DE2242327C3 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Zündanker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Zündanker nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei sogenannten Spulenzündanlagen wird im Zündzeitpunkt der zuvor geschlossene Primärstromkreis der Zündanlage durch das Halbleiterelement, vorzugsweise 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.

Zur Erzeugung weiterer Zündfunken muß der Primärstromkreis zunächst erneut geschlossen werden. Bei batteriegespeisten Zündanlagen kann die zur Umsteuerung des Zündtransistors erforderliche Steuerspannung den Klemmen der Batterie entnommen werden. Bei sogenannten Magnetzündern ist jedoch die Klemmenspannung am Zündanker bei kurzgeschlosse-ο nem Primärstromkreis zu gering, um den Zündtransistor vollständig in dem stromleitenden Zustand zu halten, was jedoch zum Aufbau eines starken Magnetfeldes in der Zündspule bzw. im Zündanker erforderlich ist.

Bei einer bekannten, transistorgesteuerten Magnet-Zündanlage ist ein Zündtransistor mit einem Widerstand im Primärstromkreis in Reihe geschaltet (DT-OS 15 39 180). Beim Auftreten einer positiven Spannungshalbwe'le des Zündankers wird der Zündtransistor durch den an diesem Widerstand auftretenden Spannungsabfall in den siromleitenden Zustand geschaltet bzw. bis zum Zündzeitpunkt im stromleitenden Zustand gehalten. Im Zündzeitpunkt wird dann der Zündtransistor durch einen weiteren Steuerstromkreis gesperrt, wobei der Steuerstromkreis einen Kondensator enthält, der zu einem weiteren im Primärstromkreis der Zündanlage angeordneten Steuerwiderstand parallel geschaltet ist und nach erfolgter Aufladung zum Zündzeitpunkt eine Schwell-Schalteinrichtung ansteuert, welche die Basis-Emitter-Strecke des Zündtransistors unterbricht. Der Kondensator dieser Steuereinrichtung ist mit einem Widerstand in Reihe geschaltet und die Verbindung beider Bauelemente ist über die Basis-Kollektor-Strecke eines Steuertransistors mittelbar an die Steuerelektrode des Halbleiterelementes im Primärstromkreis angeschlossen. Diese oder derartige Lösungen, haben den Nachteil, daß die zum öffnen und zum Sperren des Zündtransistors erforderlichen Widerstände im Primärstromkreis diesen in unerwünschter Weise belasten, indem sie den Primärstrom begrenzen und somit den Aufbau eines starken Magnetfeldes im Zündanker während der positiven Spannungshalbwelle verhindern. Dadurch wird die bei der Unterbrechung des Primärstromkreises durch den Zündtransistor ausgelöste Hochspannung in der Sekundärwicklung des Zündankers stark gedämpft.

Bei einer anderen bekannten Zündanlage dieser Art ist zur Steuerung des Zündtransistors ein Steuertransformator vorgesehen, dessen Primärwicklung im Primärstromkreis des Zündankers liegt und hier ebenfalls eine unerwünschte Begrenzung des zum Zündzeitpunkt zu unterbrechenden Primärstromes bewirkt (DT-AS 15 39 229).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine halbleitergesteuerte Magnetzündanlage so aufzubauen, daß die Höhe des im Zündzeitpunkt zu unterbrechenden Primärstromes durch Steuerelemente zur Ansteuerung des Halbleiters im Primärstromkreis unabhängig ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden

fio Merkmalen des Hauptanspruchs erreicht.

Bei einer solchen Zündanlage dienen die negativen Spannungshalbwellen des Magnetzünders zum Aufladen eines Steuerkondensators. Das Potential des Steuerkondensators gelangt mittelbar auf die Steuer-

f>5 elektrode des Halbleiters im Primärstromkreis, so daß dieser bereits mit Beginn der jeweils nachfolgenden positiven Spannungshalbwelle in den stromleitenden Zustand gesteuert ist. Auf diese Weise kann der

Primärstromkreis durch den vorzugsweise als Zündtransistor ausgebildeten Halbleiter unmittelbar kurzgeschlossen werden, so daß ein starker Primärstrom fließt, der nicht mehr durch Widerstände im Primärstrcmkreis zur Erzeugung einer Steuerspannung für den Zündtransistor begrenzt wird.

