DE2152253A1 - Method and device for generating electrical sparks - Google Patents
Method and device for generating electrical sparksInfo
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Description
PLESSEY HANDEL UKD INVESTMENTS AG 6500 Zug, Schweiz
Gartenstrasse 2PLESSEY HANDEL UKD INVESTMENTS AG 6500 Zug, Switzerland
Gartenstrasse 2
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer FunkenMethod and device for generating electrical sparks
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung elektrischer Tunken, insbesondere auf elektrische Zündfunkensysteme.The invention relates to methods and apparatus for the generation of electric dips, in particular electric Spark systems.
Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Funken dadurch gekennzeichnet, daß an eine Funkenstrecke eine Höchstspannung zum Zünden eines Lichtbogens angelegt wird, und daß der so gezündete Funke mit Strom von einem nur auf einer Hochspannung aufgeladenen Speicherkondensator verstärkt wird.According to the invention, a method for generating electrical sparks is characterized in that a Spark gap a maximum voltage is applied to ignite an arc, and that the spark ignited in this way is amplified with electricity from a storage capacitor charged only to a high voltage.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch einen Transformator, der bei Zuführung eines von einer Stromversorgungsanordnung gelieferten Hochspannungsimpulses eine Höchstspannung zum Zweck einer Funkenerzeugung liefert, und durch einen Speicher kondensator, der so angeordnet ist, daß er von der Stroraversorgungsanordnung auf eine Hochspannung aufgeladen und anschließend bei Betätigung eines Schalters zur Lieferung einer den Funken verstärkenden Energie entladen wird.A device for carrying out the method is characterized according to the invention by a transformer, which is a maximum voltage when a high-voltage pulse is supplied by a power supply arrangement for the purpose of spark generation, and by a storage capacitor which is arranged so that it of the power supply arrangement is charged to a high voltage and then when a switch is actuated for delivery an energy amplifying the spark is discharged.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß ein Spartransformator vorgesehen ist, daß die Stromversorgungsanordnung einen Speicherkondensat or und einen Schalter enthält, der den Strom von dem Speicherkondensator durch eine Primärwicklung des Spartransformators schaltet, so daß im Batrieb des Systems an der Sekundärwicklung des Spartransformators eine Höchstspannung für die Funkenerzeugung entsteht, und daß die für die Stromversorgungsanordnung erscheinenden Impedanzen der Primär- und Sskundärwicklungskreise so bemessen sind, daß nach der Erzeugung eines Funke ns beim Betrieb des Systems die für die Stromversorgungsanordnung erscheinende Impedanz des Sekundärwicklungskreises niedriger als die Impedanz des Primärwicklungskreises wird. Auf diese Weise wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Vergrößerung der· Funkenintensitat erreicht, da der Strom von dem Speicherkondensator über den verhältnismäßig niederohmigen Weg der Sekundärwicklung verläuft, in welchen eine Funkenstrecke, beispielsweise eine Zündkerze, in Serie eingefügt ist.A preferred embodiment of the device according to the invention is that an autotransformer it is provided that the power supply arrangement contains a storage capacitor and a switch that the Current from the storage capacitor through a primary winding of the autotransformer switches, so that the system is powered by the secondary winding of the autotransformer a maximum voltage for spark generation arises, and that those appearing for the power supply arrangement Impedances of the primary and secondary winding circuits are dimensioned so that after a spark has been generated, ns at Operation of the system, the impedance of the secondary winding circuit, which appears for the power supply arrangement, is lower than the impedance of the primary winding circuit. In this way, there is a magnification in the device according to the invention the · spark intensity is achieved as the current of the storage capacitor runs over the relatively low-resistance path of the secondary winding, in which a Spark gap, such as a spark plug, is inserted in series.
Die Stromversorgungsschaltung kann einen Oszillabor enthalten, cfer beim Betrieb einer verhältnismäßig niedrigen Gleichspannung eine Wechsel-Hochspannung erzeugt, sowie Gleichrichtereinrichtungen, über welche die Wechsel-Hochspannung an den Speicherkondensator angelegt wird, damit dieser auf eine GIeich-Hochspannung aufgeladen wird.The power supply circuit can contain an oscillation laboratory, cfer when operating a relatively low DC voltage an alternating high voltage is generated, as well as rectifier devices via which the alternating high voltage is applied the storage capacitor is applied so that it is charged to a same high voltage.
