurzgeschlossen und die Energie der Sekundärseite zugeführt wird. Bei einer Parallelschaltung zum Ladeenergiespeicher kann erreicht werden, daß sich nach der Ladung des weiteren Energiespeichers und der Zündung eines Funkens eine elektrische Schwingung einstellt, deren positiven Halbwellen ebenfalls auf die Sekundärseite übertragen werden. Hierdurch kann erreicht werden, daß bei einer Schaltungsanordnung, wo die Ladung des aufgeladenen weiteren Energiespeicher nicht zur Zündung eines neuen Funkens verwendet wird, ohne ein weiteres Schaltelement der Sekundärseite des Transformators zugeführt wird.

Hierbei ist jedoch zu beachten, daß aufgrund der Verbindung zwischen Primär- und Sekundärspule die Ladung des weiteren Energiespeichers nur solange in den brennenden Lichtbogen nachgeführt wird, bis die Spannung an dem weiteren Energiespeicher, die Brennspannung in der Lichtbogenstrecke unterschreitet, sofern nicht die Energiequelle eine Spannung zur Verfügung stellt, die oberhalb der Brennspannung des Lichtbogens liegt.

Alternativ zu der verwendeten Diode kann als sperrendes Schaltelement ebenfalls ein ansteuerbares Schaltelement eingesetzt werden.

Allgemein können als ansteuerbare Schaltelemente sämtlich Elemente eingesetzt werden, die durch Strom, Spannung oder auch induktiv, kapazitiv, magnetisch oder optisch gesteuert sind. Somit ist es möglich, Halbleiter wie z. B. Transistoren, andere schaltbare und leitfähige Bauteile oder aber auch programmierbare mikroelektromechanische Schalter einzusetzen. Ebenfalls sind Schalter aus leitfähigem Kunststoff einsetzbar, wie es z. B. von Sicherungen her bekannt ist. Diese Art von ansteuerbaren Schaltern, ermöglicht es, die gesamte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung z. B. mittels Mikroprozessoren programmierbar zu machen, so daß z. B. die Lichtbogenstandzeit sowie die zugeführte Energie in Abhängigkeit von den Motorbedingungen von einer separaten Motorelektronik einstellbar sind.

In einer anderen Anwendung kann als pulsbetriebene Vorrichtung z. B. ein lichtemittierendes Element eingesetzt werden. Insbesondere ist hier an die Verwendung einer Laserdiode zu denken, die mittels der erfindungsgemäßen Schaltung pulsierend betrieben wird. Es ist zu erwähnen, daß bei der Zündanlage eines Verbrennungsmotors nicht nur eine Schaltung zum Einsatz kommt, sondern z. B. für jeden Zylinder eine separate Schaltung eingesetzt werden kann. Weiterhin kann die Polarität der Energiequelle beliebig gewählt werden. Hierbei ist darauf zu achten, daß entsprechend der gewählten Polarität die eingesetzten Dioden in der richtigen Sperrichtung betrieben werden.

In einer besonderen Ausführung ist es dabei ebenfalls möglich, eine Schaltung, die einen Zündfunken zur Verfügung stellt, zu kombinieren mit einer anderen Schaltung, die im Pulsbetrieb eine Laserdiode ansteuert. Wird der Spektralbereich der angesteuerten Laserdiode dementsprechend gewählt, daß das emittierte Licht die Moleküle im Verbrennungsgasgemisch z. B. im Focus der Laserstrahlung ionisieren oder in hochangeregte Zustände überführen kann, so kann in einer Anordnung das pulsierende Licht der Laserdiode durch die Lichtbogenstrecke geleitet werden, so daß aufgrund der Vor-Ionisierung/Anregung eine deutlich geringere Zündenergie zur Verfügung gestellt werden muß.

Eine derartige Schaltungsanordnung ermöglicht eine bessere und saubere Verbrennung sowie aufgrund der reduzierbaren Leistungsaufnahme die Realisierung von Motoren mit einer erhöhten Drehzahl.

In einer anderen Anwendung kann, wie bereits oben erwähnt, als pulsbetriebene Vorrichtung ein Reluktanzmotor verwendet werden, bei dem z. B. beim Ladevorgang des weiteren Energiespeichers eine erste Motorspule durchströmt wird und beim Entladevorgang dieses Energiespeichers eine weitere Motorspule durchströmt wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Abbildungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung in der bei einem Ladungsaustausch zwischen zwei Energiespeicherkondensatoren der erzeugte Spannungspuls einen Transformator durchflutet und zur Zündung eines Lichtbogens auf Hochspannung transformiert wird.

Fig. 2 Eine erfindungsgemäße Schaltung, in der sowohl impulsartig Lade- als auch Entladeströme, deren Richtung durch Dioden gegeben ist, die Primärwicklung eines Transformators durchfließen.

Fig. 3 Ein Diagramm zur Verdeutlichung der Möglichkeit in den gezündeten Lichtbogen wechselstromartig Energie nachzuführen.

