DE2242325B2 - Zuendanlage fuer brennkraftmaschinen mit einem magnetzuender - Google Patents
Zuendanlage fuer brennkraftmaschinen mit einem magnetzuenderInfo
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- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Bei sogenannten Spulenzündanlagen wird im Zündzeitpunkt der zuvor geschlossene Primärstromkreis der
Zündanlage durch einen Zündtransistor geöffnet. Dabei bricht das vom Primärstrom aufgebaute Magnetfeld der
Zündspule zusammen und induziert in der Sekundärwicklung einen Hochspannungsimpuls, der an der
Zündkerze einen Zündfunken verursacht.
Zu;· Erzeugung weiterer Zündfunken muß der Primärstromkreis zunächst eineut geschlossen werden.
Bei batteriegespeisten Zündanlagen kann die zur Umsteuerung des Zündtransistors dafür erforderliche
Steue-sp;,nnung den Klemmen der Akkumulatorbatterie entnommen werden. Bei sogenannten Magnetzündern
ist jedoch die Klemmenspannung am Zündanker bei kurzgeschlossenem Primärstronikreis zu gering, um
den Zündtransistor vollständig in den stromleitenden Zustand zu schalten, was jedoch zum Aufbau eines
starken Magnetfeldes in der Zündspule bzw. im Zündanker erforderlich ist.
Bei einer bekannten, transistorgesteuerten Magnetzündanlage ist der Zündtransistor mit einem Steuerwiderstand
im Primärstromkreis in Reihe geschaltet (DT-OS 15 39 180). Beim Auftreten einer positiven
Spannungshalbwelle des Zündankers wird der Zündtransistor durch den an diesen Steuerwiderstand
auftretenden Spannungsabfall über einen Steuertransistor in den stromleitenden Zustand geschaltet bzw. bis
zum Zündzeitpunkt im stromleitenden Zustand gehalten. Im Zündzeitpunkt wird dann dL Basis-Emitter-Strecke
des Steuertransistors überbrückt und auf diese Weise der Zündtransistor gesperrt. Diese oder derartige
Lösungen haben den Nachteil, daß der Widerstand den Primärstromkreis in unerwünschter Weise belastet,
indem er eine Strombegrenzung und somit nur einen begrenzten Aufbau des Magnetfeldes im Zündanker
während der positiven Spannungshalbwelle bewirkt. Dadurch wird die bei der Unterbrechung des Primärstromkreises
durch den Zündtransistor ausgelöste Hochspannung in der Sekundärwicklung des Zündankers
stark herabgesetzt.
Bei einer anderen bekannten Zündanlage sind mehrere Zündspulen außerhalb des Magnetgenerators
in einem geschlossenen, vom Magnetgenerator versorgten Primärstromkreis angeordnet (BE-PS 6 82 933).
Dort werden zum Zündzeitpunkt die Primärwicklungen der Zündspulen durch ein elektronisches Schaltelement
kurzgeschlossen, das über einen Steuertransformator und einer Steuerschaltung getriggert wird. Eine solche
Lösung ist sehr aufwendig und läßt sich ai.f Zündanlagen
mit einem Zündanker, bei dem die Primärwicklung gleichzeitig zur Erzeugung der Zündenergie dient, nicht
verwenden, weil bei diesen Zündanlagen der Primärstrom
zum Zündzeitpunkt unterbrochen werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine iransistorgesteuerte Magnetzündanlage so aufzubauen,
daß die Höhe des im Zündzeitpunkt zu un'erbrechenden Primärstromes durch Steuerelemente im Primärstromkreis
weilgehend unabhängig ist.
Dies wird durch die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
erreicht. Durch die Verwendung der Schwellspannung einer mit dem Zündtransistor in Reihe
geschalteten Diodenstrecke zur Aufs'euerung des Zündtransistors wird einerseits ein unverzügliches
Aufsteuern des Zündtransistors beim Beginn einer positiven Primärspannungs-Halbwelle erreicht und
andererseits eine Dämpfung bzw. eine Begrenzung des Primärstromes verhindert. Dies hat den Vorteil, daß
auch bei einer niederen Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine der zu unterbrechende Primärstrom
ausreicht, um den zur Zündung erforderlichen Hochspannungsimpuls in der Sekundärwicklung des Zündankers
bzw. der Zündspule zu erzeugen.