Ferner kann die Stromversorgungseinrichtung vorzugsweise auxh einen Schwellenwertschalter enthalten, der zur Sperrung des Oszillators betätigt wird, wenn die Ladespannung des Speicherkondensators einen vorbestimmten Wert erreicht.Furthermore, the power supply device can preferably contain a threshold value switch that is used to block of the oscillator is operated when the charging voltage of the Storage capacitor reaches a predetermined value.
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Eine bevorzugte Atrsführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Spartransformator an seiner Anzapfung von der Stromversorgungsanordnung gespeist wird, daß der Primärwicklungskreis über einen Schalter und einen Kondensator vervollständigt ist, daß die Kapazität des Kondensators klein gegen die Kapazität des Speicherkondensators ist, und daß die Sekundärwicklung so angeordnet ist, daß sie die Hochspannung an die Funkenstrecke anlegt.A preferred embodiment of the invention exists in that the autotransformer at its tap of the power supply arrangement is fed that the primary winding circuit via a switch and a capacitor it is completed that the capacitance of the capacitor is small compared to the capacitance of the storage capacitor, and that the secondary winding is arranged so that it carries the high voltage applied to the spark gap.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß mehrereA development of the invention is that several
Transformatoren an den Speicherkondensator angeschlossen sind, und zwar einer für jede Zündkerze einer Brennkraftmaschine, daß in Serie mit der Primärwicklung jedes Transformators ein elektronischer Schalter liegt, und daß die Schalter der Reihe nach zur Erzeugung von Höchstspannungsimpulsen in einer vorbestimmten Reihenfolge betätigt werden.Transformers connected to the storage capacitor are, one for each spark plug of an internal combustion engine, that in series with the primary winding of each Transformer is an electronic switch, and that the switches in sequence to generate high voltage pulses operated in a predetermined order.
Die elektronischen Schalter dieser Vorrichtung können mit einer mechanischen Unterbrecheranordnung herkömmlicher Art verbunden sein, oder mit einer elektronischen Impulsverteileranordnung, wie sie in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung "Elektronischeimpulsverteileranordnung" der gleichen Anmelderin beschrieben ist.The electronic switches of this device can be more conventional with a mechanical breaker arrangement Kind of connected, or to an electronic pulse distribution arrangement such as those in the concurrently filed Patent application "Electronic pulse distributor arrangement" by the same applicant.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben, deren einzige Figur das Schaltbild eines für das Zündsystem eines Kraftwagens geeignetes Funkenerzeugersystem zeigt.The invention is described by way of example with reference to the drawing, the single figure of which is the circuit diagram of a Spark generator system suitable for the ignition system of a motor vehicle shows.
Die in der Zeichnung gezeigte Anordnung ist für die Verwendung bei einem Vierzylindermotor bestimmt, wobei die den Zylindern zugeordneten Zündkerzen schematisch bei 1, 2, 3, 4- dargestellt sind. Jeder der Zündkerzen 1 bis 4· istThe arrangement shown in the drawing is intended for use in a four-cylinder engine, the Spark plugs assigned to the cylinders are shown schematically at 1, 2, 3, 4-. Each of the spark plugs 1 to 4 · is
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ein Spartransformator 5, 6, 7 bzw. 8 zugeordnet.Jeder Spar transformator wird an seiner Anzapfung von einer Stromversorgungseinrichtung gespeist, die einen Ladungsapeicherkondensator 9 enthält. Die Primärwicklungen 5a, 6a, 7a, 8a der Spartransformatoren 5 bis 8 werden über einen Kondensator 10, 11,12 bzw. 13 gespeist, der klein gegen die Kapazität des S pe ic her kondensat or s 9 ist* Die Kondensatoren 10 11, 12 und 13 sind über gesteuerte Halbleitergleichrichter (Thyristoren) Hf 15, 16 bzw. 17 mit Masse verbunden; diese Thyristoren sind durch Freilauf dioden 18, 19, 20 und 21 überbrückt, deren Wirkungsweise später beschrieben wird.an autotransformer assigned to 5, 6, 7 or 8. Each autotransformer is at its tap from a power supply facility fed by a charge storage capacitor 9 contains. The primary windings 5a, 6a, 7a, 8a of the autotransformers 5 to 8 are connected via a capacitor 10, 11, 12 or 13, which is small compared to the capacitance of the capacitor 9 * The capacitors 10, 11, 12 and 13 are connected to ground via controlled semiconductor rectifiers (thyristors) Hf 15, 16 and 17, respectively; these thyristors are bridged by free-wheeling diodes 18, 19, 20 and 21, the operation of which will be described later.
