DE2139360C3

DE2139360C3 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit kapazitivem und induktivem Energiespeicher

Info

Publication number: DE2139360C3
Application number: DE2139360A
Authority: DE
Inventors: Gert 7000 Stuttgart Strelow
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1971-08-06
Filing date: 1971-08-06
Publication date: 1982-02-11
Also published as: AU460243B2; AU4530972A; ES405579A1; GB1346147A; FR2149929A5; US3760782A; SE373638B; BR7205296D0; IT963785B; CH543003A; DE2139360B2; DE2139360A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Zündtransformator, an dessen Primärwicklung ein Kondensator als kapazitiver Energiespeicher angeschlossen ist, mit einer Zündspule als induktiver Energiespeicher und mit mindestens einer Zündkerze, welche an die durch spannungsabhängige Schaltelemente voneinander entkoppelten Sekundärwicklungen des Zündtransformators und der Zündspule angeschlossen ist. Eine solche Zündanlage ist beispielsweise aus der DE-AS 12 34 446 bekannt.

Bei derartigen bekannten Zündanlagen wird der Kondensator über einen batteriegespeisten Gleichstromwandler aufgeladen und die Primärwicklung der Zündspule ist an eine Akkumulator-Batterie angeschlossen. Im Zündzeitpunkt wird der Kondensator über die Primärwicklung des Zündtransformators entladen und der Primärstrom in der Zündspule wird gleichzeitig unterbrochen. Die dabei in der Sekundärwicklung des Zündtransformators sowie in der Zündspule induzierte Hochspannung wird unmittelbar oder über einen Zündverteiler einer Zündkerze zur Erzeugung eines kräftigen und ausreichend langen Zündfunkens geführt. Es ist bekannt, die gegenseitige Beeinflussung der beiden Sekundärwicklungen dadurch zu unterbinden, daß sie über jeweils eine Hochspannungsdiode zueinander und zur Zündkerze parallel geschaltet sind.

Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die von den Hochspannungsdioden zu sperrende Spannung im Falle einer Zündunterbrechung oder eines Aussetzens des Zündfunkenüberschlags an der Zündkerze über die maximale Leerlaufspannung von 20 bis 25 kV an der Sekundärwicklung des Zündtransformators hinausgeht Diese hohe Spannung wird dadurch hervorgerufen, daß die Leitung auf der Sekundärseite des Zündtransformators aufgrund ihrer Kapazität bei Zündaussetzern auf das negative Maximum der Leerlaufspannung aufgeladen wird. Sobald nun die Leerlaufspannung vom negativen zum positiven Potentialmaximum durchschwingt, tritt an der Diode eine zu sperrende Spannung auf, die etwa doppelt so hoch ist wie die Leerlaufspitzenspannung an der Sekundärwicklung des Zündtransformators. Durch diese Hochspannung wird vielfach die Diode zerstört und die Zündanlage fällt aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine zweckmäßige Anordnung spannungsabhängiger Schaltelemente im Sekundärstromkreis der Zündanlage diese Mängel zu vermeiden und die Funktionssicherheit der Zündanlage zu erhöhen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein erstes spannungsabhängiges Schaltelement zwischen den beiden Sekundärwicklungen liegt, daß ein zweites spannungsabhängiges Schaltelement die Sekundärwicklung der Zündspule sowie das erste spannungsabhängige Schaltelement überbrückt und daß die Zündkerze zwischen den freien Anschlüssen der beiden Sekundärwicklungen angeschlossen ist. Die spannungsabhängigen Schaltelemente sind dabei vorzugsweise Hochspannungsdioden, die zueinander in gleicher Durchlaßrichtung geschaltet sind.

Die Erfindung weiterausbildende Einzelheiten sind an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das Schaltbild einer Zündanlage mit einem kapazitiven und einem induktiven Energiespeieher;

F i g. 2 zeigt den Spannungsverlauf an den verschiedenen Elementen im Hochspannungsstromkreis der Zündanlage für den Leerlauffall, bei dem kein Zündfunke zustande kommt.