Fig. 4 Eine erfindungsgemäße Schaltung, in der die die Stromrichtung bestimmenden Dioden nach Fig. 2 durch ansteuerbare Schaltelemente ersetzt sind.

Fig. 5 Eine Schaltung nach Fig. 4, in der die Sekundärseite des Transformators zwei Spulen aufweist.

Fig. 6 Eine erfindungsgemäße Schaltung, in der die Richtung des Stromflusses durch die Primärspule eines Transformators mittels einer Gleichrichteranordnung definiert wird.

Fig. 7 Eine Schaltung entsprechend Fig. 6, in der der pulsbetriebene Transformator durch eine pulsbetriebene Laserdiode ersetzt ist, wobei die Gleichrichterdioden ebenfalls Laserdioden sein können.

Fig. 8 Eine erfindungsgemäße Schaltung, bei der die Ladung eines Kondensators auf ein oder zwei weitere Kondensatoren übertragen wird und sich im Ladestromkreislauf dieser Kondensatoren eine erste Wicklung eines Reluktanzmotors und im Endladestromkreislauf eine zweite Wicklung eines Reluktanzmotors befindet.

Fig. 9 Eine Anordnung mit zwei erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungen, wobei eine Schaltung zur Erzeugung eines Zündfunkens und eine andere Schaltung zur Erzeugung eines Laserlichtimpulses eingesetzt wird, der das zu zündende Gasgemisch in der Lichtbogenstrecke vorionisiert oder anregt.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung zur Erzeugung von Strom-/Spannungspulsen für die Erzeugung von Zündfunken bei Verbrennungsmotoren mit einer Energiequelle 1, bei der es sich im vorliegenden Fall um eine Gleichspannungsquelle handelt, einem an den Polen 2 und 3 dieser Gleichspannungsquelle in einem Abstand angeschlossenem Lade-Energiespeicher 4, bei dem es sich um einen ersten Kondensator handelt, einem ansteuerbaren Schaltelement 5 sowie einem mit den erzeugten Pulsen betriebenen Autotransformator 6, der eine Primärspule 13 und eine Sekundärspule 14 aufweist, wobei die beiden Spulen miteinander verbunden sind.

Weiterhin weist die Schaltung einen weiteren Energiespeicher 7 auf, der hier im vorliegenden Fall ebenfalls von einem zweiten Kondensator gebildet wird, wobei dieser zweite Kondensator 7 mit dem ansteuerbaren Schaltelement 5 und der Primärwicklung 13 des Autotransformators 6 in Reihe liegt und dadurch mit den Polen 2' und 3' des Lade-Ener­ giespeichers 4 verbunden ist.

Der in der Fig. 1 dargestellte Ladekondensator 4 wird mittels der Gleichspannungsquelle 1 verglichen mit dem Entladevorgang quasi kontinuierlich über die Verbindungsstrecke zwischen den Polen 2 und 2' bzw. 3 und 3' aufgeladen. Da während des Ladevorganges des Ladekondensators 4 kurze Zeit konstanten nur eine untergeordnete Rolle spielen, kann der Abstand zwischen den Polen 2 und 2' bzw. 3 und 3' sehr groß ausfallen, ohne daß die durch die Leitungslänge hervorgerufenen Induktivitäten und Widerstände sich nachteilig auf die spätere Pulserzeugung auswirken. Somit ist es möglich, den Anteil der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung, der sich in der Fig. 1 rechts von der Trennlinie T befindet, in der Nähe des Verbrennungsmotors bzw. des Autotransformators anzuordnen und die Gleichspannungsquelle 1, die die Schaltung mit Energie versorgt, an einer beliebigen Stelle zum Beispiel eines Kraftfahrzeuges unterzubringen.

Zum gewünschten Zündzeitpunkt, der hier beispielsweise durch eine nicht dargestellte weitere Motorelektronik ermittelt wird, die hier nicht Gegenstand einer weiteren Diskussion ist, wird das ansteuerbare Schaltelement 5 geschlossen. Bei diesem ansteuerbaren Schaltelement 5 kann es sich im einfachsten Fall um ein übliches Halbleiterbauteil oder um andere ansteuerbare Schaltelemente handeln, wie zum Beispiel mikroelektromechanische Schalter oder ähnliches. Durch Betätigung des Schaltelementes 5 wird ein Stromkreis zwischen dem Ladekondensator 4 und dem Kondensator 7 geschlossen, so daß die auf dem Ladekondensator 4 angesammelte Ladung impulsartig durch die Primärspule 13 des Autotransformators auf den Kondensator 7 übertragen wird.

Durch das Übertragungsverhältnis zwischen der Primärspule 13 und der Sekundärspule 14 des Autotransformators wird der die Primärspule durchlaufende Spannungspuls von etwa mehreren Hundert Volt auf eine Hochspannung von mehreren Kilovolt, z. B. 30-50 kV transformiert, so daß es zu einem Funkenüberschlag in der Lichtbogenstrecke zwischen den Polen 15 und 16 einer Zündkerze im Brennraum des Verbrennungsmotors kommt.

