DE2127674A1

DE2127674A1 - Zündsystem für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2127674A1
Application number: DE19712127674
Authority: DE
Inventors: Toshikazu Takasago Hyogo Saita (Japan). P
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1970-06-03
Filing date: 1971-06-03
Publication date: 1971-12-09
Also published as: US3791364A; JPS5114976Y1; DE2127674B2; DE2127674C3

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DXPL. ING. V/. BITI E · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWÄLTE D-8000 MDNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087 ^ I £ / 0 /

MIOJSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA, Tokyo / Japan Zündsystem für eine Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zündsystem für eine Verbrennungskraftmaschine. Derartige Zündsysteme weisen einen Halbleiterschalter auf, der in einen nicht leitenden Zustand einstellbar ist, um einen durch eine Zündspule fließenden Strom ssu unterbrechen und dadurch eine Zündspannung an der Sekundärwicklung der Spule jedesmal dann zu induzieren, wenn die Verbrennungskraftmaschine zu zünden ist. Insbesondere betrifft die Erfindung Verbesserungen an einem Zündsystem mit einem monostabilen Multivibrator zur Ausbildung eines Zündsignale zur Steuerung des Halbleiterschalters.

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Bei den herkömmlichen Zündsystemen für Verbrennungskraftmaschinen bleibt die Zeit, in der ein durch die Zündspule fließender Strom unterbrochen wird, unabhängig von einer Änderung der Drehzahl der Kraftmaschine unverändert erhalten, da das Unterbrechungszeitintervall für die Zündspule von der Betriebszeit eines monostabilen Multivibrators, für die dieser in semistabilen Zustand geschaltet ist, bestimmt ist.Andererseits ist die Zündspule so ausgelegt worden, daß durch sie ein Strom fließt für ein Zeitintervall, das lang genug ist, um eine ausreichend hohe Zündspannung oder ausreichend starke Zündfunken auch in dem Fall zu erzeugen, wo die Drehzahl der Kraftmaschine zunimmt und proportional hierzu das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Zündfolgen oder die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Funken abnimmt. Die Zündspule ist daher durch eine Versorgungsspannung mit einer Zeitkonstante erregt worden, die bei niedriger Betriebsdrehzahl genau so groß ist wie bei hoher Betriebsdrehzahl der Kraftmaschine. Bei niedriger Betriebsdrehzahl fließt daher fortwährend Strom durch die Zündspule, auch wenn bereits ausreichend elektromagnetische Energie von der Zündspule gespeichert worden ist. Aufgrund des elektrischen Widerstandes wird dann Warne in der Zündspule erzeugt, was wiederum zu einem Temperaturanstieg in der Spule führt. Hierdurch nimmt dann die Lebensdauer der Spule ab, wodurch die Betriebssicherheit der entsprechenden Zündschaltung insgesamt abnimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorerwähnten Nachteile der herkömmlichen Zündsysteme für Verbrennungskraftmaschinen zu beseitigen.

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Gemäß der Erfindung ist daher ein Zündsystem für Verbrennungskraftmaschinen mit folgenden Merkmalen geschaffen: Eine auf die Drehzahl der Kraftmaschine ansprechende Zündzeit-Feststellschaltung zur Erzeugung eines Zündsignals jedesmal dann, wenn die Maschine zu zünden ist, eine durch das Zündsignal in ihrem Betriebszustand gesteuerte Schalter-Schaltung mit einem Kondensator zur Bestimmung der Betriebszeit, eine auf die Steuerung der Schalter-Schaltung in deren Betriebszustand ansprechende Zündschaltung, um den durchfließenden Strom zu unterbrechen und um einen Zündfunken zu erzeugen, und ein Schaltelement zur Änderung der elektrischen Ladung des Kondensators entsprechend der Drehzahl der Kraftmaschine.

Die Schalter-Schaltung kann vorzugsweise ein monostabiler Multivibrator mit zwei Halbleiterelementen sein,wobei der Kondensator ladbar ist, wenn sich das erste Halbleiterelement im Betriebszustand befindet; weiterhin kann die Schaltung einen hochohmigen Widerstand aufweisen, der an eine Ladeschaltung für den Kondensator angeschlossen ist.

