DE2145285A1 - Anordnung zum erhoehen von zuendfunkenstaerke - Google Patents

Anordnung zum erhoehen von zuendfunkenstaerke

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DE2145285A1
DE2145285A1 DE19712145285 DE2145285A DE2145285A1 DE 2145285 A1 DE2145285 A1 DE 2145285A1 DE 19712145285 DE19712145285 DE 19712145285 DE 2145285 A DE2145285 A DE 2145285A DE 2145285 A1 DE2145285 A1 DE 2145285A1
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Paul Haisenko
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F02P15/12Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having means for strengthening spark during starting

Description

  • ANORDNUNG ZUM ERHÖHEN VON ZÜNDFUNKENSGARKE.
  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erhöhen von Zündfunkenstärke im Bereich hoher Motorenumdrehungszahlen in Spulenzündanlagen für Verbrennungsmotore, welche im wesentlichen aus einer an eine elektrische Stromquelle über einen Stromunterbrecher angeschlossenen Zündspule bestehen und zum Erzeugen von elektrischen Zündfunken in Zündkerzen von Verbrennungsmotoren dienen.
  • Für die Funktion von Verbrennungsmotoren ist es erforderlich, ein Brenngemisch in den Zylindern von Motoren in jeweils in Bezug auf Funktionszyklusablauf von Motoren genau definierten Zeitpunkten zu entzünden. Zu diesem Zweck wird üblicherweise ein elektrischer Zündfunke in einer Zündkerze mittels einer Zündanlage erzeugt, der genügend stark sein muß, um das Brenngemisch schnell zu entzünden.
  • Die meistverbreiteten Zündanlagen sind Spulenzündanlagen, welche im wesentlichen aus einer an eine elektrische Batterie über einen Stromunterbrecher angeschlossenen Zündspule bestehen. Solange der Unterbrecher geschlossen ist, fließt durch die Zündspule ein elektrischer Strom. Beim Öffnen des Unterbrechers wird dieser elektrische Strom unterbrochen und die in der Induktivität der Zündspule durch den Stromfluß aufgespeicherte elektrische Energie verursacht einen Spannungsanstieg, der in einer Zündkerze einen elektrischen Zündfunken erzeugt, über den die aufgespeicherte Energie abfließt0 Spulenzündanlagen sind einfach und robust. Ihnen sind jedoch schwerwiegende Nachteile eigen. Der wichtigste Nachteil besteht darin, daß die Zündfunkenstärke mit steigender Motorendrehzahl sinkt. Dies ist durch die Wirkungsweise der Spulenzündanlage bedingt. Um eine bestimmte Energie in der Induktivität aufzuspeichern, ist in ihr eine bestimmte Stromstärke erforderlich. Die mögliche Spitzenstromstärke hängt unter anderem von der Zeit ab, in welcher eine entladene Induktivität an die elektrische Spannungsquelle angeschlossen bleibt. Bei niedrigen Motorendrehzahlen bleibt der Unterbrecher lange genug geschlossen, und der Strom kann genügend hoch ansteigen, Mit Erhöhung von Motorendrehzahl wird die Stromflußzeit kürzer und der erreichbare Spitzenstrom sinkt, wodurch der Zündfunke schwächer wird0 Es ist bekannt, Spulenzündanlagen durch Einfügen eines Transistors zwischen die Zündspule und den Unterbrecher in sogenannte Transistor-Spulenzündanlagen umzuwandeln. Dadurch werden vor allem zwei andere Nachteile von Spulenzündanlagen eliminiert, nämlich der Abbrand von Unterbrecherkontakten und die Ungenauigkeiten in jeweiligem Zündzeitpunkt, die ansonsten durch eine Lichtbogenbildung zwischen den Uterbrecherkontakten entstehen. Jedoch sinkt auch in dieser Zündanlagenart die Funkenstärke mit Erhöhung von Motorendrehzahl im gleichen Maß ab, wie bei normalen Spulenzündanlagen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleichmässige, unverminderte Zündfunkenstärke von Spulenzündanlagen bei verschiedenen Motorendrehzahlen zu erreichen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch Einschränken von Zündfunkenbrenndauer gelöst, mittels geeignetem Schalten des Stromflusses in der Zündspule, wodurch ein Teil der in der Induktivität der Zündspule durch den Stromfluß aufgespeicherten Energie nicht in den Zündfunken abgeführt wird, sondern in der Zündspule bleibt und einen schnellen Anstieg des Stromflusses in ihr bewirkt.