Durch die Verbindung zwischen der Primärspule 13 und der Sekundärspule 14 des Autotransformators 6 wird gleichzeitig die an dem Kondensator 7 anliegende Spannung auf den Pol 15 der Lichtbogenstrecke übertragen, so daß dieser Pol 15 gegenüber dem geerdeten Pol 16 auf mehrere Hundert Volt Potential hochgelegt wird. Das bedeutet, daß durch die Spulenverbindung in dem gezündeten Lichtbogen weiterhin Energie nachgeführt wird, welche dem Kondensator 7 und auch der Energiequelle 1 entnommen wird. Die weitere Energiezufuhr erfolgt solange, bis die Ladung am Kondensator 7 derart weit abgenommen hat, daß die Spannung unter die Brennspannung in der Lichtbogenstrecke abgefallen ist, sofern die Energiequelle ebenfalls nur eine Spannung zur Verfügung stellt, die unterhalb der Brennspannung liegt. In diesem Augenblick erlischt der Lichtbogen.

Dies bedeutet gleichzeitig, daß nach dem impulsartigen Ladevorgang des Kondensators 7 und der Ladungsabgabe dieses Kondensators in den Lichtbogen hinein an dem Kondensator 7 eine Restspannung anliegen bleibt, die etwa der Untergrenze der Brennspannung im Lichtbogen entspricht. Üblicherweise wird daher an dem Kondensator 7 nach Erlöschen des Lichtbogens eine Spannung von noch etwa 200 bis 300 Volt anliegen. Das bedeutet, daß zur Erzeugung eines guten Zündfunkens der Ladekondensator 4 gegenüber der Restspannung am Kondensator 7 eine deutlich erhöhte Ladespannung aufweisen muß, die etwa zwischen 600 und 1000 Volt liegen sollte, damit mit einer geeigneten Differenzspannung von etwa 400 bis 800 Volt ein ausreichender Zündimpuls erzeugt werden kann.

Die zur Primärspule 13 des Transformators 6 parallel geschaltete Diode 24 verhindert zum einen das Auftreten ungewollter Schwingungen, schließ die Gegeninduktionsspannung kurz und führt die Ladung, die sich auf dem Kondensator 7 befindet der Sekundärseite zu.

Selbstverständlich ist es möglich, das ansteuerbare Schaltelement 5 an einer beliebigen Position im Ladekreislauf zwischen dem Ladekondensator 4 und dem Kondensator 7 anzuordnen. Darüber hinaus ist es möglich, die erfindungsgemäße Schaltanordnung ganz allgemein mit beliebigen Polaritäten zu betreiben, so daß gegenüber dem Massepol der Lichtbogenstrecke der Pol 15 sowohl auf positives als auch negatives Potential gelegt werden kann. Bei einer Veränderung der Polarität ist lediglich darauf zu achten, daß die Orientierung der Diode 24 geändert wird. Ebenfalls ist es möglich, die Verbindung zwischen der Primärspule 13 und der Sekundärspule 14 des Transformators nicht, wie in der Abbildung gezeigt, am oberen Ende, sondern auch am unteren Ende der Spulen anzuordnen.

Gegenüber der Fig. 1 unterscheidet sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach Fig. 2 dadurch, daß die Schaltung je einen Stromkreislauf zum Laden und Entladen des Kondensators 7 aufweist. Bei der dargestellten Schaltung ist sowohl der Kondensator 7 als auch der Autotransformator 6 jeweils in einem Stromkreislaufabschnitt angeordnet, der sich in beiden Stromkreisläufen befindet.

Dies ermöglicht, daß der Autotransformator 6 sowohl beim Laden als auch beim Entladen des Kondensators 7 impulsartig von der Ladung durchflossen wird. Hierdurch ist gewährleistet, daß während eines gesamten Lade- und Entladezyklus des Kondensators 7 zwei Zündimpulse erzeugt werden können, wodurch sich die erfindungsgemäße Schaltung von den bekannten Schaltungen unterscheidet, bei denen ein Zündimpuls lediglich in der Entladephase des Kondensators erzeugt werden konnte. Weiterhin ist es auch mit der Schaltung nach Fig. 2 möglich, auf zwei verschiedene Arten in den gezündeten Lichtbogen Energie nachzuführen. Hierbei kann es sich entweder um die Nachführung von Gleichstrom- oder Wechselstromenergie handeln, wobei bei der Nachführung von Wechselstromenergie vorteilhafter Weise die benötigte Energiemenge an die vorherrschenden Bedingung im Brennraum angepaßt werden kann, was insbesondere dann eine positive Auswirkung zeigt, wenn ein Magergemisch gezündet werden soll oder aber auch, wenn in den unterschiedlichen Lastbetriebsarten des Motors Turbulenzen im Brennraum auftreten, bei denen im Falle einer zu geringen Energienachführung der Lichtbogen abreißen würde.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach Fig. 2 kann in mehreren Betriebsarten eingesetzt werden, die dadurch realisiert sind, daß in jedem Stromkreislauf zwei Schaltelemente angeordnet sind, von denen im vorliegenden Fall jeweils eines ansteuerbar ist.