Die Zündanlage wird von einer Akkumulatorbatterie 1 versorgt, an die ein an sich bekannter Gleichstromwandler 2 angeschlossen ist. Der Ausgang des Gleichstromwandlers 2 ist über eine Diode 3 mit einem als kapazitiver Energiespeicher dienenden Kondensator 4 verbunden, der mit der Primärwicklung 5 eines Zündtransformators 6 in Reihe liegt. Der andere Anschluß der Primärwicklung 5 liegt an Masse. Parallel zu dieser Reihenschaltung von Kondensator 4 und Primärwicklung 5 liegt ein kathodenseitig ebenfalls mit Masse verbundener Thyristor 7. Der Pluspol der Batterie 1 ist ferner mit dem Emitter eines Transistors 8 verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand 9 mit einem Anschluß der Primärwicklung 10 einer als induktiver Energiespeicher dienenden Zündspule 11 verbunden ist, deren anderer Anschluß an Masse liegt. Die Sekundärwicklungen 12 und 13 des Zündtransformators 6 und der Zündspule 11 sind in Reihe geschaltet. In der Verbindungsleitung zwischen beiden Sekundär-

wicklungen 12 und 13 liegt eine erste Hochspannungsdiode 14. Eine zweite Hochspannungsdiode 15 überbrückt die Sekundärwicklung 13 der Zündspule 11 sowie die Hochspannungsdiode 14. Beide Hochspannungsdioden 14 und 15 liegen in gleicher Durchlaßrichtung und sind anodenseitig miteinander verbunden. Die zweite Diode 15 liegt kathodenseitig an Maxie. Zwischen den freien Anschlüssen der beiden Sekundärwicklungen 12 und 13 ist eine Zündkerze 16 angeschlossen.

Die Kapazität der Sekundärwicklungen 12 und 13 and der daran angeschlossenen Leitungen ist durch einen Kondensator 17 dargestellt, der parallel zur Zündkerze 16 gestrichelt eingezeichnet ist Da das eine Ende der Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 über die Sekundärwicklung 13 der Zündspule 11 sowie über die Hochspannungsdioden 14 und 15 und nicht wie bekannt unmittelbar an Masse liegt, wird beim Betrieb der Zündanlage zwischen der Sekundärwicklung 12 und der mit einem Anschluß an Masse liegenden Primärwicklung 5 des Zündtransformators 6 eine Wicklungskapazität wirksam, die als Kondensator 18 parallel zur Hochspannungsdiode 15 gestrichelt eingezeichnet ist.

Bei eingeschalteter Zündanlage lädt der Wandler 2 den Kondensator 4 über die Diode 3 auf eine positive Spannung von etwa 400 V. Der Thyristor 7 ist dabei gesperrt. Ferner fließt ein Strom über den Transistor 8 und den Widerstand 9 durch die Primärwicklung 10 der Zündspule 11, in der dabei ein starkes Magnetfeld aufgebaut wird. Im Zündzeitpunkt wird nun der Thyristor 7 durch Anlegen eines Spannungsimpulses an seine Steuerelektrode in den leitenden Zustand umgeschaltet Der Kondensator 4 wird nun über den Thyristor 7 und über die Primärwicklung 5 des Zündtransformators 6 entladen. Der Entladungsstromstoß in der Primärwicklung 5 hat in der Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 einen Hochspannungsimpuls zur Folge, der über die Diode 15 auf die Zündkerze 16 gelangt Der starke Spannungsimpuls führt selbst bei stark verschmutzten und verrußten Zündkerzen zu einem kräftigen Zündfunken. Gleichzeitig mit dem Anlegen eines Steuerimpulses am Thyristor 7 oder zeitlich ein wenig früher oder später wird der Transistor 8 durch einen an seine Basis angelegten Spannungsimpuls gesperrt und damit der Strom in der Primärwicklung 10 der Zündspule 11 unterbrochen. Das Magnetfeld der Zündspule 11 bricht zusammen und in der Sekundärwicklung 13 wird nun eine Hochspannung induziert, die über die Hochspannungsdiode 14 und die Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 den Zündfunken an der Zündkerze 16 über eine ausreichend lange Zeit aufrecht hält