Um im Bedarfsfall die für die Aufsteuerung des Zündtransistors in den Sättigungsbereich erforderliche
Steuerspannung zu erhalten, ist es vorteilhaft, den Kollektor des Zündtransistors an eine Serienschaltung
zweier Dioden anzuschließen, den Emitter mit einem Ende der Zündankerwicklung zu verbinden und den mit
dem Kollektor des Zündtransistors nicht verbundenen Anschluß der Serienschaltung der beiden Dioden an das
andere Ende der Zündankerwicklung anzuschließen.
Die Erfindung ausgestaltende Einzelheiten sind an mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 das Schaltbild einer Zündanlage mit einem Magnetzünder, in dessen Primärstromkreis die Schaltstrecke
des Zündtransistors liegt, der durch einen Impulsgeber im Zündzeitpunkt über eine Steuereinrichtung
gesperrt wird.
Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Steuerspannungen
und Steuerströme zur Umschaltung des Zündtransistors und
F i g. 3 zeigt den Primärstromkreis eines Magnetzünders nach Fig. I mit einem Spannungsteiler zur
Umschaltung des Zündtransistors im Zündzeitpunkt.
In Fig. I ist das Schaltbild einer Zündanlage für eine
Einzylinder-Brennkraftmaschine dargestellt, die von einem Magnetzünder 10 versorgt wird. Der Magnetzünder
10 besteht aus einem umlaufenden Magnetsystem 11 aus mehreren in Umfangsrichtung angeordneten,
abwechselnd gepolten Dauermagneten, die beispielsweise in einem Schwungrad der Brennkraftmaschine
eingegossen sind und von dieser angetrieben werden. Sie wirken mit einem am Gehäuse der Brennkraftmaschine
angeordneten Zündanker 12 zusammen, dessen Zündankerwicklung 13 als Zündspule mit einer Primärwicklung
13a und einer Sekundärwicklung 136 ausgebildet ist. Die Sekundärwicklung 13i>
ist über ein Zündkabel 14 mit einer Zündkerze 15 der Brennkraftmaschine verbunden. Die Primärwicklung 13a des t>o
Zündankers 12 versorgt einen Primärstromkreis, in dem die Kollektor-Emitterstrecke eines NPN-Zündtransistors
16 angeordnet ist. Der Kollektor des Zündtransistors 16 ist mit zwei in Reihe geschaltete Dioden 17 und
18 kathodenseitig verbunden und mit seinem Emitter hi mit dem einen, an Masse liegenden Ende der
Primärwicklung 13a des Zündankers 12 verbunden. Die Basis des Zündtransistors 56 ist einerseits über einen
Widerstand 19 mit der Anode der Diode 17 verbunden, die an das andere Ende der Primärwicklung 13a des
Zündankers 12 angeschlossen ist. Die Basis des Zündtransistors 16 ist ferner an einen Steuerstromkreis
angeschlossen, in dem eine Schalteinrichtung 20 und ein Kondensator 21 enthalten sind. Der Kondensator 21 ist
einerseits mit dem auf Masse liegenden Ende der Primärwicklung 13a verbunden und andererseits über
eine Diode 22 mit dem anderen Ende der Primärwicklung 13 verbunden.
Die Diode 22 ist im Hinblick auf die im Primärstromkreis angeordneten Dioden 17 und 18 in umgekehrter
Durchlaßrichtung gepolt. Die Schalteinrichtung 20 ist zu ihrer Steuerung mit einem magnetischen Impulsgeber
23 verbunden und ihr mit der Basis des Zündtransistors 16 verbundener Anschluß ist über eine weiteren
Widerstand 24 mit Masse verbunden.
Die Wirkungsweise dieser Zündanlage wird anhand der in F i g. 2 dargestellten Diagramme für den Verlauf
der Spannungen und Ströme am Zündtransistor 16 erläutert. Auf der Achse ωι>
ist der Primärstrom /,, als ausgezogene Kennlinie und die Primärspannungen Up
an der Primärwicklung 13a als gestrichelte Kennlinie dargestellt. Auf der Achse ωί2 ist der Basisstrom lt>
des Zündtransistors 16 als ausgezogene Kennlinie und die Kondensatorspannung U1- am Kondensator 21 als
gestrichelte Kennlinie dargestellt.