Um den Kondensator in sehr geringer Zeit zu entladen,wenn sich das zweite Halbleiterelement im Betriebszustand befindet, kann eine Halbleiterdiode an eine Entladeschaltung für den Kondensator parallel zu dem Widerstand angeschlossen sein, der seinerseits an die Ladeschaltung des Kondensators angeschlossen ist; hierbei ist die Halbleiterdiode so angeordnet, daß sie für den Entladestrom des Kondensators in Durchlaßrichtung gepolt ist und in diesem Fall, wenn sie leitend ist, den Widerstand kurzschließt.

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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:

IFig. 1 ein zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung verwendbares Diagramm; und

Fig. 2 ein schematisches Schaltdiagramm eines nach dem Prinzip der Erfindung aufgebauten Zündsystems.

In Fig. 1 ist ein zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung verwendbares Diagramm hergestellt. In Fig. 1 ist auf der Ordinatenachse die Zeit in einer beliebigen Einheit und auf der Abszisse die Drehzahl einer Verbrennungskraftmaschine in einer beliebigen Einheit dargestellt5 eine Gerade A stellt die Zündcharakteristik von herkömmlichen Kraftmaschinen dar, bei denen der zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Funken oder der Zeitabstand zwischen den Funken stetig mit zunehmender Drehzahl der Kraftmaschine abnimmt. Eine weitere Gerade C stellt die Arbeitszeit eines monostabilen Multivibrators dar, der in einem herkömmlichen, oben skizzierten ) Zündsystem verwendet ist. Die Arbeitszeit des monostabilen Multivibrators, während der er sich in semistabile» Zustand befindet, bleibt trotz zunehmende? Drehzahl der Kraftmaschine weitgehend unverändert. Sobald der monostabile Multivibrator in Betriebszustand geschaltet ist, um den zugehörigen Halbleiterschalter zu offnen, wie oben beschrieben, dann wird der Strom, der durch die Zündspule fließt, für die Betriebszeit des monostabilen Multivibrators unterbrochen. Mit anderen Worten, bei der Zündspule ist die Strom-Unterbrechungszeit gleich der Arbeitszeit des monostabilen Multivibrators; diese Zeit bleibt unabhängig von einer Drehzahlän—

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derung der Kraftmaschine weitgehend unver-ändert.

Für eine spezielle Drehzahl der Kraftmaschine ist dann die Zeit, in der Strom durch die Zündspule fließt,oder die "Leitungszeit¹* gleich der Differenz der Ordinatenwerte der entsprechenden Punkte auf den Geraden A und 0, die der Drehzahl der Kraftmaschine entsprechen. Diese Leitungszeit ist im allgemeinen lang genug eingestellt, damit auch bei einer hohen Betriebsdrehzahl der Kraftmaschine ein ausreichend starker Zündfunke erzeugt wird. Die Zündspule wird dann über einen Versorgungsschaltkreis mit einer Zeitkonstanten erregt, die bei hohen und niedrigen Betriebsdrehzahlen der Kraftmaschine unverändert bleibt, so daß bei niedriger Betriebsdrehzahl der Strom ständig durch die Zündspule fließt, auch wenn eine ausreichend hohe elektromagnetische Energie von der Spule gespeichert ist. Hierdurch wird dann in der Zündspule aufgrund des elektrischen Widerstandes Wärme erzeugt, was zu einem Temperaturanstieg an der Spule führt. Hierdurch nimmt dann die Lebensdauer der Spule ab, wodurch das Zündsystem insgesamt eine geringere Betriebssicherheit aufweist.