Es hat sich nun als zweckmäßig erwiesen, den Transistor8 einige MikroSekunden vor dem Einschalten des Thyristors 7 zu sperren. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß nach dem Auftreten des starken Spannungsimpulses in der Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 der Zündfunke an der Zündkerze 16 durch die dann bereits vorhandene Hochspannung in der Sekundärwicklung 13 der Zündspule ohne Unterbrechung aufrechterhalten wird.

Bei dieser Schaltungsanordnung der Dioden 14 und 15 wird zwar die Sekundärspannung der Zündspule 11 durch die Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 beeinflußt; dieser Einfluß ist aber unerheblich, da die Sekundärinduktivität der Zündspule 11 wesentlich größer ist als die des Zündtransformators 6. Während die Diode 15 die Sekundärwicklung 13 der Zündspule 11 von der Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 entkoppelt indem sie die Zündspule 11 sekundärseitig überbrückt soll die Hochspannungsdiode 14 verhindern, daß beim Einschalten des Transistors 8 die in der Zündspule 11 zu speichernde Energie sekundärseitig abfließt.

Die im Leerlauf an den einzelnen Elementen im Hochspannungsstromkreis der Zündanlage auftretenden zeitlichen Spannungsverläufe sind in Fig.2 dargestellt Die Spannung Un tritt an der Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6, die Spannung Un an der Sekundärwicklung 13 der Zündspule 11, die Spannung U\₆ am Hochspannungsanschluß der Zündkerze 16, die Spannung U» an der Hochspannungsdiode

14 und die Spannung i/15 an der Hochspannungsdiode

15 auf.

Qei der Entladung des Kondensators 4 tritt in der Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 im Leerlauf zunächst ein steiler und starker negativer Spannungsimpuls auf. Die Spannung Un schwingt anschließend durch Null in den positiven Bereich und verläuft schließlich mit einer kleinen negativen Spannungshalbwelle gegen Null. Beim Unterbrechen des Primärstromkreises der Zündspule U wird in der Sekundärwicklung 13 eine im Vergleich zur Spannung Un langsamer auf ihren negativen Maximalwert ansteigende Spannung Un induziert, die nach einer Zeit von mehreren 100 Mikrosekunden allmählich auf einen kleinen positiven Wert durchschwingt und dann in einer gedämpften Schwingung gegen Null geht Die Spannung U\t am Hochspannungsanschluß der Zündkerze 16 wird bei der Entladung des Kondensators 4 durch die Sekundärspannung Un ebenfalls sprungartig negativ. Während der negativen Halbwelle der Sekundärspannung Un der Zündspule 11 überlagert sich diese der Sekundärspannung Un des Zündtransformators 6 und der Kondensator 17 wird dadurch auf eine negative Spannung von etwa 20 kV aufgeladen. Wie der Verlauf der Spannung Um zeigt, entlädt er sich anschließend ganz allmählich über die in Sperrichtung beanspruchten Dioden 14 und 15. Die Spannung Uu an der Hochspannungsdiode 14 entspricht vor dem Zündzeitpunkt Zzp der Spannung U,₆. Sobald nun an der Sekundärwicklung 13 die negative Spannung Un auftritt, kommt die Diode 14 in den Durchlaßbereich. Die Spannung Uh fällt nun auf die Durchlaßspannung der Diode 14. Nachdem nun die Sekundärspannung Un ihren Maximalwert überschritten hat, wird die Spannung Uu an der Diode 14 erneut negativ. Die Diode 14 sperrt und der Verlauf der gesperrten Spannung L/h ergibt sich nun aus der Differenz zwischen der Spannung Un und der Spannung U\₆ (U^-Un); sie beträgt maximal etwa 25 kV. Auch die Spannung U\₅ an der Hochspannungsdiode 15 entspricht zunächst der Spannung U]₆ am Kondensator 17 bzw. an der Zündkerze 16. Während der ersten negativen Halbwelle der Spannung Un an der Sekundärwicklung 12 des Zündtransformators 6 liegt die Hochspannungsdiode 15 in Durchlaßrichtung. Die Spannung U\₅ fällt dabei auf die Diodendurchlaßspannung und der Kondensator 17 wird auf etwa 30 kV aufgeladen. Während der zweiten, positiven Halbwelle der Spannung Un in der Sekundärwicklung 12 liegt die Hochspannungsdiode 15 in Sperrichtung. Daraus ergibt sich, daß während dieser zwei'en Spannungshalbwelle die Sekundärwicklung 12 an die Reihenschaltung aus den Kondensatoren 17 und 18 angeschlossen ist. Der Kondensator 18 wird jetzt von dem Kondensator 17 teilweise'aufgeladen und es findet eine Spannungsaufteilung zwischen beiden Kondensa-