Einzelheiten der Erfindung sind an einem in der der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zei^t

F i g. 1 das Schaltbild einer Zündanlage mit einem Magnetzünder und einem Zündtransistor im Primärstromkreis, der von der Spannung eines Kondensators in den stromleitenden Zustand gesteuert wird und

F i g. 2 den Verlauf der Ströme und Spannungen im Steuerstromkreis und im Primärstromkreis der Zündanlage nach F ig. 1.

Die in F i g. 1 dargestellte Zündanlage für eine Einzylinder-Brennkraftmaschine, ist mit einem Magnetzünder 10 ausgerüstet, dessen Zündanker 11 mit einer zweiteiligen Wicklung 12 versehen ist, die zugleich die Zündspule der Zündanlage bildet. Der am Gehäuse der Brennkraftmaschine angeordnete Zündanker 11 wirkt mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, umlaufenden Magnetsystem 13 mit einem Dauermagneten 13a zusammen. Während die Sekundärwicklung 12a des Zündankers 11 über ein Zündkabel 14 mit einer Zündkerze 15 verbunden ist, liegt die Primärwicklung 12b des Zündankers 11 an einem Primärstromkreis, in dem die Kollektor-Emiiter-Strecke eines Zündtransistors 16 angeordnet ist. Der Zündtransistor 16 ist als NPN-Leistungstransistor ausgelegt und sein Emitteranschluß liegt ebenso wie das eine Ende der Primärwicklung 12Z) des Zündankers 11 auf Masse. Die Primärwicklung 126 ist von einem Kondensator 17 und einer dazu in Reihe geschalteten Diode 18 überbrückt, die mit Bezug auf die Kollektor-Emitter-Strecke des Zündtransistors 16 in entgegengesetzter Durchlaßrichtung gepolt ist. Die Verbindung 19 zwischen dem Kondensator 17 und der Diode 18 ist über einen hochohmigen Widerstand 20 mit der Basis des Zündtransistors 16 verbunden. An der Basis des Zündtransistors 16 ist ein weiterer Steuerstromkreis angeschlossen, in dem ein Steuertransistor 21 angeordnet ist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke zur Basis-Emitter-Strecke des Zündtransistors 16 parallel geschaltet ist. Zur Auslösung des Zündvorganges ist parallel zu der Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors 21 ein magnetischer Impulsgeber 22 angeordnet. Die Basis des Steuertransistors 21 ist ferner über einen Widerstand 23 mit dem auf Masse liegenden Ende der Primärwicklung 12b sowie über einen Koppelwiderstand 24 mit dem anderen, nicht auf Masse liegenden Ende der Primärwicklung 12b des Zündankers 11 verbunden. Die Primärwicklung i2b ist ferner von einem Dämpfungsglied 25 für die negativen Spannungshalbwellen im Primärstromkreis überbrückt. Das Dämpfungsglied 25 enthält eine Diode 26, die mit einer Zenerdiode 27 in Reihe geschaltet ist und im Hinblick auf die Kollektor-Emitter-Strecke des Zündtransistors 16 in entgegengesetzter Durchlaßrichtung gepolt ist. Die Zenerdiode 27 ist derart gepolt, daß sie beim Erreichen der Zenerspannung die Primärwicklung 12b des Zündankers 11 über die Diode 26 überbrückt und auf diese Weise die Höhe der negativen Spannungshalbwellen im Primärstromkreis begrenzt. Zur Entlastung des Zündtransistors 16 während der negativen Spannungshalbwelle ist im Primärstromkreis eine Diode 28 eingefügt, die für die positive Spannungshalbweiien in Durchlaßrichtung gepolt ist.

