DE2250280A1

DE2250280A1 - IGNITION SYSTEM FOR COMBUSTION ENGINE WITH A CAPACITIVE ENERGY STORAGE

Info

Publication number: DE2250280A1
Application number: DE19722250280
Authority: DE
Inventors: Walter Hofer; Gerhard Imhof
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-10-13
Filing date: 1972-10-13
Publication date: 1974-04-25

Description

Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem kapazitiven Energiespeicher Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Kondensator zur Speicherung der Zündenergie und einem Zündtransformator, dessen Sekundärwicklung an eine Zündkerze angeschlossen ist und dessen Primär wicklung mit einem dazu in Reihe geschalteten, steuerbaren elektronischen Halbleiterelement für den Kondensator einen Entladestromkreis bildet, der im Zündzeitpunkt durch das Anlegen einer Steuerspannung in einem an die Steuerelektrode des Halbleiterelementes angeschlossen Steuerstromkreis geschlossen wird.Ignition system for internal combustion engines with a capacitive energy store The invention relates to an ignition system for internal combustion engines with a capacitor to store the ignition energy and an ignition transformer, its secondary winding is connected to a spark plug and its primary winding with one in addition Series-connected, controllable electronic semiconductor element for the capacitor forms a discharge circuit that is triggered at the point of ignition by applying a control voltage in a control circuit connected to the control electrode of the semiconductor element is closed.

Bei bekannten Zündanlagen dieser Art verwendet man als Halbleiterelement im Entladestromkreis des Kondensators zumeist einen Thyristor. Er wird im Zündzeitpunkt durch den Spannungsimpuls eines magnetischen Impulsgebers vom Sperrzustand in den stromleitenden Zustand umgesteuert und schließt dabei den Entladestromkreis. Die Entladung des Kondensators über die -Primärwicklung des Zündtransformators induziert dabei in der Sekundärwicklung einen starken Hochspannungsimpuls, der an der Zündkerze einen ZUndfunken verursacht.Known ignition systems of this type are used as a semiconductor element usually a thyristor in the discharge circuit of the capacitor. It will be at the ignition timing by the voltage pulse of a magnetic pulse generator from the locked state to the conductive state reversed and thereby closes the discharge circuit. the Discharge of the capacitor via the primary winding of the ignition transformer induced a strong high-voltage pulse in the secondary winding, which is transmitted to the spark plug causes a spark.

Ein Nachteil solcher Zündanlagen ist der insbesondere im unteren Drehzahlbereich relativ flache Anstieg der Steuerspannung am Impulsgeber, der eine unerwünscht hohe Start- und Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine verursacht. Ein stärker ausgelegter Impuls geber würde zwar schon bei einer kleineren Start- und Leerlaufdrehzahl den Thyristor umschalten. Er führt jedoch bei höheren Drehzahlen durcn das Auftreten von Störspannungen zu Fehlzündungen. Der flache Anstieg der Steuerspannungen macht es außerdem erforderlich, daß bei der Herstellung solcher Zündanlage die Thyristoren wegen den Exemplarstreuungen ihrer Steuerdaten (Steuerspannung, Steuerstrom) in aufwendiger Weise Jeweils passend zum Impuls geber ausgesucht werden müssen, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dito Zündanlage so auszubilden, daß eine niedere Start- und Leerlaufdrehzahl bei Verwendung eines gegen Störfelder unempfindlichen Impulsgebers mit geringer Leistung unabhängig von den Steuerdaten des Thyristors erreicht wird.A disadvantage of such ignition systems is that particularly in the lower speed range relatively flat rise in the control voltage at the pulse generator, which is an undesirably high Caused starting and idling speed of the internal combustion engine. A stronger one The pulse generator would already be at a lower starting and idling speed Switch thyristor. However, it leads to the occurrence at higher speeds from interference voltages to misfires. The flat rise in control voltages makes it is also necessary that the thyristors are used in the manufacture of such ignition systems because of the specimen variance of your control data (control voltage, control current) in elaborate way each must be selected to match the pulse generator, The The invention is based on the problem of designing the ignition system so that a lower one Starting and idling speed when using an insensitive to interference fields Pulse generator with low power independent of the control data of the thyristor is achieved.