Der Ladestromkreis ist nun dadurch gegeben, daß nach Schließen des ansteuerbaren Schaltelementes 5 die Ladung des Kondensators 4 impulsartig über die Primärspule 13 des Transformators 6 und die Diode 9, als nicht ansteuerbares Schaltelement, auf den Kondensator 7 übertragen wird. Der Entladestromkreislauf hingegen ist dadurch gegeben, daß nach Öffnen des Schalters 5 der ansteuerbare Schalter 8 geschlossen wird und somit die Ladung des Kondensators 7 impulsartig über die Diode 10 die Primärspule 13 und den geschlossenen Schalter 8 kurzgeschlossen wird.

Insofern ist mit dieser Schaltung die Möglichkeit gegeben, daß mittels der ansteuerbaren Schaltelemente 5 und 8 die erfindungsgemäße Schaltung zwischen impulsartigem Laden und Entladen des Kondensators 7 umgeschaltet werden kann. Hierbei wird durch die sowohl in dem Lade- als auch Entladestromkreis angeordneten Dioden 9 und 10 gewährleistet, daß die Primärspule des Transformators 6 immer in der gleichen Richtung Strom durchflossen ist.

Die verschiedenen möglichen Betriebsarten sollen nachfolgend beschrieben werden:

• 1. Durch Betätigung des zum Beispiel über eine Motorelektronik ansteuerbaren Schalters 17 wird das Massepotential der gesamten Schaltungsanordnung definiert. Hierdurch wird über die Verbindung zwischen Primär- und Sekundärspule des Transformators 6 der Pol 15 gegenüber dem Pol 16 der Lichtbogenstrecke auf eine Spannung von mehreren Hundert Volt hochgelegt. Nach dem Schließen des ansteuerbaren Schalters 5 erfolgt ein impulsartiger Transport der Ladung des Kondensators 4 auf den Kondensator 7 über die Primärspule 13 in der Richtung des Pfeiles 11, die durch die Diode 9 gegeben ist. Durch den impulsartigen Ladungstransport durch die Primärspule 13 wird in der Sekundärspule 14 eine transformierte Hochspannung von mehreren Kilovolt erzeugt, die zu einem Funkenüberschlag zwischen dem Pol 15 und 16 der Lichtbogenstrecke geführt. Dieser Funke hat eine Dauer von ca. 100 bis 300 µsec.
  Wie auch schon in der Fig. 1 beschrieben, wird durch die konstant anliegende Hochspannung von mehren Hundert Volt zwischen Pol 15 und 16 der Lichtbogenstrecke gewährleistet, daß weiterhin Energie in den Lichtbogen nachgeführt wird, sofern diese Hochspannung oberhalb der Brennspannung des Lichtbogens liegt. Der Lichtbogen kann sodann zum Erlöschen gebracht werden, sobald der ansteuerbare Schalter 17 geöffnet wird und die Definition des Massepotentials damit verlorengeht. Diese Schaltungsanordnung hat somit den Vorteil, daß die Brenndauer des Lichtbogens variabel eingestellt und somit an Motorbedingungen angepaßt werden kann. Dabei kann ein sehr hoher Funkenkopfstrom erzeugt werden, der Funkenschwanzstrom ist jedoch abhängig von der angelegten Gleichspannung und den Entstörwiderständen sowie evtl. Vorfunkenstrecken in vorhandenen Zündfunkenverteilern.
• 2. Nach Erlöschen des Lichtbogens kann dieser erneut dadurch gezündet werden, daß wiederum der Schalter 17 und gleichzeitig auch der Schalter 8 geschlossen wird. Die sich auf dem Kondensator 7 befindliche Ladung wird sodann über die Diode 10 und wiederum in der Richtung 11 über die Primärwicklung des Transformators 6 impulsartig kurzgeschlossen, so daß sekundärseitig in der Spule 14 ein Hochspannungspuls von mehreren Kilovolt (30-60 kV) erzeugt wird, der zu einem Durchbruch im Gasgemisch zwischen den Polen 15 und 16 der Lichtbogenstrecke einer Zündkerze führt. Wiederum wird in den Lichtbogen solange Energie nachgeführt, wie der Schalter 17 geschlossen bleibt.
  Mittels der erfindungsgemäßen Schaltung ist es daher möglich, sowohl im Lade- als auch im Entladevorgang des Kondensators 7 ein Zündfunken zu erzeugen, so daß eine Erhöhung der Motordrehzahl erreicht werden kann.
  Weiterhin ist es mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung möglich, gegenüber den bekannten Schaltungsanordnungen die Lichtbogenstandzeit durch Betätigung des ansteuerbaren Schaltelementes 17 variabel zu halten.
• 3. Die Gleichstromenergiezuführung, die durch die Betätigung des Schalters 17 ermöglicht wird, mag in den Fällen als nicht ausreichend angesehen werden, wo in Magergemischen bzw. bei starken Turbulenzen im Brennraum die Brennspannung des Lichtbogens starken Schwankungen unterworfen ist und somit die zwischen den Polen 15 und 16 der Lichtbogenstrecke anliegende Gleichspannung mitunter nicht ausreicht, den Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Hier werden auch im Funkenschwanz hohe Stromstärken benötigt.
  In diesem Fall ist es möglich, nach Schließen des Schalters 17 und des Schalters 5 zunächst im Ladevorgang des Kondensators 7 einen Zündfunken zu erzeugen und anschließend bei gezündetem und bestehendem Lichtbogen mehrfach durch Umschaltung zwischen den Schaltern 5 und 8 zwischen Entladung und Ladung des Kondensators 7 umzuschalten, wodurch jedesmal ein Spannungsimpuls transformiert wird, der Energie in den bestehenden Lichtbogen nach führt.

