DE2242143B2 - Schaltungsanordnung für Hochspannungs-Kondensator-Zündanlagen für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Hochspannungs-Kondensator-Zündanlagen für Brennkraftmaschinen, mit einer Steuerimpulse abgebenden Unterbrechervorrichtung und mit einem Zündkondensator, der in Abhängigkeit vom Unterbrecherspiel der Brennkraftmaschine von einem eine Speicherwicklung ^₀ aufweisenden und durch eine ansteuerbare monostabile Schaltstufe durch Einschalten eines Erregerstromes in der Speicherwicklung definiert erregbaren induktiven Zwischenspeicher über eine Gleichrichtereinrichtung durch Zuführung definierter Ladungsmengen aufladbar g₅ und durch Ansteuerung einer Leistungsschaltstufe in einen Zündtransformator entladbar ist, wobei die Ansteuerung der monostabilen Schaltstufe und der Leistungsschaltstufe durch die von der Unterbrechervorrichtung abgegebenen Steuerimpulse erfolgt, und wobei die Steuerimpulse der Leistungsschaltstufe unmittelbar und der moncstabilen Schaltstufe über ein Zeitverzögerungsglied zugeführt werden, welches durch entsprechende Bemessung die Einschaltung des Erregerstromes in der Speicherwicklung des induktiven Zwischenspeichers erst nach der Entladung des Zündkondensators bewirkt.

Solche Schaltungsanordnungen sind vielfach bekanntgeworden, beispielsweise durch die deutsche Offenlegungsschrift 20 44 932 oder durch die Deutsche Auslegeschrift 12 28104 oder durch die deutsche Patentschrift 12 08 119 oder durch die deutsche Offenlegungsschrift !5 39 195. Bei den beiden letzteren bekannten Schaltungsanordnungen dient als induktiver Zwischenspeicher eine Ladespule oder Ladedrossel, die über eine monoslabile Sehaltstufe gegebenenfalls bis zur Sättigung erregt wird. Nach Abschaltung des Erregungsstromes entsteht in der Wicklung der Ladedrosse! eine hohe induzierte Spannung, die gleichgerichtet und dem Zündkondensator zugeführt wird. Dort kann die Ladung bis zum Zündzeitpunkt mit vernachlässigbaren Verlusten gespeichert werden.

Im Zündzeitpunkt wird eine weitere ansteuerbare Schaltstufe, üblicherweise ein Thyristor, gezündet, so daß sich der Zündkondensator durch einen Zündtransformator hindurch entladen kann. Der Impuls, mit dem die Zündung dieses Thyristors und somit die Entladung des Zündkondensators ausgelöst wird, wird bei beiden Schaltungsanordnungen auch dazu verwendet, die erneute Erregung der Ladedrossel einzuleiten, wobei die Einschaltung des Erregerstromes für die Ladedrossel und die Zündung des Thyristors zwecks Entladung des Zündkondensators gleichzeitig erfolgt.

Zur definierten Erregung der Ladedrossel ist es bekanntgeworden, einen Univibrator zu verwenden. Ebenso sind hierfür induktiv mitgekoppclte Schaltstufen bekanntgeworden, sogenannte Sperrschwinger. Bei der Verwendung von Sperrschwingern ist es bekanntgeworden, gesonderte kleine Koppeltransformatoren vorzusehen, so daß die Erregung der Ladedrossel von der Sättigung der Kerne dieser Koppeltransformatoren abhängig ist. was über den Sättigungsgrad der Ladedrossel selbst nichts aussagt. Es ist aber auch bekanntgeworden, die Steuerwicklung für den Sperrschwinger auf dem Kern der Ladedrossel selbst aufzubringen.