Wird beim Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine das Magnetsystem Il in Pfeilrichtung gedreht, so
erzeugen die Dauermagnete in der Primärwicklung 13a des Zündankers 12 eine Spannung mit aufeinanderfolgenden
positiven und negativen Halbwellen. Beim Auftreten einer ersten positiven Halbwelle der Primärspannung
Up wird beim Erreichen der Schwellspannung an den Dioden 17 und 18 im Primärstromkreis diese
über den Widerstand 19 an die Basis des Zündtransistors 16 gelegt. Da dieser mit seinem Emitter auf Masse liegt,
fließt aufgrund dieser Spannung ein Basisstrom Ib, der den Zündtransistor 16 in den stromleitenden Zustand
schaltet. Nunmehr ist der Primärstromkreis über die Dioden 17 und 18 und über die Schaltstrecke des
Zündtransistors 16 kurzgeschlossen und es fließt ein Primärstrom Ip, der an den Dioden 17 und 18 sowie an
der Schaltstrecke des Zündtransistors 16 lediglich den Spannungsabfall erzeugt, der zur Aufrechterhaltung des
leitenden Zustandes des Zündtransistors 16 erforderlich ist. Die Primärspannung Up der Primärwicklung 13a
bricht dabei stark zusammen. Beim Auftreten der folgenden negativen Halbwelle der Primärspannung Un
liegen die Dioden 17 und 18 sowie die Schaltstrecke des Zündtransistors 16 in Sperrichtung. Da jedoch die Diode
22 für diese Spannungshalbwelle in Durchlaßrichtung liegt, wird der Kondensator 21 auf eine negative
Spannung Uc aufgeladen. Die Schalteinrichtung 20, die
beispielsweise als bistabile Kippstufe ausgebildet sein kann, ist zu diesem Zeitpunkt gesperrt, so daß die
Ladung des Kondensators 21 nicht über die Schalteinrichtung 20 und den Widerstand 24 abfließen kann. Beim
Auftreten der folgenden positiven Halbwelle der Primärspannung Up wird nun der Zündtransistor 16
erneut stromleitend. Der Primärstromkreis ist wieder kurzgeschlossen und durch einen starken Primärstrom
Ip wird im Zündanker 12 ein starkes Magnetfeld aulgebaut. Zum Zündzeitpunkt Zzp erzeugt nun der
magnetische Impulsgeber 23 einen Steuerimpuls, der die Schalteinrichtung 20 umschaltet, so daß nun die
Kondensatorspannung (Λ-des Kondensators 21 über die
Schalteinrichtung 20 auf die Basis des Zündtransistors
16 gelangt. Dadurch wird die Basis gegenüber dem Emitter des Zündtransistors 16 negativ und der
Zündtransistor sperrt den Primärstrom In unverzüglich.
Durch die Unterbrechung des Primärstromes bricht das Magnetfeld im Zündanker 12 schlagartig zusammen und
induziert dabei in der Sekundärwicklung 136 einen Hochspannungsimpuls, der an der Zündkerze 15 einen
Zündfunken zur Folge hat. Beim Zusammenbruch des Magnetfeldes im Zündanker 12 wird auch in der
Primärwicklung 13a eine Spannungsspitze induziert, die jedoch bei einem hochohmigen Widerstand 19 an der
Basis des Zündtransistors 16 unwirksam ist. Nachdem die elektrische Ladung des Kondensators 21 über die
Schalteinrichtung 20 und den Widerstand 24 abgeflossen ist, wird durch einen erneuten Steuerimpuls des
magnetischen Impulsgebers 23 die Schalteinrichtung 20 gesperrt. Bei der folgenden negativen Halbwelle der
Primärspannung Up kann sich nun der Kondensator 21
erneut aufladen und der Zündvorgang wiederholt sich mit jeder vollen Umdrehung des Magnetsystems U in
der oben beschriebenen Weise.
