DE2225951C3 - Zündschaltung für eine rein induktive Zündeinrichtung bei Brennkraftmaschinen zur Bestimmung der Stromsperrzeit in der Primärwicklung der Zündspule - Google Patents
Zündschaltung für eine rein induktive Zündeinrichtung bei Brennkraftmaschinen zur Bestimmung der Stromsperrzeit in der Primärwicklung der ZündspuleInfo
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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 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 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 ferromagneiischen Ringen Sekundärspulen, die
in gleichem 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 zweite 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 Ladungspegel schaltet, wodurch die
Sperrzeit für den Stromfluß durch die Primärwicklung beendet wird, daß der zweite Widerstand mit seinem
anderen Anschluß an der einen Klemme der Spannungsquelle liegt und daß 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 Signalgenerators 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 werdeir Es zeigt
F i g. 1 ein Schaltbild einer Zündschaltung,
F i g. 2 il..c 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 Unterbrecherpunkte 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 Verteilers, 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 verbunden 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-Kontakt R des Zündschalters 32 verbunden ist sowie ein Paar
Eingangsklemmen P1 und P 2, die mit der Spule 44 der
magnetischen Abtast- oder Signal-Generatoreinheit 12 in Verbindung steht.
Die Abtasteinheit 12 ist am oberen Teil des Verteilers 14 angebracht und ist mit einem Vakuum-Vorstell- und
Regler-Vorstell-Mechanismus zur Änderung der Zündzeit
in Abhängigkeit des Motor-Unterdrucks und der Motordrehzahl ausgerüstet. Wie in F i g. 2 dargestellt ist,
enthält die Abtasteinheit ein mit Zähnen versehenes und
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 Abtastspuie 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 ais 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 Pl 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 Fig. 1 gezeigt ist, enthält die elektronische Regeleinheit 11 eine Anzahl Halbleiter-Stufen, in denen
eine Eingangsstufe 60, eine variable Pulsbreiten-Regelstufe 62, eine Vbrtreiberstufe 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 Di und DI bezeichnet und entsprechend Fig.
gepolt, sind im Eingang zu Transistor 60 enthalten. Diode DX liegt zwischen der Basis des Transistors
und der Abtast-Eingangsklemme P1, und die Diode D 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 über 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 zui
Erzeugung eines Schaltkreis-Regelverhältnisses in Serif mit der Primärwicklung der Zündspule geschaltet, wie
dies in Fig. 1 dargestellt ist Der Kondensator 96, dei
der Kollektor-Emitterstrecke des Ausgangs-Transistor! 96 parallel liegt, nimmt die Verlust-Blindleistung dei
Zündspule auf, und vermindert dadurch die Erwärmung. Die Arbeitsweise der Zündschaltung soll anhand dei
F i g. 4 und 5 dargestellt werden, wobei die Oszillogram
me für die Schaltsignale oder -Impulse und für di<
Spannungs-Wellenformen für verschiedene Punkti A-E, die im Schaltkreis für die Elektronisch«
Regeleinheit 11 angegeben sind, gezeigt werden. Fi g. -stellt die Wellenformen dar, die bei einer niederei
Motor-Leerlaufdrehzahl von etwa 1000 Upm (ode 500 Upm des Verteilers) auftritt; die horizontal
Zeitskala zeigt 2msetx/Unterteilung. Fig.5 zeigt dii
Wellenformen bei einer hohen Motordrehzahl von 6000 Upm (oder 3000 Upm des Verteilers), wobei die
horizontale Zeitskala 0,5 msec/Unterteilung darstellt.
Bei Abwesenheit eines Schaltimpulses, der an die elektronische 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 Abtastspule 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 DI
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 DI und D 2, die parallel zur
Abtast-Spule liegen, auf einem Wert von etwa —IV
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 fo befindet sich ein Zahn des Rades 40 gerade
gegenüber dem Kern der Abtastspule, 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 ist.