ψ BMh Betrieb der Schaltung werden Steuerimpulse der Reihe ψ BMh operation of the circuit are control pulses in series
nach an die Klemmen 22, 23, 24 , 25 der Thyristoren angelegt. Da das Funkenerzeugungssystem bei allen Zündkerzen gleich ist, soll die Arbeitsweise der Schaltung nur in "fer bindung mit der Zündkerze 1 beschrieben werden· Wenn ein Steuersignal an die Klemme 22 angelegt wird, wird der Thyristor H in seinen leitenden Zustand gebracht, so daß ein kurzer Stromimpuls von dem Speicherkondensat or 9 über die Primärwicklung des Spartransformators 5 geht,um den verhältnismäßig kleinen Kondensator 10 aufzuladen« Als folge des dadurch erzeugten Primärstroms entsteht eine induzierte Sekundärspannung, die einen Überschlag an der Funkenstrecke der Zündkerze 1 infolge einer Ionisierung verursacht. Bei dem dargestellten Beispiel wird an den Spartransformator von Speicherkondensator 9 eine Gleichspannung von etwa 400 V angelegt; die Primärwicklung 5a besitzt zwei Windungen , und die Sekundärwicklung 56 100 Windungen, was ein Windungsverhältnis von 50:1 ergibt. Es ist somit zu erkennen, daß die kurzzeitig an der Funkenstrecke der Zündkerze 1 erseheioettde Höchstspannung 20 kV beträgt.after applied to the terminals 22, 23, 24, 25 of the thyristors. Since the spark generation system is the same for all spark plugs, the mode of operation of the circuit should only work in conjunction with the Spark plug 1 will be described · When a control signal is on the terminal 22 is applied, the thyristor H is brought into its conductive state, so that a short current pulse from the storage condenser or 9 via the primary winding of the Auto transformer 5 is about the relatively small Charging capacitor 10 «As a result of the primary current generated thereby, an induced secondary voltage arises, the caused a flashover at the spark gap of the spark plug 1 as a result of ionization. In the example shown is connected to the autotransformer of storage capacitor 9 DC voltage of about 400 V applied; the primary winding 5a has two turns, and the secondary winding 56 100 turns, which gives a turns ratio of 50: 1. It is thus it can be seen that the maximum voltage seen briefly at the spark gap of the spark plug 1 is 20 kV.
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Wenn die Luft in der Funkenstrecke wegen des kurzzeitigen Anlegens der Höchstspannung ionisiert wird, erscheint an der Stromversorgungsschaltung eine niedrige Impedanz, und ein großer Funkenaufrechterhaltungsstrom geht von dem ladungsspeicherkondensator 9 über die Sekundärwicklung, damit der Funken in der Zündkerze 1 voll ausgebildet wird. Nachdem sich der Kondensator 9 über die Funkenstrecke der Zündkerze 1 entladen hat, wird er über die Stromversorgungseinrichtung wieder aufgeladen, so daß er für den nächsten Funken bereit ist.When the air in the spark gap is ionized due to the brief application of the maximum voltage, appears on the power supply circuit has a low impedance, and a large spark sustaining current goes from the charge storage capacitor 9 via the secondary winding, so that the spark in the spark plug 1 is fully formed. After the capacitor 9 is over the spark gap the spark plug 1 has discharged, it is over the power supply device recharged so that it is ready for the next spark.
Die zuvor erwähnte Freilaufdiode 18 ermöglicht die Entladung der Kondensatoren 10 über die Wicklung 5, wodurch ein Strom erzeugt wird, der ebenfalls zur Verstärkung des Funkens beiträgt.The aforementioned freewheeling diode 18 enables the discharge of the capacitors 10 via the winding 5, whereby a current is generated which is also used to amplify the Funkens contributes.
