DE2225951B2 - Zuendschaltung fuer eine rein induktive zuendeinrichtung bei brennkraftmaschinen zur bestimmung der stromsperrzeit in der primaerwicklung der zuendspule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung für eine rein induktive Zündeinrichtung bei Brennkraftmaschinen zur Bestimmung der Stromsperrzeit in der Primärwicklung der Zündspule, mit einer Spannungsquelle, mit einer mit der Zündspule in Reihe zwischen den Klemmen der Spannungsquelle liegenden und von einem 2.weiten Transistor angesteuerten elektronischen Schalteinrichtung, die den Stromfluß durch die Primärwicklung der Zündspule einschaltet oder sperrt, mit einem ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine erzeugenden Signalgenerator, mit einem über seine Basis von einem Auslösesignal angesteuerten ersten Transistor, und mit einem einerseits mit dem Kollektor des ersten Transistors und andererseits mit der Basis des zweiten Transistors gekoppelten Kondensator, wobei dem Ladeweg des Kondensators die mit der einen Klemme der Spannungsquelle verbundene Basis-Emitterstrecke des zweiten Transistors und ein zwischen dem Kollektor des ersten Transistors und der anderen Klemme der Spannungsquelle liegender erster Widerstand gehört und zum Entladeweg des Kondensators sowohl ein mit seinem einen Anschluß an der Basis des zweiten Transistors liegender zweiter Widerstand gehört als auch eine Vorrichtung, die bewirkt, daß die Sperrzeit für den Stromfluß durch die Primärwicklung der Zündspule in jedem Zündzyklus sich im umgekehrten Verhältnis zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert.

Beim Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung (JA-PS 17 131/68) besteht die Vorrichtung, die bewirkt, daß die Sperrzeit für den Stromfluß durch die Primärwicklung der Zündspule in jedem Zündzyklus sich im umgekehrten Verhältnis zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert, aus zwei ferromagneti-

sehen Eisenringen mit gegensinnig gewickelten und in Reihe liegenden Primärspulen, die mit dem Ausgang des Signalgenerators verbunden sind. Weiterhin finden sich auf den ferromagnetischen Ringen Sekundärspulen, die in gicichem Sinne gewickelt sind und in Reihe zwischen dem Kondensator und der Basis des zweiten Transistors liegen. Der zum Entladeweg des Kondensators ebenfalls gehörende und mit seinem einen Anschluß an der Basis des zweiten Transistors liegende zweitt Widerstand liegt mit seinem anderen Anschluß an der anderen Klemme der Spannungsquelle. Das Auslösesignal, das den ersten Transistor über seine Basis ansteuert, wird nicht von dem Signalgenerator abgeleitet.

Weiterhin ist aus der US-PS 34 73 061 eine Zündschaltung für eine rein induktive Zündeinrichtung bei Brennkraftmaschinen zur Bestimmung der Stromsperrzeit der Primärwicklung der Zündspule bekannt, bei der die Stromausschaltzeit der Primärwicklung der Zündspule unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Die Stromsperrzeit wird von der Laufzeit des verwendeten monostabilen Multivibrators bestimmt, die ihrerseits durch das die beiden Transistoren des Multivibrators ÄC-Gliedes bestimmt ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündschaltung der im Oberbegriff des vorstehenden Hauptanspruchs genannten Art zu schaffen, die ohne zusätzliche Induktivitäten auskommt und bei der auf einfache Weise das Auslösesignal für die Ansteuerung des ersten Transistors abgeleitet wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Vorrichtung eine Schaltvorrichtung ist, die über den Kollektor und den Emitter des ersten Transistors mit der einen Klemme der Spannungsquelle verbunden ist und bei einem an dem Kondensator auftretenden vorbestimmten Laclungspegel schaltet,, wodurch die Sperrzeit für den Stromfluß durch die Primärwicklung beendet wird, daß der zweite Widerstand mit seinem anderen Anschluß au der einen Klemme der Spannungsquelle liegt und daG das Auslösesignal aus dem vom Signalgenerator erzeugten elektrischen Signal gewonnen wird.

Im Gegensatz zu den in die Sättigung gehenden magnetischen Ringen gemäß der JA-PS 17 131/68, die mit einer gewissen Zeitverzögerung arbeiten, erfaßt die Schaltvorrichtung den an dem Kondensator auftretenden vorbestimmten Ladungspegel sofort; da der zweite Widerstand mit seinem anderen Anschluß an der einen Klemme der Spannungsquelle liegt, kann sich der Kondensator über den Widerstand und die Schaltvorrichtung entladen, wobei der Entladekreis eine Zeitkonstante aufweist, die in der Größenordnung oder größer als die Periode zwischen den aufeinanderfolgenden Auslösesignalen bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ist und kleiner ist als die Periode zwischen den aufeinanderfolgenden Auslösesignalen bei niederen Drehzahlen. Da die Schaltvorrichtung, die über den Kollektor und den Emitter des ersten Transistors mit der einen Klemme der Spannungsquelle verbunden ist, bei dem von ihr selbst erfaßten vorbestimmten Ladungspegel schaltet, braucht für die Erreichung des Ziels, daß die Sperrzeit für den Stromfluß durch die Primärwicklung der Zündspule in jedem Zündzyklus sich in umgekehrtem Verhältnis zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert, kein Signalgenerator neben einem Auslösesignalgenerator eingesetzt zu werden, sondern das elektrische Ausgangssignal des Signalgencrators wird als Auslösesignal einfach auf die Basis des ersten Transistors gegeben. (Über die Ableitung des Auslösesignals ist in der JA-PS 17 131/68 nichts weiter ausgeführt.) Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung; eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündschaltung soll anhand der Figuren näher beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer Zündschaltung,