Die Wirkungsweise dieser Zündanlage wird mit Hilfe der in Fig.2 dargestellten Strom- und Spannungs-Kennlinien näher erläutert. Auf der Achse ωί\ ist der Verlauf der Primärspannung U_p in einer gestrichelten Linie und der Verlauf des Pnmärstromes I_p als ausgezogene Linie dargestellt. Auf der Achse toft ist die Spannung U_b an der Basis des Zündtransistors 16 als gestrichelte Linie, der Basisstrom /*> des Zündtransistors 16 als ausgezogene Linie und die Kondensatorspannung

ίο U_c am Kondensator 17 in einer punktierten Linie aufgetragen.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Dauermagnet 13a des Magnetsystems 13 am Zündanker 11 des Magnetzünders 10 vorbeibewegt und dabei zunächst eine negative Spannungshalbwelle in der Primärwicklung 12b des Zündankers 11 erzeugt. Die negative Spannungshalbwelle wird auf die Zenerspannung der Zenerdiode 27 begrenzt, da diese beim Erreichen der Zenerspannung die Primärwicklung 12b

ίο über die Diode 26 überbrückt. Der Kondensator 17 wird nunmehr über die Diode 18 auf die durch die Zenerdiode 27 begrenzte Spannung der negativen Halbwelle aufgeladen. Das positive Potential der Kondensatorspan'nung U_c an der Verbindung 19 der Schaltung nach

is F i g. 1 gelangt über den Widerstand 20 auf die Basis des Zündtransistors 16. Am Ende der negativen Spannungshalbwelle wird nunmehr die Kondensatorspannung U_c als Basisspannung Ub zwischen der Basis und dem Emitter des Zündtransistors 16 wirksam. Bei der nachfolgenden positiven Halbwelle in der Primärwicklung 12b des Zündankers 11 wird diese der Kondensatorspannung Uc überlagert, folglich die Basisspannung Ub weiter erhöht. Diese Basisspannung Ub treibt einen Basisstrom Ib, der den Zündtransistor 16 vollständig in den stromleitenden Zustand steuert, so daß der Primärstromkreis des Magnetzünders 10 praktisch kurzgeschlossen wird. Der Primärstrom I_p steigt bis auf einen Höchstwert an und baut dabei im Zündanker 11 ein starkes Magnetfeld auf,

Zum Zündzeitpunkt Zzp. wird im magnetischen Impulsgeber 22 ein Spannungsimpuls erzeugt, der die Basis des Steuertransistors 21 auf ein positives Potential hebt und damit den Steuertransistor 21 in den stromleitenden Zustand umschaltet. Dadurch wird die Basis-Emitterstrecke des Zündtransistors 16 kurzgeschlossen und die Basisspannung Ub bricht zusammen. Der Basisstrom Ib wird dadurch abgeschaltet und der Kondensator 17 entlädt sich nun über den Widerstand 20 und über die Kollektor-Emitter-Strecke des Steuertransistors 21. Durch das Abschalten des Basisstromes h wird der Zündtransistor 16 augenblicklich gesperrt und dadurch der Primärstrom I_P unterbrochen. Das Magnetfeld im Zündanker 11 bricht nun zusammen und induziert dabei in der Sekundärwicklung 12a einen Hochspannungsimpuls, der an der Zündkerze 15 einen Zündfunken bewirkt.

Da bei diesem Vorgang auch in der Primärwicklung 12b des Zündankers 11 eine Spannung induziert wird, muß sichergestellt werden, daß der Steuertransistor 21 im stromleitenden Zustand gehalten wird. Dies und ein beschleunigtes Kippen des Steuertransistors 21 wird durch den Koppelwiderstand 24 erreicht, der das Ansteigen der Primärspannung auf die Basis des Steuertransistors 21 überträgt und damit den Steuerte transistor 21 auch dann noch in den stromleitenden Zustand hält, wenn der Steuerimpuls des Impulsgebers 22 bereits abgeklungen ist. Erst am Ende der positiven Halbwelle der Primärspannung U_p gelangt der Steuer-