Bei der Erfindung werden die vorbeschriebenen Nachteile der bekannten Zündsysteme mittels verbesserter Einrichtungen dadurch beseitigt, daß die Zeit, in der der durch die Zündspule fließende Strom unterbrochen ist, bei niedrigerer Betriebsdrehzahl der zugehörigen Verbrennungskraftmaschine länger und bei höherer Drehzahl der Kraftmaschine kürzer wird. Wie insbesondere aus der Geraden B in Fig. 1 zu ersehen ist, ändert sich dann die Unterbrechungszeit für die Zündspule proportional zu einer Veränderung der Zeitdauer zwischen den Zündfunken relativ zu einer Drehzahländerung der Kraftmaschine, wie sie

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durch die Gerade A in Fig. 1 dargestellt ist. Bei hohen und niedrigen Betriebsdrehzahlen der Kraftmaschine wird der Zündspule ausreichend elektromagnetische Energie zugeführt und gleichzeitig sind die thermischen Verluste in der Zündspule vermieden.

In Fig. 2 ist ein Zündsystem für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung dargestellt.Die dargestellte Anordnung weist eine Zündzeit-Feststellschaltung ID

f zur Feststellung der Zeitpunkte, zu denen die zugehörige, nicht dargestellte Verbrennungskraftmaschine gezündet wird, eine Transistor-Schalter-Schaltung MM und eine Zündschaltung IC auf. Die Zündzeit-Feststellschaltung ID weist einen Signalgenerator 10 herkömmlicher Bauart auf, der auf die Drehzahl der Kraftmaschine anspricht, um ein Zündsignal an jedem Zündzeitpunkt zu erzeugen. Weiterhin weist die Schaltung ID eine Halbleiterdiode und einen NPN-Transistor 14 auf, die in der angeführten Reihenfolge in Serie geschaltet sind. Der Transistor besitzt eine Basiselektrode, die an die Katodenelektrode der Diode 12 angeschlossen ist, eine an Erde angeschlossene Emitterelektrode und eine Kollektorelektrode, die über einen Kollektorwiderstand 16 an den positiven Anschluß einer Gleichstromquelle B angeschlossen ist, die genau so wie der Generator mit Erde verbunden ist. Die Kollektorelektrode des Transistors 14 ist mit einem Kondensator 18 verbunden, der seinerseits an eine Anodenelektrode einer Halbleiterdiode 20 und an eine Katodenelektrode einer weiteren Halbleiterdiode 22 angeschlossen ist. Die Diode 20 ist mit ihrer Katodenelektrode an Erde angeschlossen, während die Anodenelektrode der Diode 22 mit der Transistor-Schalter-Schaltung MM verbunden ist.

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Die Transistor-Schalter-Schaltung MM ist als monostabiler Multivibrator ausgebildet, der einen NPN-Transistor 24 in Emitterschaltung aufweist, dessen Kollektorelektrode mit dem positiven Anschluß der Quelle B über einen Widerstand 26 und deren Basisi-ektrode mit der Anodenelektrode der Diode 22 verbunden ist und über einen Widerstand 28 an Erde angeschlossen ist. Die Kollektorelektrode des Transistors 24 ist weiterhin über einen Widerstand 30 mit einer Basiselektrode eine-s weiteren NPN-Transistors 32 verbunden. Die Kollektorelektrode des Transistors 32 ist mit der Basiselektrode des Transistors 24 über eine Reihenschaltung eines Kondensators 34 und eines Widerstandes 36 und mit dem positivenAnschluß der Quelle B über einen Kollektorwiderstand 38 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Kondensator 34 und der Basiselektrode des Transistors 24 ist über einen Widerstand 4o an den positiven Anschluß der Quelle B angeschlossen; der Widerstand 36 liegt parallel zu einer Halbleiterdiode 42, die so gepolt ist, daß ein Entladungsstrom des Kondensators 34 durch sie hindurchfließen muß.

Die Zündschaltung IO weist einen NPN-Transistor 44 in Emitterschaltung auf, dessen Basiselektrode mit der Kollektorelektrode des Transistors 32 und dessen Kollektorelektrode über eine Diode 46 mit konstanter Spannung, beispielsweise eine Zener-Diode, mit Erde und weiterhin über eine Primärwicklung einer Zündspule mit der positiven Klemme der Quelle B verbunden ist; die Zündspule48 besitzt noch eine Sekundärwicklung,die während des Betriebs in bekannter Weise an die zugeordnete, nicht dargestellte Kraftmaschine angekoppelt ist.