F i g. 2 eine Aufsicht auf einen in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zündschaltung verwendeten Verteiler,

F i g. 3 eine Seitenansicht eines Teils des Verteilers,

F i g. 4 + 5 Wellenformen von Spannungen, die an den verschiedenen, in dem Schaltbild gemäß F i g. 1 gekennzeichneten Punkten auftreten.

Die vorliegende Zündschaltung enthält eine elektronische Reglereinheit 11 und einen magnetischen Abtaster 12, der die elektromagnetischen Untei brecherpunkte ersetzt, die in einem konventionellen Zündungssystem für eine Brennkraftmaschine angewendet wird. Die Maschine, mit dem Bezugszeichen 13 versehen, besitzt einen Verteiler 14, eine übliche Zündspule 21, die eine Primärwicklung 22 und eine Sekundärwicklung 23 hat, und eine Anzahl Zündkerzen 24, jeweils eine für jeden Zylinder des Motors.

Eine Seite jeder Zündkerze ist elektrisch geerdet und die andere Seite jeweils mit einer aus einer Anzahl fester Klemmen 16 verbunden, die auf einem Kreisbogen mit Zwischenräumen in der abnehmbaren Kappe 15 des Verteilern, der in F i g. 3 gezeigt ist, angeordnet sind. Die Verteilerwelle 18 wird an ihrem unteren Ende von der Motor-Nockenwelle (nicht dargestellt) angetrieben und besitzt eine im Winkel einstellbare Hülse 29 an ihrem oberen Ende, auf der ein Rotor-Arm 19 befestigt ist. Der Arm 19 hat einen elektrischen Kontakt 19c, der in gleitendem, drehendem Kontakt mit dem zentralen Klemmen-Ende 17 der Verteilerkappe steht, wobei das Klemmen-Ende 17 über einen Leiter 20 mit dem einen Anschluß der Sekundärwicklung 23 der Zündspule in Verbindung steht. Auf diese Weise wird Hochspannungs-Energie in einer bestimmten Reihenfolge über den Rotor-Kontaktarm 19c an die Zündkerzen gelegt, wobei der Rotor-Kontaktarm 19c nahe der in einem Kreisbogen aufgereihten Klemmen 16 diesen gegenüber mit einem bestimmten Abstand angeordnet ist.

Der andere Anschluß der Sekundärwicklung der Zündspule ist im Innern des Zündspulen-Gehäuses mit dem einen Anschluß der Primärwicklung verbunden, der in Fig. 1 als Minus-Pol der Zündspule bezeichnet ist. Der Plus-Pol der Zündspule, der das andere Ende der Primärwicklung darstellt, ist über einen Ballastwiderstand 31 und den Fahrzeug-Zündschalter 32 mit der positiven Klemme einer elektrischen Energiequelle verbunden, die die Fahrzeug-Batterie 34 enthält, und die mit einem negativ geerdeten System veibunden ist. Die negative Seite oder Klemme der Zündspule 21 ist nach außen hin mit der Ausgangsklemme O der elektronischen Regeleinheit 11 verbunden, deren Gehäuse geerdet ist. Die Regeleinheit 11 enthält weiterhin eine Versorger-Klemme V, die mit dem Zündschloß-Kontakl R des Zündschalters 32 verbunden ist, sowie ein Paai Eingangsklemmen Pl und P2, die mit der Spule 44 dei magnetischen Abtast- oder Signal-Generatoreinheit Ii in Verbindung steht.

Die Abtasteinheit 12 ist am oberen Teil des Verteiler: 14 angebracht und ist mit einem Vakuum-Vorstell- unc Regler-Vorstell-Mechanismus zur Änderung der Zünd zeit in Abhängigkeit des Motor-Unterdrucks und de Motordrehzahl ausgerüstet. Wie in F i g. 2 dargestellt isi enthält die Abtasteinheit ein mit Zähnen versehenes un<

daher einen magnetischen Widerstand darstellendes Rad 40, einen Permanentmagneten 42 und eine Abtastspule 44, wodurch der Magnet und die Spule den Stator-Teil der Abtasteinheit darstellen und die auf eine bewegliche Platte 50 montiert sind. Das Rad 40, das für jede Zündkerze oder jeden Motorzylinder jeweils einen Zahn besitzt und das aus magnetisch permeablem Material besteht, ist fest verbunden mit dem einstellbaren Hülsenteil 29 am oberen Ende der Verteilerwelle 18. Die einstellbare Hülse 29, die einen Teil des Regel-Vorstellmechanismus bildet, trägt eine mit Schlitzen versehene Platte 28 an ihrem unteren Ende, durch die sie über Stifte 26 mit den Regler-Gewichten 25, die zentrifugal wirken, gekoppelt ist, um die Lage des Rades 40 sowohl winkelmäßig relativ zur Verteilerwelle 18 als auch zur Abtastspule in Abhängigkeit zur Motordrehzahl einzustellen.