Nachteilig an diesen bekannten Schaltungsanordnungen für Hochspannungskondensatorzündanlagen ist die Verwendung zweier induktiver Elemente, nämlich der Ladedrossel und des Zündtransformators, da hierdurch die bekannten Hochspannungskondensator-Zündanlagen erheblich verteuert werden. Es ist ferner eine Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen (DT-OS 20 44 932) mit einem Lade- und Entladestromkreis für einen Zündkondensator bekannt, bei dem ein Ladetransformator und der Zündtransformator zwei getrennte Einheiten bilden, so daß das Zünden und Laden gleichzeitig erfolgt. Ein durch einen Widerstand und einen Kondensator gebildetes Zeitverzögerungsglied bewirkt außerdem die Verzögerung der Umsteuerung eines den Ladevorgang des Zündkondensators einleitenden Transistors. Diese Anordnung erfordert ebenfalls eine aufwendige Einrichtung einer Hochspannungs-Kondensator-Zündanlage.

Schließlich ist noch aus der weiteren elektronischen Zündvorrichtung fiir Brennkraftmaschinen (DT-AS

12 28 104) bekannt, daß auf dem Kern des Zündtransformators noch eine dritte Wicklung als Rückkopplungswicklung aufgebracht ist. Hier handelt es sich jedoch um eine induktive Speicherzündunp mit einer größeren Anzahl von Bauelementen, die nicht Grundlage der zu stellenden Aufgabe ist.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Schaltungsanordnung für Hochspannungs-Kondensator-Zündanlagen der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der der Aufwand der bekannten Schaltungsanordnungen verringert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöH, daß die Speicherwicklung des induktiven Zwischenspeichers auf dem Kern des Zündtransformators angeordnet ist und zugleich als Primärwicklung des Zündtransformators dient.

Es ist zweckmäßig, daß nur ein Teil der Speicherwicklung als Primärwicklung des Zündtransformator dient. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Aufladung des Zündkondensators von dem Zwischenspeicher über eine auf dem Kern des Zündtransformators angeordnete Ladewicklung erfolgt. Schließlich ist es noch zweckmäßig, daß bei der Verwendung einer eine Steuerwicklung aufweisenden induktiv mitgekoppelten Schaltstufe als monostabile Schaltstufe die Steuerwicklung der induktiv mitgekoppelten Schaltstufe ebenfalls auf dem Kern des Zündtransformators angeordnet ist.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispiclen im einzelnen beschrieben werden.

Die F i g. 1 und 2 sind Prinzipschaltbilder zweier Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Schaltungsanordnungen für Hochspannungskondensatorzündanlagen.

In der Schaltungsanordnung nach F i g. I ist ein Unterbrecherkontakt 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt, dem eine Zenerdiode 2 parallel geschaltet ist. Das eine Anschlußende der Zenerdiode 2 und der eine Kontakt des Unterbrechers t sind mit dem negativen Pol der Versorgungsspannung verbunden, während der andere Unterbrecherkontakt und das andere Anschlußende der Zenerdiode 2 über einen Widerstand 3 an den positiven Pol der Spannungsversorgung gelegt sind. Der Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode 2 und dem Widerstand 3 ist über ein /?C-Glied 4 mit der Zündelektrode eines Thyristors 5 verbunden.

Der Thyristor 5 bildet nun mit einem Kondensator 6 und einer Wicklung W1 zusammen einen geschlossenen Kreis. Dem Thyristor 5 ist eine Diode 7 antiparallel geschaltet. Weiterhin ist noch eine Diode 8 vorgesehen, die dem Kondensator 6 parallel geschaltet ist.

Der Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode 2 und dem Widerstand 3 ist weiterhin mit einem Zeitverzögerungsglied 10 verbunden, das über einen Kondensator 11 zur Basis eines Transistors 12 führt. Wie das Zeitverzögerungsglied 10 aufgebaut ist, ist nicht Gegenstand der Erfindung. Man kann hierzu beispielsweise einen Univibrator oder einen integrierenden Verstärker verwenden. Der Kollektor des Transistors

12 liegt am positiven Pol der Spannungsversorgung und sein Emitter ist über eine Wicklung W2 und eine Diode

13 zu seiner Basis zurückgeführt.

Der Emitter des Transistors 12 steuert die Basis eines Transistors 14 an, dessen Kollektor am positiven Pol der Spannungversorgung liegt und dessen Emitter über die Wicklung Wl mit dem Negativen Pol der Spannungsversorgung verbunden ist.