Die Stromversorgungseinrichtung enthält einen Oszillator mit einem Transistor 26, in dessen Kollektorkreis die Primärwicklung 27 eines Oszillatorstiansformators liegt, dessen Sekundärwicklung 28 im Basiskreis des Transistors liegt. Die Phasenlagen der Wicklungen sind so angeordnet, daß die Schaltung schwingt, wodurch eine Ausgangswechselspannung von etwa 400 Y in einer weiteren Sekundärwicklung 29 induziert wird, die mit dem Speicherkondensator 9 über einen Gleichrichter 30 so verbunden ist, daß dieser aufgeladen wird. Die hohe Aus gangs wechselspannung wird durch einen üblichen Sperrschwingerbetrieb infolge der Spannungsspitzen erzeugt, die in der Sekundärwicklung 29 induziert werden, wenn der Strom durch die Primäwicklung beim Schwingen der Schaltung ein- und ausgeschaltet wird. Die Spannung, auf die der Speicherkondensator 9 aufgeladen wird, wird an einer Zenerdiode 31 abgetastet. Wenn die Zenerdiode 31 in den Lawinen be reich kommt und durchbricht, steigt die Spannung an der Basis eines Steuertransistors soweit an, daß durch Steuerung der Leitfähigkeit einesThe power supply device contains an oscillator with a transistor 26, in whose collector circuit the Primary winding 27 of an oscillator stage transformer is located, the secondary winding 28 of which is located in the base circuit of the transistor. The phase positions of the windings are arranged in such a way that that the circuit oscillates, creating an AC output voltage of approximately 400 Y is induced in a further secondary winding 29, which is connected to the storage capacitor 9 is connected via a rectifier 30 so that it is charged. The high output AC voltage is generated by a normal blocking oscillator operation as a result of the voltage peaks in the secondary winding 29 are induced when the current through the primary winding is switched on and off when the circuit oscillates. The voltage to which the storage capacitor 9 is charged is sampled at a Zener diode 31. If the Zener diode 31 comes rich in the avalanches and breaks through, the voltage at the base of a control transistor increases to the extent that by controlling the conductivity of a
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Transistors 33 der Oszillator abgechaltet wird.Transistor 33, the oscillator is switched off.
Durch die Verwendung eines Oszillators der zuvor beschriebenen Art, wird eine verhältnismäßig niedrige Gleichspannung, die an der Stromversorgungsleitung 34 verfügbar ist, in eine verhältnismäßig hohe Wechselspannung umgewandelt, die zum Aufladen des Speicherkondensatora 9 gleichgerichtet wird. Bei dem beschriebenen Beispiel ist zwar die Verwendung eines Sperrschwingers vorgesehen, doch ist es offensichtlich, daß auch andere Oszillatorschaltungen verwendet werden können, die ein ähnliches Ergebnis liefern.By using an oscillator of the type previously described Kind of, being a relatively low DC voltage that is available on the power supply line 34, converted into a relatively high AC voltage that is used to Charging the storage capacitor 9 is rectified. In the example described, the use of a blocking oscillator, but it is obvious that other oscillator circuits can also be used, which give a similar result.
P Die zuvor beschriebene Funkenerzeugeranordnung hat denP The spark generator arrangement described above has the
besonderen Vorteil, daß wegen der verhältnismäßig hohen Hochspannung das zur Erzeugung der Höchstspannung von 20 kV erforderliche WindungsZahlverhältnis nur 50:1 beträgt, so daß der Transformator verhältnismäßig klein sein kann. Ein weiterer wichtiger Faktor, der dazu beiträgt, daß die Größe der Spartransformatoren 5, 6, 7 und 8 sehr klein gehalten werden kann, besteht darin, daß nur eine geringe Leistung durch Induktion von der Primärwicklung zur Sekundärwicklung übertragen wird, die gerade ausreicht, um den Überschlag in der Funkenstrecke der Zündkerze auszulösen, während die Aufrechterhaltung des Funkens durch einen Strom erfolgt, der vom Speicherkondensator direkt über die Sekundärwicklung fließt und einen ' Funken großer Stärke ergibt.special advantage that because of the relatively high High voltage the number of turns required to generate the maximum voltage of 20 kV is only 50: 1 is so that the transformer can be relatively small. Another important factor that helps that the size of the autotransformers 5, 6, 7 and 8 can be kept very small, consists in that only a small power by induction from the primary winding is transferred to the secondary winding, which is straight sufficient to trigger the flashover in the spark gap of the spark plug while maintaining the Spark occurs through a current that flows from the storage capacitor directly through the secondary winding and a ' Gives a spark of great strength.
Bei der beschriebenen Anordnung können die Transformatoren ohne weiteres auf den Zündkerzen angebracht und auf Ferritmaterial gewickelt sein.In the described arrangement, the transformers easily attached to the spark plugs and wound on ferrite material.
PatentansprücheClaims
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Claims (1)
1./Verfahren zur Erzeugung elektrischer Funken, dadurch L.
1./Method for generating electrical sparks, thereby
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