Der Magnet 42 und die Abtastspule 44 werden von einem gekrümmten Pol-Teil 46 getragen, wobei der eine Teil die Abtastspule 44 und der andere Teil den Magneten 42 trägt. Der Magnet 42, der als flacher, freiliegender Magnet dargestellt ist, wird auf dem Pol-Teil durch Nietösen 48 gesichert, erweitert durch einen aufrechten Feststell-Träger 51, der mittels Schrauben 52 an der bereits genannten beweglichen Platte 50 befestigt ist. Da die Platte 50 über Glieder 95 direkt mit dem geeigneten Unterdruck-Vorstellmechanismus gekoppelt ist, kann die Lage von Abtastspul- und Magnet-Einheit vorgestellt oder zurückgestellt werden, relativ zum Rad 40, auf der Verteilerwelle, um eine automatische Zünd-Vorstellung mit demselben Zentrifugal- und Unterdruck-Vorstellmechanismus zu erhalten, der auch bei einer konventionellen Verteiler-Unterbrecherkontakt-Anordnung benutzt wird.

Die Abtasteinheit 12 erzeugt bipolare Spannungssignale, die zahlenmäßig der Anzahl von Zähnen auf dem Rad 40 entsprechen, die bei jeder Umdrehung der Verteilerwelle vor der Abtastspule vorbeilaufen, wobei diese Welle mit der halben Drehzahl der Motordrehzahl rotiert. Diese Signale werden in zeitlichem Abstand aufeinanderfolgend über ein Paar von Leitern 54,55 zu den Eingangsklemmen Pi und P2 der Regeleinheit geführt, wobei der zeitliche Zwischenraum oder die Periode zwischen den aufeinanderfolgenden Signalen gleich ist dem reziproken Produkt der Anzahl der Zähne auf dem Rad 40 und der Verteilerwellenumdrehung pro Sekunde.

Wie in F i g. 1 gezeigt ist, enthält die elektronische Regeleinheit 11 eine Anzahl Halbleiter-Stufen, in denen eine Eingangsstufe 60, eine variable Pulsbreiten-Regelstufe 62, eine Vortreiberstufe 64, eine Treiberstufe 66 und eine Ausgangsstufe 68 enthalten ist, wobei die Stufen 60, 64, 66 und 68 Transistoren vom gleichen Leit-Typus sind.

Der Eingangsstufen-Halbleiter 60 ist ein hoch verstärkender NPN-Transistor, der bei geerdetem Emitter mit seinem Kollektor über den Versorgungswiderstand 70 mit der B + -Leitung 72 verbunden ist, die ihrerseits über den Zündschalter 32 mit der Fahrzeug-Batterie 34 in Verbindung steht Ein Diodenpaar mit D\ und D2 bezeichnet und entsprechend Fig. 1 gepolt, sind im Eingang zu Transistor 60 enthalten. Diode D1 liegt zwischen der Basis des Transistors 60 und der Abtast-Eingangsklemme Fl, und die Diode D 2 liegt zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 60, entsprechend der Darstellung. Ein Vorspann-Strom, der den Transistor 60 normalerweise leitend hält, wird die Basiselektrode Ober die Versorgungsleitung 72, den Widerstand 76, die Leitung 75 und über den Widerstand 74 zugeführt.

Das Halbleiterteil 62 der Impulsbreiten-Bestimmungsstufe ist eine Anordnung zum Festlegen einer Leitungsbedingung, wie ein Thyristor, auch unter dem Namen regelbarer Unijunction-Transistor bekannt, wobei dieser eine Anode, ein Gatter und eine geerdete Kathode besitzt, und in der Art eines monostabilen Multivibrator-Schaltkreises mit den folgenden Komponenten in der folgenden Art geschaltet ist: Die Anode des Thyristors 62 ist mit der einen Klemme des Widerstands 70 und mit dem Kollektor des Transistors 60 einerseits und mit einem Anschluß einer Kapazität 77 verbunden, während die Torelektrode über ein Spannungsteiler-Netzwerk, das die Widerstände 78, 80 in Serienschaltung zwischen der Leitung 72 und Erdpotential enthält, verbunden ist. Der andere Anschluß der Kapazität 77 ist mit dem Eingang oder der Regel-Elektrode des Halbleiter-Teiles 64 und mit dem vom Erdpunkt abgewandten Teil des Widerstandes 82 verbunden.

Die aus einem Halbleiter-Teil 64 bestehende Vortreiber-Stufe ist als NPN-Transistor dargestellt, der, bei geerdetem Emitter, mit seinem Kollektor am Versorger-Widerstand 76 und an dem einen Anschluß des Widerstandes 84 liegt, der die Vortreiber-Stufe mit der Treiberstufe verbindet. Der Widerstand 84 dient jedoch hauptsächlich dazu, die Ansteuerempfindlichkeit des Schaltkreises zu bestimmen, wie dies später noch beschrieben werden wird.