Zu erwähnen ist noch eine Wicklung 1V3, deren eines Ende an dem negativen Pol der Spannungsversorgung liegt und deren anderes Ende mit einer Funkenstrecke verbunden ist, die der Verteiler oder eine Zündkerze einer Brennkraftmaschine sein kann. Weiterhin ist noch zu erwähnen, daß die Wicklungen Wl, W2und W3alle auf einem gemeinsamen Eisenkern 9 angeordnet sind.

Diese Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: Es sei angenommen, daß der Unterbrecherkontakt 1 geschlossen sei, wie es dargestellt ist, und daß der Kondensator 6, der der Zündkondensator ist, voll aufgeladen sei. Der Thyristor 5 und auch die Transistoren 12 und 14 sind gesperrt, so daß in den Wicklungen Wl bis W3 kein Strom fließt.

Wird jetzt der Unterbrecherkontakt 1 geöffnet, so wird der Kurzschluß über die Zenerdiode 2 kurzzeitig aufgehoben, so daß über das ÄC-Glied 4 ein Zündimpuls an die Zündelektrode des Thyristors 5 gelangt. Der Thyristor 5 zündet nun, und es beginnt ein Strom aus dem Kondensator 6 zu fließen, der seinen Weg durcri den Thyristor 5 und die Wicklung Wl hindurch zur anderen Seite des Kondensators 6 nimmt.

Ist nun das Übersetzungsverhältnis zwischen der Wicklung WI und der Wicklung W3 richtig gewählt, so wird in der Wicklung W3 durch diesen Entladungs-

2s strom des Kondensators 6 eine so hohe Spannung induziert, daß an der Zündkerze ein Funken überspringt.

Der Entladungsstrom des Kondensators 6 hat den

Verlauf einer gedämpften Sinusschwingung. Kehrt sich nun die Polarität an der Wicklung WI während dieser gedämpften Schwingung um, so fließt der Strom durch die Diode 8 und den Thyristor 5 weiter, bis er den Haltestrom für den Thyristor 5 unterschreitet.

Bei diesem Entladevorgang wird auch in der Wicklung W2 eine Spannung induziert. Diese Spannung kann sich aber auf den Leitungszustand des Transistors 12 nicht auswirken, weil ciie Diode 13 so gepolt ist, daß sie durch diese Spannung nur in Sperr-Richtung belastet ist.

Am Ende der bisher beschriebenen Funktionsphase ist somit der Kondensator 6 entladen und der Thyristor 5 ist wieder gesperrt, während sich am Leitungszustand der Transistoren 12 und 14 nichts geändert hat.

Zu diesem Zeitpunkt gelangt nun der Impuls, der beim öffnen des Unterbrecherkontaktes 1 erzeugt wurde, über das Zeitverzögerungsglied 10 an die Basis des Transistors 12, der daraufhin stromleitend wird und seinerseits Basisstrom für den Transistor 14 liefert. Darauf beginnt der Transistor 14 Strom durch die Wicklung IVI zu ziehen, so daß auch in der Wicklung W2 eine Spannung induziert wird, die ihrerseits über die Diode 13 die Basis des Transistors 12 weiter aufsteuert. Durch diese induktive Mitkopplung wächst also der Strom in den Transistoren 12 und 14 und damit in der Wicklung Wl laufend an, so daß der den drei Wicklungen gemeinsame Kern 9 magnetisiert wird und schließlich in die Sättigung übergeht.

Bei diesem Magnetisierungsvorgang wird auch in der Wicklung W3 eine Spannung induziert. Diese Spannung ist aber nicht ausreichend, um an der Funkenstrek-

ke oder Zündkerze einen Überschlag hervorzurufen.