transistor 21 durch die Kopplung seiner Basis über den Widerstand 23 mit seinem Emitter erneut in den Sperrbereich. Durch die nachfolgende negative Spannungshalbwelle in der Primärwicklung 126 kann nun der Kondensator 17 erneut aufgeladen werden. Der Zünd Vorgang und die Aufladung des Kondensators 17 wiederholt sich mit jeder vollen Umdrehung des Magnetsystems 13.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch Schaltungsanordnungen, bei denen einzelne Bauelemente andersartig ausgebildet sein können. Wesentlich ist jedoch, daß beim Auftreten der positiven Spannungshalbwellen im Primärstromkreis das Halbleiterelement über den gesamten Drehzahlbereich vollständig in den stromleitenden Zustand geschaltet wird, indem die Steuerspannung für das Halbleiterelement durch die Reihenschaltung der Primärspannung mit der Spannung des zuvor aufgeladenen Kondensators so weit erhöht wird, daß schon bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine bzw. des Magnetsystems 10 eine ausreichende Umsteuerung des Halbleiterelementes erzielt wird. An Stelle des Zündtransistors 16 kann das Halbleiterelement ebenfalls als Doppeltransistor in an sich bekannter Darlington-Schaltung aufgebaut sein. Auch der Steuertransistor 21 kann durch einen Thyristor, eine Thyristortetrode oder einen Triac ersetzt werden, wobei die Mitkopplung über die Widerstände 24 und 23 gegebenenfalls entfallen kann. Ferner ist es möglich, daß der Kondensator 17 und die Diode 18 ebenso wie das Dämpfungsglied 25 die Primärwicklung 126 des Zündankers 11 nur teilweise überbrücken. Eine weitere Änderung der Schaltung nach F i g. 1 ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung dadurch möglich, daß die Zündspule getrennt vom Zündanker 11 an einer anderen Stelle im Primärstromkreis angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. 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 steuerbaren elektronischen Halbleiterelementes liegt und der zugleich den Primärstromkreis einer Zündspule bildet, deren Sekundärwicklung über ein Zündkabel mit mindestens einer Zündkerze verbunden ist und wobei das Halbleiterelement mit seiner Steuerelektrode an einen Steuerstromkreis angeschlossen ist, der im Zündzeitpunkt durch ein Steuersignal einer Steuereinrichtung das Halbleiterelement vom stromleitenden Zustand in den Sperrzustand umsteuert, und daß die Steuereinrichtung einen Kondensator und ein dazu in Reihe geschaltetes Bauelement enthält, wobei der gemeinsame Verbindungspunkt zwischen Kondensator und Bauelement mittelbar an die Steuerelektrode des Halbleiterelementes angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündankerwicklung (12) vom Kondensator (17) und einer dazu in Reihe geschalteten Diode (18) als Bauelement überbrückt ist, die mit Bezug auf die Schaltstrecke des Halbleiterelementes (16) in entgegengesetzter Durchlaßrichtung gepolt ist.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Verbindungspunkt (19) zwischen Kondensator (17) und Diode (18) über einen Widerstand (20) mit der Basis des als Zündtransistor (16) ausgebildeten Halbleiterelementes verbunden ist.

3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerstromkreis des Zündtransistors (16) ein Steuertransistor (21) angeordnet ist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke zur Basis-Emitter-Strecke des Zündtransistors (16) parallel geschaltet ist.

4. Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors (21) ein magnetischer Impulsgeber (22) angeordnet ist.

5. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündankerwicklung (12) von einem Dämpfungsglied (25) überbrückt ist, das eine Diode (26) enthält, die mit Bezug auf die Kollektor-Emitter-Strecke des Zündtransistors (16) in entgegengesetzter Durchlaßrichtung gepolt ist.

6. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (26) mit einer Zenerdiode (27) in Reihe geschaltet ist.