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
ίο 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 Ti, 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 negativen 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. V/enn der Transistor 64 in den nichtleitenden Zustand kommt, werden die Transistoren 66 und 68 leitend, wodurch die Stromsperrzeit, die zwischen to und fi liegt, bestimmt wird, und der Primärstrom fließt von neuem in die Zündspule.
Zur Zeit Ti, 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 negativen 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. V/enn der Transistor 64 in den nichtleitenden Zustand kommt, werden die Transistoren 66 und 68 leitend, wodurch die Stromsperrzeit, die zwischen to und fi liegt, bestimmt wird, und der Primärstrom fließt von neuem in die Zündspule.
In einer der Zeit t \ 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 nähert und die darin induzierte Spannung in positiver Richtung anzusteigen beginnt,
wird der Transistor 60 zu einer Zeit, die etwa der Zeit 12 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 den Transistor 60 und den Widerstand 82, wie dies durch den
leichten Anstieg in negativer Richtung bei etwa der Zeit f2 an der Entladungs-Wellenform von Fig.4C zu
erkennen ist
Zur Ziet ί 3 ist der bereits genannte nächste Zahn des
Rades 40 gerade gegenüber dem Stator-Kern der
Abtastspule, und die in der Abtastspule induzierte
Spannung läuft wiederum von Plus über Null nach Minus. Daraufhin beginnt wiederum Strom durch die
Abtastspule zu fließen, der den Transistor 60 in den nichtleitenden Zustand versetzt, der die Stromflußzeit d
('5 in der Primärwicklung der Zündspule beendet die
zwischen den Zeiten (1 und t$ liegt und der den
nächsten Zünd-Zyklus schaltet
Die Wellenformen von F i g. 5 sind im wesentlichen
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denen von Fig.4 ähnlich, abgesehen davon, daß bei
einer hohen Motordrehzahl, wie dies durch F i g. 5 dargestellt ist, der Kondensator 77 weniger Zeit hat, sich
zu entladen, als bei kleineren Drehzahlen und der daher zur Zeit ti, bei der der nächste Schaltzyklus beginnt.
Restladung aufweist, wie dies durch Vergleich der F i g. 4C und 5C festgestellt werden kann. Infolge der
verbliebenen Ladung auf dem Kondensator 77 beginnt dieser, sich von einem erhöhten Spannungspegei 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 vom Verteiler bei hohen Drehzahlen des Motors
geliefert werden.
In der dargestellten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist die Zeitkonstante 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 Zündsystems 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 länger 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 (/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 Strompcgel 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 speziellen
Spulen, die üblicherweise bei den bereits vorgeschlagenen Arten von Zündschaltungen mit Halbleitern benutzt
werden, die eine feste Stromsperrzeit erzeugen.
Infolge der festliegenden Stromsperrzeit-Charakteristik dieser bereits vorgeschlagenen Zündschaltungen
sind in den Zündspulen, die mit den Zündschaltungen
ίο zusammen benutzt werden, mit einer geringeren Anzahl
von Primärwindungen ausgestattet, um ein höheres Transformator-Windungsverhältnis zu erreichen. Das
höhere Windungsverhältnis gestattet es, eine erhöhte Ausgangsspannung zu bekommen, um die spezielle
Spule innerhalb der verkürzten Stromflußzeit der Zündschaltung bei hoher Drehzahl auf einen Pegel
aufzuladen, um genügend Energie zur Zündung der Zündkerzen zu speichern. Diese Energie entspricht
jedoch einem höheren Strompegel in der Primärwicklung und führt zu einem unerwünschten Ansteigen des
Stromes und des Leistungsabfalles der Speicherbatterie.
Der Schutzschaltkreis, der die Widerstände 90,92 und
die Zener-Diode Z enthält, bietet optimalen Schutz für den Ausgangs-Transistor 68 hinsichtlich der sehr hohen
Spannung, die an seinem Kollektor auftreten kann, wenn der Sekundärkreis der Zündspule offen oder
ungeladen ist. Unter dieser Bedingung erreicht die Spannung an dem Verbindungspunkt des Spannungsteilers
90, 92 die Durchbruchspannung der Zener-Diode, wenn die Spannung am Kollektor des Transistors 68 zu
einer Zeit, bei der die Ausgangsstufe abgeschaltet ist, über einen bestimmten Wert ansteigt, und es beginnt
Strom in die Basis des Transistors 68 zu fließen. Der Transistor 68 wird daraufhin allmählich leitend und zieht
Kollekiorstrom, der die Kollektorspannung, die am Punkt 0 erscheint, auf einen sicheren Wert begrenzt, wie
dies durch die gestrichelte Wellenform des Signals in F i g. 5E dargestellt ist.