Der Halbleiter 66 in der Treiberstufe ist ebenfalls vom NPN-Typ und als Emitter-Folger geschaltet, wobei die Basis mit dem anderen Anschluß des Strombegrenzer-Widerstandes 84 und der Emitter einerseits mit der Eingangs- oder Regel-Elektrode der Ausgangsstufe 68 und andererseits mit dem vom Erdpotential abgewandten Anschluß des Emitter-Widerstandes 86 verbunden ist. Die Arbeitsspannung wird dem Kollektor des Treibertransistors 66 von der Leitung 72 über den Widerstand 88 zugeführt, wobei der Kollektor des Transistors 66 weiterhin über die Widerstände 90 und 92 mit dem Kollektor des Ausgangsstufen-Transistors 68 in Verbindung steht. Eine Zener-Diode 94 liegt zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 90 und 92 und der Basis bzw. der Eingangs-Elektrode des Ausgangs-Transistors 68.

Die Ausgangsstufe 68 ist ein NPN-Leistungstransistor, der als Schalter geschaltet ist und der auf einem wärmeleitenden Teil außerhalb des Gehäuses der elektrischen Regeleinheit 11, oder ggf. von außen aufgesetzt ist, um gute Wärmeableitung zu gewährleisten. Der Kollektor und der geerdete Emitter sind zur Erzeugung eines Schaltkreis-Regelverhältnisses in Serie mit der Primärwicklung der Zündspule geschaltet, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist Der Kondensator 96, der der Kollektor-Emitterstrecke des Ausgangs-Transistors 96 parallel liegt, nimmt die Verlust-Blindleistung der Zündspule auf, und vermindert dadurch die Erwärmung.

Die Arbeitsweise der Zündschaltung soll anhand der F i g. 4 und 5 dargestellt werden, wobei die Oszillogramme für die Schaltsignale oder -Impulse und für die Spannungs-Wellenformen für verschiedene Punkte A-E, die im Schaltkreis für die Elektronische Regeleinheit 11 angegeben sind, gezeigt werden. F i g. 4

fcs stellt die Wellenformen dar, die bei einer niederen Motor-Leerlauf drehzahl von etwa 1000 Upm (oder 500 Upm des Verteilers) auftritt; die horizontale Zeitskala zeigt 2msecJUnterteilung. Fig.5 zeigt die

iVellenformen bei einer hohen Motordrehzahl von SOOO Upm (oder 3000 Upm des Verteilers), wobei die lorizontale Zeitskala 0,5 msec/Untenieilung darstellt.

Bei Abwesenheit eines Schaltimpulses, der an die jlektronische Regeleinheit 11 angelegt wird, also während des Ruhezustandes, werden die verschiedenen Stufen der Einheit wie folgt arbeiten:

Der Transistor 60 wird leitend sein, wobei der Basisstrom aus der Leitung 72 über die Widerstände 76 und 74 gespeist wird. Die Halbleiter 62 und 64 werden nichtleitend sein. Transistor 66 wird leitend sein, wobei die Basis aus der Leitung 72 über die Widerstände 76 und 84 gespeist wird, und dieser Transistor wird den Transistor 68 mit Strom für die Basis versorgen. Daher wird der Transistor 68 leitend sein und eine bestimmte Stromstärke, die vom Widerstandswert des Ballast-Transistors 31 sowie durch die Primärwicklung der Zündspule 22 begrenzt ist, wird durch die Zündspule fließen.

Die F i g. 4A und 5A zeigen Wellenformen der Signalspannung, die in der Abtastspmle induziert und am Punkt A in F i g. 1 auftritt und durch die Vorgänge des Eingangs-Schaltkreises der elektronischen Regeleinheit beeinflußt wird. Während des Auftretens der positiven Teiles der erzeugten Abtast-Spannung ist die Diode D1 gesperrt, so daß kein Strom in der Abtastspule fließt. Der Spannungsabfall über der Basis-Emitterstrecke des normalerweise leitenden Transistors 60 wird die Spannung an dessen Basis festlegen und die Diode D 2 nichtleitend machen. Strom kann nur dann durch die Abtast-Spule fließen, wenn der negative Teil der Abtastspannung anliegt, die infolge der in Serie liegenden Dioden Dl und Dl, die parallel zur Abtast-Spule liegen, auf einem Wert von etwa —1 V festgelegt ist. Die Diode D1 gleicht die Basis-Emitterspannung des Transistors 60 aus, wodurch der Transistor 60 schaltet, wenn über der Abtast-Spule etwa 0 V anliegen.