toren 17 und 18 statt. Diese Aufteilung bewirkt eine Begrenzung der von der Hochspannungsdiode 15 zu sperrenden Spannung U\s auf einen Wert von etwa 25 kV.

Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die in F i g. 1 dargestellte Zündanlage beschränkt. Anstelle der Hochspannungsdiode 14 kann z. B. auch eine Funkenstrecke oder eine Zenerdiode mit einer Zenerspannung von mehr als 1 kV verwendet werden. In allen Fällen, in denen der Zündtransformator primärseitig mit Masse verbunden ist und sekundärseitig beim Durchschwingen der Leerlaufspannung durch ein erstes spannungsabhängiges Schaltelement von der Masse und durch ein zweites spannungsabhängiges Schaltelement von der

^r> Primärwicklung 13 der Zündspule 11 entkoppelt ist, wird durch die Kapazität zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Zündtransformators die am spannungsabhängigen Schaltelement 15 zu sperrende Spannung L/15 auf einen für dieses Element

ίο ungefährlichen Wert begrenzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Zündtransformator, an dessen Primärwicklung ein Kondensator als kapazitiver Energiespeicner angeschlossen ist, mit einer Zündspule als induktiver Energiespeicher und mit mindestens einer Zündkerze, welche an die durch spannungsabhängige Schaltelemente voneinander entkoppelten Sekundärwicklungen des Zündtransformators und der Zündspule angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes spannungsabhängiges Schaltelement zwischen den beiden Sekundärwicklungen (12, 13) liegt, daß ein zweites spannungsabhängiges Schaltelement die Sekundärwicklung (13) der Zündspule (11) sowie das erste spannungsabhängige Schakelement überbrückt und daß die Zündkerze (16) zwischen den freien Anschlüssen der beiden Sekundärwicklungen (12,13) angeschlossen ist

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der spannungsabhängigen Schaltelemente eine Hochspannungsdiode (14, 15) ist.

3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide spannungsabhängigen Schaltelemente in gleicher Durchlaßrichtung liegende Hochspannungsdioden (14,15) sind.

4. Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hochspannungsdioden (14, 15) anodenseitig miteinander verbunden sind und daß die zweite Diode (15) kathodenseitig an Masse liegt.

5. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Verbindung zwischen beiden Sekundärwicklungen (12, 13) liegende Schaltelement eine Zenerdiode ist.

6. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Verbindung zwischen den beiden Sekundärwicklungen (12, 13) liegende Schaltelement eine Funkenstrecke ist.

7. Zündanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechspannung des Schaltelements größer als 1 kV ist.