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Die Schalter-Schaltung oder der monostabile Multivibrator MM möge sich in stabilem Zustand befinden, indem der Transistor 24 leitend ist, während der Transistor 32 gesperrt ist; weiterhin möge Basisstrom von der Quelle B über den Widerstand 38 an den Schalttransistor 44 angelegt sein,um diesen in leitenden Zustand zu versetzen, damit von der Quelle B Strom durch die Primärwicklung der Spule 48 fließt. In diesem Fall wird dann der Kondensator 18 der Zündzeit-Feststellschaltung ID über den Widerstand 16 und die Mode 20 von der Stromquelle B mit der in Fig. 2 dargestellten Polarität geladen.

Wenn der Zeitpunkt, in dem die nicht dargestellte Maschine zu zünden ist, erreicht ist, erzeugt der Signalgenerator eine ein Zündsignal kennzeichnende Spannung. Diese Spannung wird dann über die Diode 12 dem Transistor 13 zugeführt,der dadurch in leitenden Zustand kommt. Der mit der dargestellten Polarität geladene Kondensator 18 entlädt sich dann über den nicht leitenden Transistor 13» Erde, den Transistor 28 und die Diode 22. Durch diese Entladung des Transistors 18 kommt der monostabile Multivibrator MM in seinen semistabilen oder seinen Betriebszustand, in dem er für eine bestimmte Zeitdauer bleibt, bevor er wieder in seinen stabilen Ausgangszustand zurückkehrt. Während des semistabilen Zustandes des Multivibrators MM wird der Transistor 24 aufgrund der Unterbrechung des Basisstroms gesperrt, während der Transistor 32 leitend wird.

Sobald der Transistor 32 leitend ist, fließt BeeLsstrom in den Schalttransistor 44, der dadurch nicht leitend oder gesperrt wird. Der durch die Zündspule « fließende Primärstrom wird unterbrochen, wodurch eine hohe Spannung an der Sefcundärseite der Spule 48 erzeugt wird, die ausreicht, um

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an der Verbrennungskraftmaschine einen Zündfunken zu erzeugen.

Der monostabile Multivibrator MM bleibt dann in semistabilem oder Betriebszustand, bis der Kondensator 34 vollständig entladen ist. Solange der monostabile Multivibrator MM sich im Betriebszustand befindet, ist der Transistor 44 gesperrt, so daß kein Strom durch die Zündspule fließen kann.

Gemäß der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen, um die En-Qadungszeit des Kondensators 34 entsprechend der Drehzahl der zugeordneten Verbrennungsmaschine zu steuern; die Entladungszeit bestimmt dann die Betriebszeit des monostabilen Multivibrators MM, für die dieser in semistabilem Zustand bleibt. Insbesondere weist der Widerstand 36 einen hohen Widerstandswert auf und ist zusätzlich zu dem Kollektorwiderstand 38 des Transistors 32 zu dem Kondensator 34 in Reihe geschaltet, so daß die Schaltung zur Entladung des Kondensators 34 eine große Zeitkonstante besitzt; weiterhin liegt der Widerstand 36 parallel zu der Diode 42,die so gepolt ist, daß der Entladungsstrom des Kondensators 34 durch sie hindurchfließt. Diese Maßnahme bewirkt,daß bei hoher Betriebsdrehzahl der Maschine, wo die Zwischenräume zwischen den Funken kurz sind, die elektrische Ladung an dem Kondensator 34 ab-, nimmt und daß ebenso die Entladungszeit des Kondensators 34 abnimmt, da die Diode 42 leitend ist und dadurch den Widerstand 36 kurzschließt.

Bei niedriger Betriebsdrehzahl nimmt daher die elektrische Ladung an dem Kondensator zu, um die Betriebszeit des monostabilen Multivibrators zu verlängern, die dieser in semistabilem Zustand bleibt, während die Zunahme der Drehzahl

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der Maschine zu einer stetigen Abnahme der Zeit zwischen den einzelnen Zündfunken führt und dadurch auch zu einer Abnahme der elektrischen Ladung auf dem Kondensator,woraus sich dann eine stetige Abnahme der Entladungszeit des . Kondensators ergibt.