Zur Zeit J₀ befindet sich ein Zahn des Rades 40 gerade gegenüber dem Kern der Abtasispule, wodurch der Zwischenraum auf ein Minimum reduziert wird, so daß das Magnetfeld einen Spitzen- oder Maximum-Wert erreicht. Da die Spannung, die in der Abtastspule induziert wird, von der Ableitung nach der Zeit oder der Änderungsrate des damit zusammenhängenden Magnetfeldes bestimmt wird, läuft die induzierte Spannung daher durch Null und ändert das Vorzeichen von + zu —. Wenn die Abtastspannung negativ wird, beginnt der Strom über den Widerstand 74 und die Diode D1 zu fließen, wodurch der Basis des Transistors 60 der Strom entzogen wird, so daß der Transistor 60 abschaltet Die Spannung am Kollektor des Transistors 60 steigt an und die Kapazität 77 beginnt sich gemäß Fig.4B durch einen Strom aufzuladen, der über einen Auflade-Schaltkreis über den Widerstand 70 und die Basis des Transistors 64 geliefert wird. Der Transistor 64 wird dadurch in den leitenden Zustand versetzt, wobei seine Kollektrospannung nahezu Null wird, so daß der Widerstand 74 nicht mehr Strom an die Basis des Transistors 60 liefern kann. Daher wird der Transistor 60 vollständig nichtleitend und bleibt unabhängig vom Abtastverhalten im nichtleitenden Zustand, bis zum nächsten Schaltzyklus, der einige Zeit später einsetzt Die beschriebene Abschaltmaßnahme des Transistors 60 ist selbstregelnd, wodurch ein schnelles und positives (<? Abschalten gewährleistet und Einschalten des Schaltkreises auch bei kleinen Drehzahlen, bei denen die Abtastspannung recht unregelmäßig sein kann, möglich

Dadurch, daß der Transistor 64 der Vortreiber-Stufe sich nunmehr im leitenden Zustand befindet, wird dem Transistor 66 der Basisstrom entzogen und er wird nichtleitend, wodurch der Transistor 68 der Ausgangsstufe nichtleitend wird und den Stromfluß durch die Primärwicklung der Zündspule unterbricht. Der magnetische Kraftfluß durch die Zündspule beginnt abzunehmen und induziert Spannungen in der Primär- und Sekundärwicklung, wobei die induzierte Sekundärspannung eine Größe erreicht, die ausreicht, um die Zündkerze zu zünden. Der mit dieser Entladung in Verbindung stehende Sekundärstrom fängt die Abnahme des Zündspulen-Feldes auf und erzeugt einen Gleichgewichts-Wert, wobei die Primär- und Sekundärspannung während der Stromsperrzeit in der Primärwicklung der Zündspule auf einen niedrigeren Wert abfallen.

Zur Zeit Γι, die durch die Parameterwerte der Komponenten 70, 77, 78/80 und 82 bestimmt wird, hat sich der Kondensator 77 auf einen Spannungspegel von etwa 8 V (vgl. F i g. 4B) aufgeladen, wobei die Anodenspannung des aus einem Halbleiter bestehenden Spannungs-Umschalt-Teiles 62 über die Spannung am Verbindungspunkt des Spannungsteilers 78,80 ansteigt, um den Thyristor 62 zu zünden. Der Kondensator 77 beginnt daraufhin, sich über einen Entladungs-Schaltweg zu entladen, nämlich von der +-Seite des Kondensators 77 über die Anoden-Kathoden-Leitung des Thyristors 62 und des Widerstandes 82 auf die —Seite des Kondensators 77. Die Spannung an der Basis des Vortreiber-Transistors 64 fällt auf einen negativer; Wert, der unterhalb Null liegt, ab, wie dies in F i g. 4C gezeigt ist. Der Transistor 64 wird daher sofort nichtleitend und bleibt während der gesamten Entladungs-Periode des Kondensators 77 nichtleitend. Wenn der Transistor 64 in den nichtleitenden Zustand kommt, werden die Transistoren 66 und 68 leitend, wodurch die Stromsperrzeit, die zwischen ίο und fi liegt, bestimmt wird, und der Primärstrom fließt von neuem in die Zündspule.

In einer der Zeit 11 folgenden Zeit leitet der Thyristor 62 weiter und der Kondensator 77 wird sich auch weiterhin entladen. Wenn der nächste Zahn des Rades 40 sich der Abtastspule nähen und die darin induzierte Spannung in positiver Richtung anzusteigen beginnt, wird der Transistor 60 zu einer Zeit, die etwa der Zeit f 2 entspricht, leitend. Bei leitendem Transistor 60 fällt die Spannung an seinem Kollektor und an der Anode des Thyristors 62 gemäß F i g. 4B auf einen solch niedrigen Wert ab, daß der Thyristor abgeschaltet wird. Bei nichtleitendem Thyristor 62 entlädt sich die noch verbliebene Ladung auf dem Kondensator 77 über der Transistor 60 und den Widerstand 82, wie dies durch der leichten Anstieg in negativer Richtung bei etwa der Zel· f₂ an der Entladungs-Wellenform von Fig.4C zi erkennen ist

Zur Ziet f 3 ist der bereits genannte nächste Zahn de Rades 40 gerade gegenüber dem Stator-Kern de Abtastspule, und die in der Abtastspule induzierti Spannung läuft wiederum von Pias über Null nacl Minus. Daraufhin beginnt wiederum Strom durch di Abtastspule zu fließen, der den Transistor 60 in de: nichtleitenden Zustand versetzt, der die Stromflußzeit in der Primärwicklung der Zündspule beendet, di zwischen den Zeiten ti und Γ3 liegt, und der de nächsten Zünd-Zyklus schaltet