  • Bei einer Spulenzündanlage beginnt ein Zündfunke in einer Zündkerze mit einer gewissen Anfangsstromstärke, die davon abhängig ist, welcher Ladestrom im Augenblick der Unterbrechung durch die Zündspule fließt. Im Verlauf der Brennzeit vom Zündfunken sinkt die anfängliche Funkenstromstärke ungefähr linear mit der Zeit bis auf Null ab, wobei die in der Zündspule aufgespeicherte Energie erschöpft und die Induktivität der Zündspule entladen wird0 Die Brenndauer eines Zündfunkens, und somit auch die Entladezeit der Induktivität, liegen bei Spulenzündanlagen bei voller Stromflußhöhe in der Grössenordnung einer Millisekunde. Zum Entzünden von Brenngemisch in einem Motorenzylinder ist die anfängliche Stromstärke im Zündfunken wichtig. Bei genügender Stromstärke wird das Brenngemisch innerhalb von höchstens 0,2 ms voll entzündet.
  • Falls das Brenngemisch nach Ablauf dieser Zeit noch nicht brennt, kann es von dem auslaufenden restlichen "Schwanz" des Zündfunkens mit niedrigerer Stromstärke aflch nicht mehr entzündet werden. Dieser "5chwanz" ist überflüssig und kann abgeschafft werden, ohne das Nachteile dadurch entstehen, Wenn der Unterbrecher nach Ablauf von 0,2 - 0,25 ms nach dem Öffnen wieder geschlossen wird, wird dadurch der noch brennende und nicht mehr benötigte Zündfunke abgebrochene Die in der Induktivität der Zündspule aufgespeicherte und nur zum Teil für den kürzeren Zündfunken verbrauchte elektrische Energie bewirkt einen sehr schnellen Wiederanstieg vom Ladestrom, so daß bis zum nächsten Zündfunken wieder ein hoher Strom in der Zündspule fließt und der nächste Funke wieder in voller Stärke erzeugt wird, auch wenn die Stromflußzeit nur kurz war.
  • Obwohl ein so gestalteter Unterbrechungsschalter auch mit mechanischen Mitteln nicht unmöglich ist, erscheint es zweckmässiger, ihn elektronisch auszuführen, weil dann gleichzeitig auch der störende Lichtbogen bei Unterbrechen beseitigt wird. Die Art und Konstruktion der Unterbrechungsschalter ist nicht Gegenstand der Erfindung. Im Ausführungsbeispiel wird eine der möglichen praktischen Ausführungen eines elektronischen Schalters lediglich zum Zweck der Demonstration gezeigt.
  • Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß die Zündfunkenstärke einer erfindungsgemäss ausgestalteter Spulenzündanlage in Gegensatz zu den üblichen Spulenzündanlagen auch in den hohen Drehzahlbereichen von Verbrennungsmotoren unvermindert bleibt. Dadurch wird ein besseres Verbrennen von Brenngemisch in den Motorenzylindern, Herabsetzen von schädlichen Abgasen und Kraftstoffersparnis durch besseres Ausnützen erreicht.
  • Im folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand von Zeichnungen anschaulich erklärt.
  • Fig. 1 zeigt den tadestromverlauf in einer Zündspule einer bisher üblichen Spulenzündanlage (ohne erfindungsmässiger Ausgestaltung) bei niedrigen Motorendrehzahlen. Im Zeitpunkt 2 wird der Unterbrecherkontakt geöffnet, im Zeitpunkt 3 geschlossen, und bleibt geschlossen bis zum nächsten Zeitpunkt 2o In der Zeitspanne zwischen 3 und 2 kann der elektrische Strom in der Zündspule bei gegebenen Speisebatteriespannung, Zündspuleninduktivität und Zündspulenwiderstand eine Stromstärke 6 erreichen. Der Stromverlauf ist mit 5 bezeichnet.
  • Fig. 2 zeigt dasselbe wie Fig. 1, im gleichen Maßstab, bei einer höheren Motorendrehzahl. Die Zeitspanne von S bis 2 ist jetzt kürzer, und der Strom 5 kann die Stromstärke 6 nicht mehr erreichen. Wenn die Motorendrehzahl weiter erhöht wird, sinkt der Strom 5 noch mehr ab, auf einen kleinen Bruchteil von Stromstärke 6.
  • Fig. 3 zeigt dasselbe wie Fig. 2, im gleichen Maßstab, bei gleicher Motorenumdrehungszahl wie in der Fig. 2, jedoch mit Verwendung einer erfindungsmässigen Anordnung. Die Zeitspanne von 2 bis 3 ist so weit verkürzt, daß nur ein Teil der in der Zündspule aufgespeicherten Energie in den Zündfunken abfließt.