In Fig.3 ist der Primärstromkreis eines in Fig. 1
gezeigten Magnetzünders dargestellt. Dabei sind gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugsziffern
versehen. Zur Steuerung des Zündtransistors 16 in den stromleitenden Zustand sind wiederum zwei in Reihe
liegende Dioden 17 und 18 in der Kollektorleitung des Zündtransistors 16 angeordnet. Der Anodenanschluß
der Diode 17 ist hier jedoch über den Widerstand 19 an die Basis eines Vortransistors 30 gelegt, der mit dem
Zündtransistor 16 in einer Darlington-Schaltung gekoppelt ist. In einem weiteren an der Basis des
Vortransistors 30 angeschlossenen Seuerstromkreis ist ein Steuertransistor 31 angeordnet, dessen Kollektor-Emitter-Slrecke
zur Basis Emitter-Strecke des Zündtransistors 16 in der Darlington-Schaltung parallelgeschaltet
ist. Die Basis des Steuertransistors 31 ist mit dem Abgriff 32a eines Spannungsteilers 32 verbunden,
der zur nicht dargestellten Primärwicklung des Zündankers parallelgeschaltet ist. Der Spannungsteiler 32
besteht aus einem Widerstand 33, zwei dazu in Reihe liegende Dioden 34 und 35, einer Zenerdiode 36 sowie
einem weiteren Widerstand 37. Der Abgriff 32a des .'•pannungsteilers liegt zwischen der Zenerdiode 36 und
dem Widerstand 37. Die Zenerdiode 36 im oberen Teil des Spannungsteilers 32 ist derart gepolt, daß der
Steuertransistor 31 beim Auftreten einer positiven Spannungshalbwelle im Prirnärstromkreis der Zündanlage
erst dann das zu seiner Umschaltung in seinen stromleitenden Zustand erforderliche positive Potential
erhält, wenn die Zenerspannung erreicht wird. Zur Begrenzung der negativen Spannungshalbwelle im
Primärstromkreis der Zündanlage ist die Primärwicklung 13a des Zündankers 12 von einer weiteren Diode
38 überbrückt, die mit einem Widerstand 39 in Reihe liegt. Die Diode 38 ist in bezug auf die Dioden 17 und 18
im Primärstromkreis in umgekehrter Durchlaßrichtung gepolt.
Die Wirkungsweise der Zündanlage ist derart, daß beim Auftreten einer positiven Spanniingshalbwelle des
Magnetzünders 10 (Fig. 1) ein positives Potential über
den Widerstand 19 auf die Basis des Vortransistors 3( gelangt und diesen sowie den Zündtransistor 16 übei
seinen auf Masse liegenden Emitter in den stromleiter!- den Zustand schaltet. Der Primärsiromkreis wire
dadurch kurzgeschlossen und es fließt ein Priniärstrorr über die Dioden 17 und 18 und über die Schaltstreckc
des Transistors 16. Der konstante Spannungsabfall ar den Dioden 17 und 18 hält dabei den stromleitenden
Zustand der Transistoren 30 und 16 aufrecht. Zum Zündzeitpunkt ist an der Zenerdiode 36 des Spannungsteilers
32 die Zenerspannung erreicht. Die Zenerdiode bricht durch, so daß ein positives Potential über der
Abgriff 32a nunmehr auf die Basis des Steuertransistor; 31gelangt und diesen in den stromleitenden Zustanc
umschaltet. Dadurch wird nun die Basis des Vortransi stors 30 auf Masse gelegt. Als Folge davon sperren die
Transistoren 30 und 16. Damit wird der Primärstrorr augenblicklich unterbrochen und dadurch der Zündvorgang
an der Zündkerze ausgelöst. Die dabei dei Primärwicklung des Zündankers induzierte positive
Spannungsspitze ist am Zündtransisior 16 unwirksam da sie den Steuertransistor 31 über die Zenerdiode 3t
verstärkt in den stromleitenden Zustand steuert wodurch die Basis des Vortransistors 30 auf Masse
gelegt wird.
Gegen Ende der positiven Spannungshalbwelle irr Primärstromkreis wird die Zenerspannung der Zenerdiode
36 erneut unterschritten und der Steuertransistoi 31 gelangt wieder in den Sperrzustand. Damit wird die
Basis des Vortransistors 13 erneut über den Widerstand 19 an das Anodenpotential der Diode 17 gelegt. Beim
Auftreten einer nachfolgenden negativen Spannungshalbwelle des Magnetzünders wird diese über die Diode
38 und den Widerstand 39 so weit belastet, daß die Erzeugung zur Auslösung einer Fehlzündung ausreichenden
Hochspannung in der Sekundärwicklung 13i des Zündankers 13 verhindert wird.