Dieses Prinzip ist in der Fig. 3 dargestellt. Zum Zündzeitpunkt T1 steigt durch den Ladungstransport vom Kondensator 4 zum Kondensator 7 über die Primärspule 13 und die Diode 9 die Spannung am Kondensator 7 von U0 auf U2 an. Dieser Spannungsimpuls ist dazu geeignet, das Gemisch in der Funkenstrecke zwischen den Polen 15 und 16 durch einen Zündfunken 12 zu zünden. In den brennenden Lichtbogen geht sodann durch Umschaltung in den Entladevorgang durch Öffnen des Schalters 5 und Schließen des Schalters 8 der Kondensator 7 kurzgeschlossen, so daß über die Diode 10 und die Primärspule 13 wiederum in der Richtung 11 die Ladung abfließt, bis am Kondensator 7 eine Spannung U1 erreicht wird. Dieser Spannungsimpuls, der der Differenz zwischen U1 und U2 entspricht, wird ebenfalls durch das Übersetzungsverhältnis zwischen Primärspule 13 und Sekundärspule 14 hochtransformiert, so daß dem brennenden Lichtbogen Energie nachgeführt werden kann. Im Anschluß daran wird wiederum Schalter 8 geöffnet und Schalter 5 geschlossen, so daß der Kondensator 7 wiederum auf den Spannungswert U2 aufgeladen wird. Dieses Wechselspiel wiederholt sich solange, wie Energie in den brennenden Lichtbogen nachgeführt werden soll. Hierbei ist besonders vorteilhaft, daß die Menge der nachgeführten Energie variabel ist und somit an die Motorbedingungen angepaßt werden kann. Diese Variabilität ergibt sich dadurch, daß die Spannungsdifferenz zwischen den Spannungswerten U1 und U2 einstellbar ist. Die Differenz ergibt sich maßgeblich durch die Umschaltdauer zwischen der Betätigung des Schalters 5 und des Schalters 8, da die Lade- und Entladezeitkonstanten in der Schaltung vorgegeben sind.

Zum Ende der Energienachführung, wenn der Lichtbogen abgeschaltet werden soll, kann der Kondensator 7 entweder komplett geladen oder aber komplett entladen sein. Um den Lichtbogen weiterhin definiert erlöschen zu lassen, wird dabei der Schalter 17 geöffnet.

In dem in der Fig. 3 dargestellten Zeitdiagramm ergibt sich eine gesamte Brenndauer des Lichtbogens in einer Zeitspanne von T1 bis T2, wo nach dem Zünden des Lichtbogens mehrfach zwischen einem Spannungsniveau U1 und U2 im Lade- und Entladevorgang des Kondensators 7 umgeschaltet wird. Zum Ende der Brenndauer hin wird dabei zum Zeitpunkt T2 im vorliegenden Fall der Kondensator 7 komplett geladen, so daß im nächsten Zündzyklus die auf dem Kondensator angesammelte Ladung dazu verwendet werden kann, erneut den Lichtbogen zu zünden. Im Anschluß daran ist es wiederum möglich, durch wechselseitiges Schalten der ansteuerbaren Schaltelemente 5 und 8 dem brennenden Lichtbogen Energie nachzuführen. Die Steuerung des wechselseitigen Schaltens kann z. B. eine Software einer Motorelektronik mit oder ohne eine Sensorüberwachung auch während des Betriebes.

Gegenüber der Fig. 2 unterscheidet sich die Fig. 4 dadurch, daß die die Richtung des Stromflusses definierenden Dioden 9 und 10 nunmehr durch ansteuerbare Schaltelemente 20 und 19 ersetzt sind. Für einen Ladevorgang des Kondensators 7 wird somit nach Schließen des Schalters 17, um das Massepotential zu definieren, zunächst der Schalter 5 und der Schalter 20 geschlossen, woran im Anschluß für den Entladevorgang des Kondensators 7 diese genannten Schalter geöffnet und die Schalter 8 und 19 geschlossen werden.