Ist nun die magnetische Sättigung des Kerns 9 erreicht, so wird keine weitere Steuerspannung für den Transistor 12 mehr induziert, so daß der Transistor 12 und damit auch der Transistor 14 wieder sperren. Dann setzt der Abbau des magnetischen Feldes im Kern 9 der drei Wicklungen ein und es wird in der Wicklung WI eine Spannung einer solchen Polarität induziert, daß der Kondensator 6 über die Diode 7 mit der vollen

magnetischen Energie des Kernes 9 aufgeladen wird. Damit ist die Ladephase abgeschlossen.

Öffnet nun der Unterbrecherkontakt 1 erneut, so läuft der ganze Vorgang wie beschrieben von neuem ab.

Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, die sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 hauptsächlich dadurch unterscheidet, daß zur Aufladung des Zündkondensators eine zusätzliche Sekundärwicklung vorgesehen ist und daß als Primärwicklung für den Zündtransformator über eine Anzapfung ein Teil der primären Ladewicklung dient.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 weist einen Kondensator 20 auf, dessen eines Ende mit dem negativen Pol der Stromversorgung verbunden ist und dessen anderes Ende über einen Widerstand 21 am positiven Pol der Stromversorgung liegt. Zwischen dem Knotenpunkt zwischen dem Kondensator 20 und dem Widerstand 21 und der Basis eines Transistors 23 liegt ein normalerweise gesperrter Thyristor 22. Der Emitter und der Kollektor des Transistors 23 sind über Widerstände 24 und 25 mit dem negativen beziehungsweise positiven Pol der Stromversorgung verbunden.

Der Emitter des Transistors 23 steuert weiterhin die Basis eines Transistors 26 an, dessen Emitter über eine Diode 27 mit dem negativen Pol der Stromversorgung verbunden ist und dessen Kollektor über eine Wicklung W 10 am positiven Pol der Stromversorgung liegt. Die Basis des Transistors 26 ist über einen Strombegrenzungswiderstand 28 mit einem Ende einer Wicklung WIl verbunden, deren anderes Ende über eine Diode 29 am Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 20 und dem Widerstand 21 liegt.

Die Wicklung WlO ist mit einer Anzapfung versehen, so daß sie aus Teilwicklungen W 10a und W 10b besteht. Die Teilwicklung WlOa. deren eines Ende mit dem Kollektor des Transistors 26 verbunden ist, bildet zusammen mit einem Thyristor 30 und einem Kondensator 31 einen geschlossenen Kreis. Dem Kondensator 31 ist eine Reihenschaltung aus einer Wicklung W12 und einer Diode 32 parallel geschaltet. Schließlich ist noch eine Wicklung W13 vorgesehen, deren eines Ende mit dem Knotenpunkt zwischen der Wicklung W12 und der Diode 32 verbunden ist und deren anderes Ende zu einer Funkenstrecke oder zu einer Zündkerze führt.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei angenommen, daß der Kondensator 31 aufgeladen ist und daß die beiden Thyristoren und die beiden Transistoren gesperrt sind. Wird nun über einen beispielsweise vom Unterbrecher einer Brennkraftmaschine abgeleiteten Impuls der Thyristor 30 gezündet, so entlädt sich der Kondensator 31 durch die Teilwicklung W 10a hindurch, die als Primärwicklung eines Zündtransformators dient.

35

45 Hierbei wird in der Wicklung W13 eine so hohe Spannung induziert, daß an der Funkenstrecke oder der Zündkerze ein Funken überspringt.

Die Entladungsspannung des Kondensators 31 hut wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 den Verlauf einer gedämpften Sinusschwingung. Kehrt sich nun die Richtung der Entladungsspannung um, so fließt der Strom durch die Wicklung W12, die Diode 32 und den Thyristor 30 weiter, bis er den Haltestrom für den Thyristor 30 unterschreitet.

Bei dem bisher beschriebenen Funktionsablauf wird auch in der Wicklung WIl eine Spannung induziert. Diese Spannu"g kann sich aber auf den Transistor 23 nicht auswirken, weil der Thyristor 22 gesperrt ist.