Es wird weiter bemerkt, daß der Schutzschaltkreis über den Widerstand 90 mit dem Punkt 97 verbunden ist,
dessen Potential in der Nähe der Versorgungsspannung liegt. Daher bricht die Zener-Diode bei erhöhter
Versorgungsspannung bei einer niedrigeren Spannung am Kollektor des Transistors 68 durch, als dies
beispielsweise bei Startbedingungen mit höherer Spannung durch eine Zusatzbatterie erfolgen würde. Da der
Energiebetrag, den ein Transistor ohne Gefahr des Durchschlagene sicher aushalten kann, umgekehrt
proportional seiner Kollektorspannung ist, ist es infolge der zuvor beschriebenen Wirkungsweise des Schutzschaltkreises,
der der Zener-Diode ermöglicht, bei ansteigender Versorgungsspannung bereits bei niedrigerer
Kollektorspannung durchzubrechen, dem Ausgangs-Transistor vorteilhafterweise erlaubt, einen größeren
Energiebetrag, der bei erhöhter Versorgungsspannung in der Zündspule gespeichert ist, aufzunehmen
und ihn vor dem Durchbruch zu schützen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Zündschaltung ist seine relativ geringe Zeit-Verzögerung, die definiert
ist als das Auftreten eines Funkens gegenüber dem mechanischen Regler mit einem in Abhängigkeit der
Drehzahl verzögerten Winkel, oder allgemein als die Zeit, die benötigt wird, in der Abtastspule einen
genügend großen Strom aufzubauen um den Schaltkreis zu schalten. Im allgemeinen ist die Verzögerung um so
größer, je größer die Induktivität der Abtastspule ist Die Zeitverzögerung wird beim Gegenstand der
vorliegenden Erfindung durch die Anordnung des
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 D 1
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-Aufbau 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 6C 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 Schaltempfindlichkeit
und Versorgungsspannung erhöht in vorteilhafter V/eise die Schaltempfindlichkeit 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 hoher, Versorgungsspannungen, wo
die Drehzahlen viel höher sind oder während der Umlaufformen der Zündschaltung. Zusätzlich zu ihrer
Wirkung beim Schalten des Eingangs-Schaltkreises
ίο besitzen die Dioden D1 und D 2 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 Dl und D 2 aufgebraucht, die den ungeschützten Eingangs-Transistor
60 vor der Zerstörung 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 D 1 geschützt und im letzteren Fall gehen die verschiedenen
Halbleiter in einen nicht zerstörbaren Quasi-Zustand üb-ϊΓ, die die Spannung am Elektrolyt-Kondensator 77 in
der richtigen Polarität halten.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
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 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, 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 vom 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
(Di) 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 (D 2) 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 Anspruchs, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Entladeweges des Kondensators (77) viermal so groß ist wie
die Zeitkonstante des Ladeweges.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US14835471A | 1971-06-01 | 1971-06-01 | |
US14835471 | 1971-06-01 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2225951A1 DE2225951A1 (de) | 1972-12-21 |
DE2225951B2 DE2225951B2 (de) | 1977-06-30 |
DE2225951C3 true DE2225951C3 (de) | 1978-02-16 |
Family
ID=
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1956813C3 (de) | 1968-11-08 | 1973-10-18 | General Motors Corp., Detroit, Mich. (V.St.A.) |
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1956813C3 (de) | 1968-11-08 | 1973-10-18 | General Motors Corp., Detroit, Mich. (V.St.A.) |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Electronic Cicuits Manual, J. MARKUS, 1971, S. 606 |
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