  • Die in der Spule verbleibende Energie bewirkt einen steilen Wiederanstieg von Ladestrom 5. Der Strom 5 kann wieder die volle Stromstärke 6 erreichen, und wird sie auch dann noch erreichen, wenn die Motorendrehzahl nochmals verdoppelt wird0 Fig. 4 zeigt im Zeitlupenmaßstab den Zündfunkenstrom 7, der den Bedingungen von Fig. 1 entspricht und eine Stromstärke 8 erreicht. Punkt 3 von Fig. 1 liegt bei diesem Maßstab außerhalb der Zeichnung.
  • Fig. 5 zeigt dasselbe wie Fig. 4 bei Bedingungen von Figo 2, im gleichen Zeitlupenmaßstab wie Fig. 4. Der Zeitpunkt 3 von Figo 2 liegt hier innerhalb der Zeichnung. Der Zündfunkenstrom erreicht nicht mehr die Stromstärke 8 und sinkt bei weiterer Erhöhung von Motorendrehzahl noch weiter herab unter gleichzeitiger weiterer Verkürzung auch von ZündfunkenbrenndauerO Ein sicheres Entzünden von Brenngemisch ist fraglich.
  • Fig. 6 zeigt dasselbe wie Fig. 5, im gleichen Zeitlupenmaßstab, bei Bedingungen von Fig. 3, also'mit Verwendung erfindungsmässiger Anordnung. Der Zündfunkenstromfluß umfasst zwar eine kürzere Zeitspanne, das Brenngemisch wird aber mit Sicherheit gut entzündet, weil der Zündfunkenstrom die volle, hohe Stromstärke 8 hat. Auch bei einer weiteren Verdopplung von Motorendrehzahl bleibt der Zündfunkenstromverlauf genau gleich, mit gleicher Stromstärke und gleicher Zeitdauer.
  • Fig. 7 zeigt als ein Beispiel eine der möglichen Ausführungen einer erfindungsmässigen Anordnung. Mit 10 ist die Zündspule, mit 11 der Stromunterbrecher einer üblichen Spulenzündanlage, mit 12 der in jeder Spulenzündanlage vorhandene Kondensator bezeichnet. Bei einer üblichen Spulenzündanlage , ohne Verwendung der Erfindung, wäre der Unterbrecher 11 direkt an den Anschluß 1 der Zündspule 10 angeschlossen. Am Punkt 15 liegt die Speise stromquelle, sowohl bei einer üblichen, als auch bei der erfindungsmässigen Ausführung. Der Anschluß 4 der Zündspule 10 liefert die Spannung für die Zündkerzen. Erfindungsgeläss wird der Unterbrecher am Anschluß 1 der Zündspule 10 durch eine erfindungsmässige Anordnung 13 ersetzt. Der Unterbrecher 11 wird in diesem Beispiel als Impulsgeber für die Anordnung 13 mitverwendet, jedoch kann stattdessen auch eine andere Steuereinrichtung benutzt werden. Der Transistor 14 übernimmt die Schalterfunktion. Im Ruhezustand ist er stromleitendO Sobald an den Anschluß 16 ein Steuerimpuls von dem Unterbrecher 11 oder von einem anderen Geber ankommt, wird der Schalttransistor 14 gesperrt, der Stromfluß in dar Zündspule 10 unterbrochen, und die Zündspule erzeugt die Zündfunkenspannung am Anschluß 4. Erfindungsgemäss wird der Schalttransistor 14 wieder stromleitend noch bevor die gesamte in der Induktivität von Zündspule 10 aufgespeicherte Energie verbraucht wird0 Dadurch wird der Zündfunke abgebrochen und die verbliebene Energie bewirkt einen raschen Stromwiederanstieg in der Zündspule 10. Die Dauer der Stromunterbrechung kann in weiten Grenzen durch entsprechende Wahl des Wertes von Kondensator 17 eingestellt werden. Sie ist von der Höhe der Speisespannung fast unabhängig. Bei unterschiedlichen Motorendrehzahlen ändert sich die Dauer der Stromunterbrechung nicht.
  • Da diese Schaltung einer der möglichen erfindungsmässigen Anordnungen 13 für sich nicht Gegenstand der Erfindung ist, wird ihre Funktionsweise im einzelnen nicht näher besch rieben.

Claims (1)

a a t e n t a n s p r u c h.
1. Anordnung zum Erhöhen von Zündfunkenstärke Im Bereich hoher Motorenumdrehungszahlen in Spulenzündanlagen für Verbrennungsmotore, welche im wesentlichen aus einer an eine elektrische Stromquelle über einen Stromunterbrecher angeschlossenen Zündspule bestehen und zum Erzeugen von elektrischen Zündfunken in Zündkerzen von Verbrennungsmotoren dienen, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignetes Schalten des Stromflusses in de Zündspule die Brenndauer von Ztindfunken eingeschränkt wird, wodurch ein Teil der in der Induktivität der Zündspule durch den Stromfluß aufgespeicherten elektrischen Energie unverbraucht bleibt und einen schnellen Anstieg des weiteren Stromflusses in ihr bewirkt.
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