Mit der in der Fig. 4 dargestellten Schaltung ist es genauso wie mit der Schaltung nach Fig. 2 möglich, durch wechselseitiges Umschalten zwischen den Schaltern 5 und 20 sowie 8 und 19 Energie in einen gezündeten Lichtbogen nachzuführen bzw. nach zwischenzeitlichem Öffnen des Schalters 17 sowohl im Lade- als auch im Entladevorgang des Kondensators 7 einen Zündfunken zu erzeugen.

Die Fig. 5 ist gegenüber der Fig. 4 dadurch weitergebildet, daß die Sekundärseite des Transformators 6 zwei Sekundärspulen 14 und 18 aufweist. An jede dieser Sekundärspulen ist eine Lichtbogenstrecke zwischen den Polen 15 und 16 bzw. 15' und 16' angeschlossen, wobei es sich zum Beispiel um zwei Zündkerzen in dem Brennraum eines Zylinders handeln kann. Insofern ist die Möglichkeit gegeben, durch Erhöhung der Zündfunkenanzahl eine bessere Zündung des Gasgemisches zu erreichen. Selbstverständlich ist es möglich, sekundärseitig noch weitere Spulen und Zündkerzen anzuordnen. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, daß die gesamte Schaltungsanordnung derart leistungsstark ausgerichtet ist, daß in jedem Zündfunken genügend Energie zur Verfügung gestellt werden kann.

Die Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform zur Schaltungsanordnung nach Fig. 2, wo zum Kondensator 7 eine Gleichrichteranordnung, bestehend aus den Dioden 9, 10, 22 und 23 in Reihe liegt, zwischen deren Gleichspannungsabgriffpunkten ein Autotransformator 6 bestehend aus den Primärspulen 13 und der Sekundärspule 14 angeordnet ist.

Der Stromkreislauf für impulsartiges Laden des Kondensators 7 ist nur dann gegeben, wenn der ansteuerbare Schalter 5 geschlossen und der ansteuerbare Schalter 8 geöffnet ist, so daß die Ladung über die Diode 9, die Primärspule 13 und die Diode 22 auf dem Kondensator 7 übertragen wird. Für die Einleitung des Entladevorgangs wird Schalter 5 geöffnet und Schalter 8 geschlossen, so daß die Ladung des Kondensators über die Diode 10, die Primärspule 13 und die Diode 23 abfließt. Je nach Steuerung der Schalter 5 und 8 kann beim Laden und Entladen jeweils ein neuer Zündfunke erzeugt werden oder aber Energie in einen bestehenden Lichtbogen nachgeführt werden.

Die Fig. 7 zeigt eine zur Fig. 6 äquivalente Anordnung, wo lediglich als pulsbetriebene Vorrichtung anstatt eines Autotransformators eine Laserdiode 6' zwischen den Gleichspannungsabgriffpunkten der Gleichrichteranordnung eingesetzt ist. Insofern ist es durch wechselseitiges Schalten der Schalter 5 und 8 möglich, die Laserdiode 6' im Pulsbetrieb zu betreiben. Alternativ zur Laserdiode 6' kann die pulsbetriebene Vorrichtung auch jedes andere lichtemittierende Element darstellen. In einer weiteren alternativen Ausführung, die ebenfalls der Fig. 7 entspricht, ist es möglich, daß auch die gleichrichtenden Dioden als Laserdioden 22', 23', 10' und 9' ausgeführt werden. In diesem Fall kann somit an die Schaltungsanordnung ein Laserdiodenarray, bestehend aus zum Beispiel fünf Dioden angeschlossen werden, die entsprechend miteinander verschaltet sind. Hierbei ist es ebenfalls möglich, je nach Anwendungsfall im Lade- und Entladekreislauf Laserdioden einzusetzen, die in einem unterschiedlichen Spektralbereich arbeiten.

Die Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung, bei der sich eine pulsbetriebene Vorrichtung 6 sowohl im Ladekreislauf und eine weitere 6'' im Entladekreislauf befindet. Weiterhin werden in der Schaltungsanordnung nicht nur ein Energiespeicher, sondern zwei Energiespeicher eingesetzt, die durch die Kondensatoren 7 und 21 gegeben sind. Hierbei ist der Kondensator 21 alternativ durch das ansteuerbare Schaltelement 5' zuschaltbar. Durch die Parallelschaltung der Kondensatoren 7 und 21 wird entsprechend die Kapazität der gesamten Kondensatoranordnung erhöht.

Die dargestellte Vorrichtung nach Fig. 8 kann insbesondere dann zum Einsatz kommen, wenn ein Reluktanzmotor angesteuert werden soll, bei dem nacheinander die Erregerspulen 6 und 6'' impulsartig von Strom durchflossen werden sollen.

Im vorliegenden Fall nach Fig. 8 wird der Kondensator 7 mit der Ladung des Kondensators 4 dann geladen, wenn das ansteuerbare Schaltelement 5 geschlossen wird. In diesem Fall wird die Spule 6 impulsartig von der Ladung durchflossen. Nach Schließen des Schalters 5' ist es möglich, einen weiteren Ladeimpuls durch die Spule 6 zu schicken. Alternativ ist es auch möglich, bereits beim ersten Ladevorgang den Schalter 5' geschlossen zu halten, so daß sich die Gesamtkapazität entsprechend erhöht.