Die mit der Zenerdiode 36 in Reihe geschalteten Dioden 34 und 35 des Spannungsteilers 32 sollen einer
Verschiebung des Zündzeitpunktes entgegenwirken indem sie den Temperaturgang der Transistoren 30 und
16 und damit die Änderung der Primärspannung bei unterschiedlichen Temperaturen kompensieren. Diese
Zündanlage ist für Magnetzünder mit nur einem umlaufenden Dauermagneten besonders geeignet, da
mit jeder positiven Spannungshalbwelle im Primärstromkreis ein Zündvorgang ausgelöst wird.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise
der Zündanker des Magnetzünders ohne Hochspannungswicklung ausgelegt sein. In diesem Fall ist eine
besondere Zündspule erforderlich, deren Primärwicklung im Stromkreis der Zündankerwicklung angeordnet
ist. Ferner ist es möglich, an Stelle der Dioden 17 und 18 nur eine Diode zu verwenden, sofern deren Spannungsabfall
in Durchlaßrichtung zur Steuerung des Zündtransistors ausreicht. Der Zündtransistor kann ebenfalls als
PNP-Leistungstransistors ausgeführt sein, wobei dann
die übrigen elektrischen Bauteile entsprechend gepolt
wi sein müssen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
- Patentansprüche:! Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Zündanker, der zur Erzeugung der Zündenergie mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, umlaufenden Magnetsystem zusammenwirkt und an dessen Wicklung ein Stromkreis angeschlossen ist, in dem die Schaltstrecke eines Zündtransistors liegt und der zugleich den Primärstromkreis einer Zündspule bildet, deren Sekundärwicklung über ein Zündkabel mit mindestens einer Zündkerze verbunden ist und wobei der Zündtransistor mit seiner Basis an einem Steuerstromkreis angeschlossen ist, der im Zündzeitpunkt durch ein Steuersignal einer Steuereinrichtung den Zündtransistor vom stromieitenden Zustand in den Sperrzustand umsteuert, wobei mindestens eine Diode mit der Schaitstrecke des Zündtransistors in gleicher Durchlaßrichtung liegend in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Diode (17, 18) mit einem Anschluß am Kollektor des Zündtransistors (16) angeschlossen ist und daß die Spannung an dem mit dem Kollektor nicht verbundenen Anschluß der mindestens einen Diode (17) über einen Widerstand (19) auf die Basis des Zündtransistors (16) gelangt.
- 2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Zündtransistors (16) an eine Serienschaltung zweier Dioden (17, 18) angeschlossen und der Emitter mit einem Ende der jo Zündankerwicklung (13) verbunden ist und daß der mit dem Kollektor des Zündtransistors (16) nicht verbundene Ansch)uß der Serienschaltung der beiden Dioden an das andere Ende der Zündankerwicklung (13) angeschlossen ist.
- 3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Steuerstromkreis angeschlossene Basis des Zündtransistors (16) mit einer in dem Steuerstromkreis angeordneten Schalteinrichtung (20, 21) verbunden ist, die im Zündzeitpunkt (Zzp) durch das Steuersignal der Steuereinrichtung (23, 32) vom Sperrzustand in den leitenden Zustand umschaltbar ist.
- 4. Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (20) an einen Kondensator (21) angeschlossen ist, der einerseits mit dem einen, auf Masse liegenden Ende der Zündankerwicklung (13) und andererseits über eine Diode (22) mit dem anderen Ende der Zündankerwicklung (13) verbunden ist, wobei die Diode (22) in to bezug auf die mit der Schaltstrecke des Zündtransistors (16) in Serie liegenden mindestens eine Diode (17,18) in umgekehrter Durchlaßrichtung gepolt ist.
- 5. Zündanlage nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (24) zur Basis-Emitter-Strecke des Zündtransistors (16) parallel geschaltet ist.
- 6. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein parallel zur Zünda;ikerwicklung (13) geschalteter t>o Spannungsteiler (32) ist.
- 7. Zündanlage nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung ein Steuertransistor(31) nach dessen Kollektor-Emitter-Strecke zur Basis-Emitter-Strecke des Zündtransi- h-> stors (16) parallel geschaltet ist und dessen Basis mil dem Abgriff des Spannungsteilers (32) verbunden ist.
- 8. Zündanlage nach einem der vorherigenAnsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündankerwicklung (13) von einer weiteren, mit einem Widerstand (39) in Reihe liegenden Diode (38) überbrückt ist, die in bezug auf die mit der Schaltstrecke des Zündtransistors (16) in Serie liegende mindestens eine Diode (17, 18) in umgekehrter Durchlaßrichtung gepolt ist.
- 9. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündtransisior (16) mit einem Vortransistor (30) in Darlington-Schaltung gekoppelt ist.
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