Die Wellenformen von Fig.5 sind im wesentliche

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ίο

denen von Fig.4 ähnlich, abgesehen davon, daß bei einer hohen Motordrehzahl, wie dies durch Fig.5 dargestellt ist, der Kondensator 77 weniger Zeit hat, sich zu entladen, als bei kleineren Drehzahlen und der daher zur Zeit f3, bei der der nächste Schaltzyklus beginnt. Restladung aufweist, wie dies durch Vergleich der Fig.4C und 5C festgestellt werden kann. Infolge der verbliebenen Ladung auf dem Kondensator 77 beginnt dieser, sich von einem erhöhten Spannungspegel aus aufzuladen und folglich benötigt dieser bei hohen Drehzahlen eine geringere Zeit als bei niederen Drehzahlen, um sich auf einen Wert aufzuladen, bei dem der Thyristor leitend wird, wie es Fig.5C zeigt. Aus diesem Grunde wird die Stromsperrzeit d verringert und diese Zeit ist bei hoher Drehzahl kürzer als bei niederer Drehzahl. Bei niedrigen Drehzahlen ist die Stromsperrzeit hauptsächlich durch die konstante Entladungs-Periode des Widerstandes 70 und des Kondensators 77 festgelegt. Bei hohen Drehzahlen beeinflußt jedoch die Größe des Entladungswiderstandes 82, die die Geschwindigkeit der Entladung des Kondensators 77 festlegt, die Stromsperrzeit und sollte eine Entladungszeit-Konstante mit dem Kondensator 77 erzeugen, die mit der Periode zwischen den aufeinanderfolgenden Signal-Spannungsimpulsen wenigstens gleich oder in der gleichen Größenordnung ist, die vc>m Verteiler bei hohen Drehzahlen des Motors geliefert werden.

In der dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Zeitkonsi.ante des Entladungskreises etwa viermal größer als die konstante des Aufladekreises. Die Entladezeit-Konstante ist relativ zum Motorzyklus von längerer Dauer als die Periode zwischen den aufeinanderfolgenden Impulsen, die durch die Abtastanordnung bei dem Maximum oder der höchsten Arbeitsdrehzahl des Motors erzeugt wird, und sie ist von geringerer Dauer als die Periode zwischen den aufeinanderfolgenden Impulsen bei einer geringen Drehzahl des Motors.

Auf Grund der variablen Stromsperrzeit-Charakteristik gefährdet der Zündregler der vorliegenden Erfindung nicht die Auswahl der Stromsperrzeit des Zündsystemis bei einem Betrieb des Motors mit niederer Drehzahl, bei dem die Stromsperrzeit derart ausgewählt werden kann, daß sie genügend lang, beispielsweise wenigstens 1 msec, oder langer ist, um einen Zündbogen entsprechender Dauer für den minimalen Fahrzeug-Abgas-Ausstoß zu erzeugen. Bei hohen Motordrehzahlen, bei denen die Entladungsdauer wenig Einfluß auf den Betrieb des Motors und auf den Abgas-Ausstoß hat, führt die verkürzte Stromsperrzeit, die durch die vorliegende Erfindung möglich gemacht wird, vorteilhafterweise zu einem geringeren Energieverlust an der Zündspule bei jedem Zündzyklus. Zusätzlich führt die verkürzte Stromsperrzeit bei hoher Drehzahl zu einer entsprechenden verlängerten oder ansteigenden Stromnußzeit i/bei hoher Drehzahl, die über der Zeit liegt, die durch eine Zündschaltung gebildet wird, die eine feste Stromsperrzeit über nahezu den ganzen Drehzahlbereich des Motors erzeugt Folglich hat die Zündspule, die zusammen mit dem Regler der vorliegenden Erfindung benutzt wird, relativ lange Ladedauer von der Ladequelle, die langer ist als sie bei den Zündschaltungen mit fester Periode gebildet wird. Daher kann diese den benötigten Energiebetrag zum guten Zünden des Motors bei relativ niederem Strompegel speichern, der von der Spule benötigt wird Daher kann bei einem Regler der vorliegenden Erfindung eine übliche Zündspule der gleichen Art angewendet werden, wie sie bei einem konventionellen Unterbrecher-Kontaktsystem angewandt wird, im Gegensatz zu den spezieller Spulen, die üblicherweise bei den bereits vorgeschlagenen Arten von Zündschaltungen mit Halbleitern benutzi werden, die eine feste Stromsperrzeit erzeugen.

Infolge der festliegenden Stromsperrzeit-Charakteristik dieser bereits vorgeschlagenen Zündschaltunger sind in den Zündspulen, die mit den Zündschaltunger

ίο zusammen benutzt werden, mit einer geringeren Anzah von Primärwindungen ausgestattet, um ein höhere« Transformator-Windungsverhältnis zu erreichen. Das höhere V/indungsverhältnis gestattet es, eine erhöhte Ausgangsspannung zu bekommen, um die spezielle Spule innerhalb der verkürzten Stromflußzeit dei Zündschaltung bei hoher Drehzahl auf einen Pege aufzuladen, um genügend Energie zur Zündung dei Zündkerzen zu speichern. Diese Energie entsprich! jedoch einem höheren Strompegel in der Primärwicklung und führt zu einem unerwünschten Ansteigen de; Stromes und des Leistungsabfalles der Speicherbatterie.