Nach dem Ladevorgang wird der Schalter 5 geöffnet und der Schalter 8 geschlossen, so daß bei der Entladung des Kondensators 7 bzw. der Kondensatoren 7 und 21 nunmehr die Spule 6'' des Reluktanzmotors durchströmt wird.

Durch die Verwendung von zwei Kondensatoren 7 und 21, wobei der Kondensator 21 alternativ über das Schaltelement 5' zum Kondensator 7 parallel geschaltet werden kann, ist die Möglichkeit gegeben, verschiedene Pulsbedingungen zu realisieren, da durch die veränderten Kapazitäten ebenfalls die Impulshöhen beeinflußt werden.

Die Fig. 9 zeigt eine Schaltungsanordnung, in der zwei erfindungsgemäße Schaltungen eingesetzt werden, wobei die untere Schaltung B dazu dient, in der Lichtbogenstrecke zwischen den Polen 15 und 16 einen Zündfunken zu erzeugen und die obere Schaltung A dafür vorgesehen ist, impulsmäßig eine Laserdiode 6' anzusteuern, deren pulsartig emittiertes Licht die Lichtbogenstrecke durchleuchtet. Bei entsprechender Auswahl der Laserdiode ist somit die Möglichkeit gegeben, eine Lichtwellenlänge zu emittieren, die bei dem Gasgemisch, welches sich zwischen den Polen 15 und 16 der Lichtbogenstrecke befindet, eine Vorionisierung erzeugt. Diese Vorionisierung kann dadurch erhöht werden, daß das Licht der Laserdiode mittels einer Linse im Bereich der Lichtbogenstrecke fokussiert wird. Selbst, wenn keine Vorionisierung des Gasgemisches erzeugt oder gewünscht wird, so ist es dennoch möglich, die Gasmoleküle mittels des Laserlichtimpulses anzuregen, so daß insgesamt für die Zündung des Gasgemisches eine geringere Zündspannung benötigt wird, welches eine bessere Verbrennung bewirkt. Zur Anregung bzw. Vorionisierung des Gasgemisches ist es vorteilhaft, wenn eine Laserdiode mit möglichst kurzer Lichtwellenlänge eingesetzt wird.

Die in der Fig. 9 dargestellten Schaltungen entsprechen hierbei im Fall der oberen Schaltung A der bereits diskutierten Schaltung nach Fig. 2, wo lediglich der angesteuerte Transformator 6 durch eine Laserdiode 6' ersetzt wurde, zu der ein strombegrenzender Widerstand R in Reihe liegt. Die Schaltungsanordnung B entspricht der bereits in der Fig. 4 dargestellten Schaltung.

Die Schaltungen A und B werden im vorliegenden Fall der Fig. 9 mittels einer nicht dargestellten Motorelektronik aufeinander synchronisiert.

Insgesamt ist nochmals zu erwähnen, daß sämtliche ansteuerbare Schaltelemente, also insbesondere die Elemente 5, 8, 17, 19 und 20 der diskutierten Zeichnungen mittels Strom, Spannung, induktiv, kapazitiv, magnetisch oder optisch gesteuert sein können. Somit sind sämtliche bekannten Schaltelemente, wie zum Beispiel Halbleiterschalter, integrierte Schaltungen und andere leitfähige und schaltbare Bauelemente einsetzbar. Ebenso ist es möglich, mikroelektromechanische Schalter (MEMS-Technik) einzusetzen.

Claims (29)

1. Elektronische Schaltung zur Erzeugung von Strom-/Span­ nungspulsen, insbesondere zur Erzeugung von Zündfunken bei Verbrennungsmotoren mit

• - einer Energiequelle (1), insbesondere einer Gleichspannungsquelle,
• - einem an den Polen (2, 3) der Energiequelle (1), insbesondere in einem Abstand angeschlossenen Lade-Ener­ giespeicher (4), insbesondere einem ersten Kondensator (4),
• - mindestens einem ansteuerbaren Schaltelement (5),
• - und wenigstens einer mit den erzeugten Pulsen betriebene Vorrichtung (6),

dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung mindestens einen weiteren Energiespeicher (7), insbesondere einen zweiten Kondensator (7) aufweist, der mit wenigstens einem Schaltelement (5), insbesondere einem ansteuerbaren Schaltelement (5) und mit der pulsbetriebenen Vorrichtung (6) in Reihe liegt und dadurch mit den Polen (2, 3) des Lade-Ener­ giespeichers (4) verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung je einen Stromkreislauf zum Laden und Entladen eines jeden Energiespeichers (7, 21) aufweist.

3. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Energiespeicher (7, 21) in einem Stromkreislaufabschnitt angeordnet ist, der sich in beiden Stromkreisläufen befindet.

4. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine pulsbetriebene Vorrichtung (6) in einem Stromkreislaufabschnitt angeordnet ist, der sich in beiden Stromkreisläufen befindet.

5. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine pulsbetriebene Vorrichtung (6) im Ladekreislauf und eine (6'') im Entladekreislauf befindet.

6. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stromkreislauf wenigstens ein (5 bzw. 8), vorzugsweise zwei Schaltelemente (5, 9 bzw. 8, 10), insbesondere ansteuerbare Schaltelemente (5, 9, 19, 20) aufweist.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung mittels der ansteuerbaren Schaltelemente (5, 8, 19, 20) zwischen impulsartigem Laden und Entladen jedes Energiespeichers (7, 21) umschaltbar ist.

8. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsbetriebene Vorrichtung (6) beim Laden und Entladen eines Energiespeichers (7) in gleicher Richtung (11) stromdurchflossen ist.

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg des Ladungsflusses in jedem Stromkreislauf durch Dioden (9, 10, 22, 23) gegeben ist.

10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem Energiespeicher (7) eine Gleichrichteranordnung (9, 10, 22, 23) in Reihe liegt, zwischen deren Gleichspannungs-Ab­ griffpunkten eine pulsbetriebene Vorrichtung (6) angeordnet ist.

11. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden Laserdioden (9', 10', 22', 23') sind.

12. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg des Ladungsflusses in jedem Stromkreislauf durch ansteuerbare Schaltelemente (5, 8, 19, 20) gegeben ist.

13. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Pulsen betriebene Vorrichtung ein Transformator (6) ist.

14. Schaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Transformator (6) Hochspannungspulse, vorzugsweise für die Zündung eines Lichtbogens (12), insbesondere bei einer Zündkerze, oder für die Zündung von Leuchtstoff-/Neonröhren erzeugbar sind.

15. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den gezündeten Lichtbogen (12) Gleich- und/oder Wechselstromenergie nachlieferbar ist.

16. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (6) ein Autotransformator mit einer Verbindung zwischen Primär- (13) und Sekundärspule (14) ist, insbesondere dessen freies Ende der Sekundärspule (14) zu einem Pol (15) einer Lichtbogenstrecke (15-16), vorzugsweise einer Zündkerze führt, deren anderer Pol (16) auf Massepotential liegt.

17. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseleitung der Energiequelle (1) über ein ansteuerbares Schaltelement (17) von der Fahrzeugmasse trennbar ist.

18. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (6) mehrere, vorzugsweise zwei Sekundärspulen (14, 18) aufweist.

19. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Primärwicklung (13) des Transformators (6) und/oder zum Lade-Energiespeicher (4) ein den Ladestrom eines Energiespeichers (7, 21) sperrendes Schaltelement (24), insbesondere eine Diode parallel geschaltet ist.

20. Schaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das sperrende Schaltelement (24) ein ansteuerbares Schaltelement ist.

21. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ansteuerbaren Schaltelemente (5, 8, 17, 19, 20) strom-, spannungs-, induktiv, kapazitiv, magnetisch oder optisch gesteuert sind.

22. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsbetriebene Vorrichtung (6) ein lichtemittierendes Element (6'), insbesondere eine Laserdiode (6') ist.

23. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsbetriebene Vorrichtung (6) ein Reluktanzmotor (6, 6'') ist.

24. Verfahren zur Erzeugung von Strom-/Spannungspulsen in einer elektronischen Schaltung für die Ansteuerung einer pulsbetriebenen Vorrichtung (6, 6', 6'') dadurch gekennzeichnet, daß die Pulse nach Ansteuerung wenigstens eines Schaltelements (5) erzeugt werden durch impulsartigen Transport elektrischer Ladung von einem Lade-Energiespeicher (4), insbesondere einem ersten Kondensator, durch die Vorrichtung (6, 6', 6'') hindurch zu wenigstens einem anderen Energiespeicher (7), insbesondere weiteren Kondensatoren (7, 21).

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsbetriebene Vorrichtung (6) sowohl beim Laden als auch beim Entladen der Energiespeicher (7, 21) in der gleichen Richtung (11) von der elektrischen Ladung impulsartig durchflossen wird.

26. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zur Erzeugung eines Hochspannungszündfunkens für eine Zündanlage eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß in den gezündeten Lichtbogen (12) Energie nachgeführt wird.

27. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie durch wechselweises Umschalten zwischen Laden (U₂) und Entladen (U₁) eines Energiespeichers (7) vor Erreichen der Lade- (U_L) bzw. Entladegrenze (U₀) in den Lichtbogen (12) nachgeführt wird.

28. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr an die Lichtbogenbedingungen, insbesondere die Turbolenzen im Brennraum eines Motors angepaßt wird.

29. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (B) zur Erzeugung eines Zündfunkens (12) und eine Schaltung (a) zur Ansteuerung einer Laserdiode (6') eingesetzt wird, deren Licht (L) die Zündfunkenstrecke (15-16) durchleuchtet.