Auf diese Weise ist ein Zündsystem für Verbrennungskraftmaschinen mit den gewünschten Eigenschaften in der Weise geschaffen, daß ein durch die Zündspule fließender Strom bei niedriger Drehzahl der Maschine eine längere Unterbrechungszeit und bei Zunahme der Drehzahl der Maschine eine kürzere Unterbrechungszeit aufweist, was durch die Betriebszeit des zugeordneten monostabilen Multivibrators bestimmt ist. Dies bedeutet aber, daß der durch die Zündspule fließende Strom für eine Zeitdauer unterbrochen ist, die proportional zu der Zunahme der Drehzahl der Maschine kürzer wird, wie es durch die Gerade B in Fig. 1 dargestellt ist.

Die Erfindung weist mehrere Vorteile auf. Wenn beispielsweise die Zeit, in der Strom durch die Zündspule fließt, so festgelegt ist, daß bei hohen Betriebsdrehzahlen der Maschine ausreichend starke Zündfunken erzeugt werden, dann kann die Zeit, in der Strom fließt, bei niedriger Betriebsdrehzahl auf den niedrigsten möglichen Grenzwert fest eingestellt werden. Ebenso kann der Strom unabhängig von der Drehzahl der zugeordneten Maschine durch die Zündspule nur für eine vorbestimmte feste Zeitdauer fließen. Die thermischen Verluste in der Zündspule können dann auf einen minimalen notwendigen Wert reduziert werden. Obwohl in dem bevorzugten Ausfuhxungsbeispiel der Erfindung NPN-Transistoren verwendet sind, können diese selbstverständlich auch durch PNP-Tranaistoren ersetzt werden.

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Claims

-11-Patentansprüche

i) Zündsystem für eine Verbrennungskraftmaschine, g e ennzeichnet durch eine auf die Drehzahl der Kraftmaschine ansprechende Zündzeit-Feststellschaltung (ID) zur Erzeugung eines Zündsignals jedesmall dann, wenn die Kraftmaschine zu zünden ist, durch eine durch.das Zündsignal in dem Betriebszustand gesteuerte Schalter-Schaltung (MM) mit einem Kondensator (34) zur Bestimmung der Betriebszeit, durch eine auf die Steuerung der Schalter-Schaltung (MM) in dem Betriebszustand ansprechende Zündschaltung (IC), um den durchfließenden Strom zu unterbrechen und um einen Zündfunken zu erzeugen, und durch ein Schaltelement (36) zur Änderung der elektrischen Ladung eines Kondensators (34) entsprechend der Drehzahl der Kraftmaschine.
2. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Schalter-Schaltung (MM) in Form eines monostabilen Multivibrators mit zwei Halbleiterelementen (24, 32) ausgebildet ist, daß der Kondensator (34) ladbar ist, wenn das erste Halbleiterelement (24) sich in Betriebszustand befindet, daß der Kondensator (34) entladbar ist, wenn sich das zweite Halbleiterelement (32) in Betriebszustand befindet, daß ein hochohmiger Widerstand (36) an eine Ladeschaltung für den Kondensator (34) angeschlossen ist, und daß eine Halbleiterdiode (42) an eine Entladeschaltung für den Kondensator (34) parallel zu dem Widerstand (36) angeschlossen und bezüglich des Entladestroms des Kondensators (34) in Durchlaßrichtung gepolt ist.
3. Zündsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Zündzeit-Feststellschaltung (ID) folgende Elemente aufweist: Einen auf die

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Drehzahl der Kraftmaschine ansprechenden Signalgenerator (10) zur Erzeugung des Zündsignals, ein von dem Zündsignal des Generators (10) gesteuertes Halbleiterelement (20), einen Kondensator (18), der geladen ist, wenn sich das Halbleiterelesent (14) nicht im Betriebszustand befindet, und der über das Halbleiterelement (14) in dessen Betriebszustand entladen ist, eine erste bezüglich des geladenen Kondensators (18) in Durchlaßrichtung gepolten Halbleiterdiode (22) und eine zweite bezüglich des geladenen Kondensators (18) umgekehrt gepolte Halbleiterdiode (20).

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