Der Schutzschaltkreis, der die Widerstände 90,92 unc

die Zener-Diode Z enthält, bietet optimalen Schutz füi den Ausgangs-Transistor 68 hinsichtlich der sehr hoher Spannung, die an seinem Kollektor auftreten kann wenn der Sekundärkreis der Zündspule offen odei ungeladen ist. Unter dieser Bedingimg erreicht di« Spannung an dem Verbindungspunkt des Spannungstei lers 90, 92 die Durchbruchspannung der Zener-Diode wenn die Spannung am Kollektor des Transistors 68 zi einer Zeit, bei der die Ausgangsstufe abgeschaltet ist über einen bestimmten Wert ansteigt, und es beginn Strom in die Basis des Transistors 68 zu fließen. Dei Transistor 68 wird daraufhin allmählich leitend und zieh Kollektorstrom, der die Kollektorspannung, die an Punkt 0 erscheint, auf einen sicheren Wert begrenzt, wi( dies durch die gestrichelte Wellenform des Signals ir Fig. 5E dargestellt ist.

Es wird weiter bemerkt, daß der Schutzschaltkreii über den Widerstand 90 mit dem Punkt 97 verbunden ist dessen Potential in der Nähe der Versorgungsspannunj liegt. Daher bricht die Zener-Diode bei erhöhte! Versorgungsspannung bei einer niedrigeren Spannunj am Kollektor des Transistors 68 durch, als die:

beispielsweise bei Startbedingungen mit höherer Spannung durch eine Zusatzbatterie erfolgen würde. Da dei Energiebetrag, den ein Transistor ohne Gefahr de; Durchschlagens sicher aushalten kann, umgekehr proportional seiner Kollektorspannung ist, ist es infolge der zuvor beschriebenen Wirkungsweise des Schutz Schaltkreises, der der Zener-Diode ermöglicht, be ansteigender Versorgungsspannung bereits bei niedri gerer Kollektorspannung durchzubrechen, dem Aus gangs-Transistor vorteilhafterweise erlaubt, einen grö ßeren Energiebetrag, der bei erhöhter Versorgungs spannung in der Zündspule gespeichert ist, aufzuneh men und ihn vor dem Durchbruch zu schützen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Zündschaltunj ist seine relativ geringe Zeit-Verzögerung, die definier ist als das Auftreten eines Funkens gegenüber den mechanischen Regler mit einem in Abhängigkeit de Drehzahl verzögerten Winkel, oder allgemein als di< Zeit, die benötigt wird, in der Abtastspule einei genügend großen Strom aufzubauen um den Schaltkrei zu schalten. Im allgemeinen ist die Verzögerung um s< größer, je größer die Induktivität der Abtastspule isi Die Zeitverzögerung wird beim Gegenstand de vorliegenden Erfindung durch die Anordnung de

Eingangs-Schaltkreises auf ein Minimum gebracht, wobei in den Eingangs-Schaltkreis kein Strom fließt und daher in der Abtastspule unmittelbar vor dem Schalten kein Feld aufgrund der Abblock-Wirkung der Diode D1 vorhanden ist. Folglich ist beim Zeitpunkt des Schaltens kein entgegengerichteter Strom in der Abtastspule vorhanden, und eine geringe oder gar keine Spannung wird infolge der Spuleninduktivität erzeugt, die dem Strom- und Feld-Aulfbau während des negativen Teiles der Abtastspannung entgegenwirken kann. Die Induktivität der Abtastspule erzeugt daher nur eine sehr kleine Verzögerung.

Der genaue Betrag des Stromes, der zum Schalten des Schaltkreises benötigt wird, hängt mit der Spannung über dem Widerstand 84 zusammen, die wiederum von der Versorgungsspannung abzüglich der festliegenden Basis-Emitterspannung des Transistors 66 abhängt. Durch den Widerstand 84 ändert sich die Spannung am Kollektor des Transistors 64 mit der Versorgungsspannung. Wenn die Versorgungsspannung zunimmt, so nimmt auch der Strom zu, der an der Basis des Transistors 60 fließt, wodurch dieser stärker in die Sättigung getrieben wird. Daher muß, um den Transistor 60 in den leitenden Zustand zu versetzen, bei einer höheren Versorgungsspannung mehr Strom von diesem abgeleitet und durch die Abtastspule abgezogen werden, als die bei einer geringeren Versorgnungsspannung nötig ist. Der Endeffekt ist dabei, den Eingangs-Schaltkreis weniger empfindlich zu machen, wenn die Versorgungsspannung ansteigt und ihn empfindlicher zu machen, wenn die Versorgungsspannung abnimmt. Dieses inverse Verhältnis zwischen Schaltempfindlich-

keit und Versorgungsspannung erhöht in vorteilhafter Weise die Schaltempfind'iichkeit bei niederen Versorgungsspannungen, wo die Drehzahl und damit die induzierte Abtastspannung klein und fehlerhaft ist, und verringert die Empfindlichkeit des Schaltkreises für das falsche Schalten bei hohen Versorgungsspannungen, wo die Drehzahlen viel höher sind oder während der Urnlaufformen der Zündschaltung. Zusätzlich zu ihrer Wirkung beim Schalten des Eingangs-Schaltkreises

ίο besitzen die Dioden D 1 und D2 eine Schutzfunktion für diesen Eingangskreis, wenn die negative Ausgangsspannung der Zündspule innerhalb der Verteilerkappe zu der Abtastspule oder zu den entsprechenden Leitungen überschlägt. Bei derartigen Vorkommnissen wird die Energie, ohne Schaden anzurichten, in die Dioden D\ und D 2 aufgebraucht, die den ungeschützten Eingangs-Transistor 60 vor der Z!erstörung schützt. Die Diode D 2 legt den Basis-Emitter-Verbindungspunkt des Eingangs-Transistors 60 vorübergehend auf negatives Potential und die hohen negativen Signalspannungen von der Abtastspule, die den Basis-Emitter-Verbindungspunkt entgegengesetzt vorspannen und den Transistor 60 möglicherweise zerstören würden.