Nun wird der Thyristor 22 gezündet, so daß aus dem Kondensator 20 ein Strom in die Basis des Transistors 23 fließt. Der Transistor 23 steuert seinerseits den Transistor 26 an, der ebenfalls leitend wird, so daß ein Strom durch die Wicklung WlO fließt und die Magnetisierung des allen Wicklungen gemeinsamen Kernes 33 beginnt. Auch in der Wicklung WlI wird eine Spannung induziert, die eine solche Richtung hat. daß der Basisstrom des Transistors 23 erhöht wird.

Wenn nun der allen Wicklungen gemeinsame Kern 33 magnetisch gesättigt ist, wird für die Basis des Transistors 23 keine Steuerspannung mehr induziert, so daß der Thyristor 22 und die Transistoren 23 und 26 in den Sperrzustand übergehen. Dann setzt der Abbau des magnetisches Feldes ein, bei dem in der Wicklung W12 eine Spannung induziert wird, die über die Diode 32 den Kondensator 31 auflädt. Damit ist der Ladevorgang abgeschlossen.

Zündet man nun den Thyristor 30 erneut, so läuft der ganze Vorgang wie beschrieben erneut ab.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Schaltmittel, wie beispielsweise die Verzögerungsstufe, nicht dargestellt worden, mit denen die Steuersignale für die beiden Thyristoren 22 und 30 abgeleitet werden. Diese Schaltmittel können so ausgeführt werden, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Weiterhin können statt der dargestellten NPN-Transistoren auch PNP-Transistoren verwendet werden, sofern man nur auf die richtige Polung achtet.

Überhaupt soll noch bemerkt werden, daß es auf besondere Einzelheiten der elektronischen Schallung nicht ankommt. So kann man beispielsweise auch andere monostabile Kippschaltungen verwenden, um den induktiven Zwischenspeicher definiert zu magnetisieren, so daß auch der Zündkondensator definiert aufgeladen werden kann, beispielsweise Kippschaltungen mit kürzeren Sperr- bzw. Kippzeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für Hochspannungs-Kondensator-Zündanlagen für Brennkraftmaschinen, mit einer Steuerimpulse abgebenden Unterbrechervorrichtung und mit einem Zündkondensator, der in Abhängigkeit vom Unterbrecherspiel der Brennkraftmaschine von einem eine Speicherwicklung aufweisenden und durch eine ansteuerbare monosta- so bile Schaltstufe durch Einschalten eines Erregerstromes in der Speicherwicklung definiert erregbaren induktiven Zwischenspeicher über eine Gleichrichtereinrichtung durch Zuführung definierter Ladungsmengen aufladbar und durch Ansteuerung einer Leistungsschaltstufe in einen Zündtransformator entladbar ist, wobei die Ansteuerung der monostabilen Schaltstufe und der Leistungsschaltstufe durch die von der Unterbrechervorrichtung abgegebenen Steuerimpulse erfolgt, und wobei die Steuerimpulse der Leistungsschaltstufe unmittelbar und der monostabilen Schaltstufe über ein Zeitverzögerungsglied zugeführt werden, welches durch entsprechende Bemessung die Einschaltung des Erregerstromes in der Speicherwicklung des induktiven Zwischenspeichers erst nach der Entladung des Zündkondensators bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherwicklung (Wi, Ww) des induktiven Zwischenspeichers auf dem Kern (9, 33) des Zündtransformators angeordnet ist und zugleich als Primärwicklung des Zündtransformators dient.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil (W10.1) der Speicherwicklung (W10) als Primärwicklung des Zündtransformators dient.

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladung des Zündkondensators (31) von dem Zwischenspeicher über eine auf dem Kern (33) des Zündtransformators angeordnete Ladewicklung ( Wn) erfolgt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung einer eine Steuerwicklung (W2, Wu) aufweisenden induktiv mitgekoppelten Schaltstufe (12,13, 14, W₂ bzw. 22, 23, 24, 25, 26, 28, 29, Wn) als monostabile Schaltstufe die Steuerwicklung (W2, Wi 1) der induktiv mitgekoppelten Schaltstufe ebenfalls auf dem Kern (33) des Zündtransformators angeordnet ist.