Der beschriebene Schaltkreis bietet weiterhin eine Schutzmaßnahme gegen das fehlerhafte Verbinden der Abtastspulen-Klemmen mit der Batterie und ebenfalls gegen eine falsch gepolte Batterieverbindung. Im ersten Fall ist der Eingangs-Transistor durch die Diode D1 geschützt und im letzteiren Fall gehen die verschiedenen Halbleiter in einen nicht zerstörbaren Quasi-Zustand über, die die Spannung am Elektrolyt-Kondensator 77 in der richtigen Polarität halten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprücne:

1. Zündschaltung für eine rein induktive Zündeinrichtung bei Brennkraftmaschinen zur Bestimmung der Stromsperrzeit in der Primärwicklung der Zündspule, mit einer Spannungsquelle, mit einer mit der Zündspule in Reihe zwischen den Klemmen der Spannungsquelle liegenden und von einem zweiten Transistor angesteuerten elektronischen Schalteinrichtung, die den Stromfluß durch die Primärwicklung der Zündspule einschaltet oder sperrt, mit einem ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine erzeugenden Signalgenerator, mit einem über seine Basis von einem Auslösesignal angesteuerten ersten Transistors und mit einem einerseits mit dem Kollektor des ersten Transistors und andererseits mit der Basis des zweiten Transistors gekoppelten Kondensator wobei zu dem Ladeweg des Kondensaters die mit der einen Klemme der Spannungsquelle verbundene Basis-Emitterstrecke des zweiten Transistors und ein zwischen dem Kollektor des ersten Transistors und der anderen Klemme der Spannungsquelle liegender erster Widerstand gehört und zum Entladeweg des Kondensators sowohl ein mit seinem einen Anschluß an der Basis des zweiten Transistors liegender zweiter Widerstand gehört als auch eine Vorrichtung, die bewirkt, daß die Sperrzeit für den Stromfluß durch die Primärwicklung der Zündspule in jedem Zündzyklus sich im umgekehrten Verhältnis zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Schaltvorrichtung (62, 78, 80) ist, die über den Kollektor und den Emitter des ersten Transistors (60) mit der einen Klemme (—) der Spannungsquelle (34) verbunden ist und bei einem an dem Kondensator (77) auftretenden vorbestimmten Ladungspegel schaltet, wodurch die Sperrzeit für den Stromfluß durch die Primärwicklung (22) beendet wird, daß der zweite Widerstand (82) mit seinem anderen Anschluß an der einen Klemme (—) der Spannungsquelle liegt und daß das Auslösesignal aus dem vorn Signalgenerator (40, 44) erzeugten elektrischen Signal gewonnen wird.

2. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (62, 78, 80) einen Thyristor (62) aufweist, dessen Anode und Kathode über den Kollektor und den Emitter des ersten Transistors (60) verbunden sind und dessen Torelektrode mit einem unterhalb des Potentials der Spannungsquelle (34) liegenden Potential beaufschlagt ist.

3. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torelektrode des Thyristors (62) mit dem Verbindungspunkt eines zur Schaltvorrichtung (62, 78, 80) gehörenden Spannungsteilers (80,78) verbunden ist.

4. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kollektor des zweiten Transistors (64) und der anderen Klemme der Spannungsquelle (34) ein dritter Widerstand (76) liegt und zwischen dem Kollektor des zweiten Transistors (64) und der Basis des ersten Transistors (60) ein Rückkopplungspfad aufgebaut ist.

5. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (12) aus einem stationären Magneten (42), einem

Rotor (40) und einer Abtastspule (44) besteht und daß ein Ende der Abtastspule über eine erste Diode (DX) mit der Basis des ersten Transistors (60) und das andere Ende über eine zweite Diode (D 2) mit der Basis des ersten Transistors (60) verbunden ist, wobei die zweite Diode (D2) parallel zur Basis-Emitterstrecke des ersten Transistors (60) liegt und die beiden Dioden mit gegensinnigen Elektroden mit der Basis verbunden sind.

6. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Transistor (66) vorgesehen ist, dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten Transistors (64) über einen Widerstand (84) verbunden ist, dessen ohmscher Widerstandswert das Verhältnis zwischen der Triggerempfindlichkeit der vom zweiten Transistor angesteuerten elektronischen Schalteinrichtung und der Spannung der Spannungsquelle (34) invers beeinflußt.

7. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (62, 64,66) NPN-Transistoren sind und der Thyristor ein komplementärer Thyristor ist.

8. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladeintervall des Kondensators (77) größer ist als das Ladeintervall.

9. Zündschaltung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Entladeweges des Kondensators (77) viermal so groß ist wie die Zeitkonstante des Ladeweges.