Dies ist erfindungsgemäß dadurch möglich, daß im Steuerstromkreis zwei komplementäre Transistoren angeordnet sind, deren Basis jeweils mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden ist und wobei der Emitter des einen Transistors mit einer die Steuerspannung liefernden Wechselspannungsquelle, der Emitter des anderen Transistors mit dem Halbleiterelement im Entladestromkreis und seine Basis mit einer Impulsgeberschaltung verbunden ist. In vorteilhafter Weise ist dabei die für die Steuerspannung erforderliche Wechselspannungsquelle eine Stellerwicklung, die mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, umlaufenden Magnetsystem magnetisch gekoppelt ist.This is possible according to the invention in that in the control circuit two complementary transistors are arranged, whose base each with the collector of the other transistor is connected and the emitter of one transistor with an AC voltage source supplying the control voltage, the emitter of the another transistor with the semiconductor element in the discharge circuit and its base is connected to a pulse generator circuit. In an advantageous manner, the AC voltage source required for the control voltage an actuator winding, with a rotating magnet system driven by the internal combustion engine is magnetically coupled.

In der Zeichnung sind zwei Schaltungsbeispiele des Erfindungs--gegenstandes dargestellt; es zeigen: Fig. 1 eine Kondensator-zUndanlage, bei der die Steuerwicklung Teil der Ladewicklung für den Kondensator ist und Fig. 2 eine Kondensator-Zündanlage, bei der die Steuerwicklung und die Ladewicklung elektrisch voneinander getrennt sind, Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils eine Zündanlage für eine nicht dargestellte Einzylinder-Brennkraftmas chine mit einem Kondensator 10 und einem daran angeschlossenen Lade- und Entladestromkreis. Im Ladestromkreis liegt die Ladewicklung 11 bzw. lla eines agnet-ge'nerators 12 bzw. 12a, dessen Magnetsystem 13 mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekuppelt ist und mit ihr umläuft Eine Ladediode i4 ist jeweils mit der Ladewicklung 11 bzw. 11a in Reihe geschaltet, die auf einem mit dem umlaufenden Magnetsystem 13 gekoppelten Eisenkern 15 angeordnet ist. Im Entladestromkreis liegt die Prim>nficklung 16a eines Züdtransformators 16 und dazu in Reihe die Schalt strecke eines Thyristors 17. Die Sekundärwicklung 16b des Zündtransformators 16 ist einerseits mit der Primärwicklung 16a und andererseits mit einer Zündkerze 18 verbunden.The drawing shows two circuit examples of the subject of the invention shown; The figures show: FIG. 1 a capacitor ignition system in which the control winding Is part of the charging winding for the capacitor and Fig. 2 shows a capacitor ignition system, in which the control winding and the charging winding are electrically separated from each other are, Figures 1 and 2 each show an ignition system for a not shown Single-cylinder internal combustion engine with a capacitor 10 and a connected thereto Charge and discharge circuit. The charging winding 11 or 11a is located in the charging circuit an agnet generator 12 or 12a, the magnet system 13 of which with the crankshaft the internal combustion engine is coupled and rotates with it. A charging diode i4 is in each case connected in series with the charging winding 11 or 11a, which are connected to one with the circulating Magnet system 13 coupled iron core 15 is arranged. Is in the discharge circuit the primary winding 16a of an ignition transformer 16 and the switching in series stretch of a thyristor 17. The secondary winding 16b of the ignition transformer 16 is on the one hand with the primary winding 16a and on the other hand with a spark plug 18 tied together.

Lediglich der an der Steuerelektrode 17a des Thyristors 17 angeschlossene Steuerstromltreis ist bei den zwei Schaltungs beispielen von unterschiedlichem Aufbau.Only the one connected to the control electrode 17a of the thyristor 17 Steuerstromltreis has a different structure in the two circuit examples.

In Fig. 1 ist der Steuerstromkreis des Thyristors 17 mit zwei komplementären Transistoren 20 und 21 versehen, wobei die Basis des PNP-Transistors 20 mit dem Kollektor des NPN-Transistors 21 und dessen Basis mit dem Kollektor des PNP-Transistors 20 verbunden ist. Die Basis des NPN-Transistors 21 ist außerdem über einen Widerstand 22 mit einem magnetischen Impuls geb er 23 verbunden, der mit einer Diode 24 in Reihe geschaltet ist und it einem von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen umlaufenden Kraftlinienleitstück 25 gekoppelt ist.In Fig. 1, the control circuit of the thyristor 17 is complementary with two Transistors 20 and 21 provided, the base of the PNP transistor 20 with the Collector of the NPN transistor 21 and its base with the collector of the PNP transistor 20 is connected. The base of the NPN transistor 21 is also through a resistor 22 with a magnetic pulse give it 23 connected to a Diode 24 is connected in series and it is one of the crankshaft of the internal combustion engine driven rotating force line guide piece 25 is coupled.

Sein zweiter Anschluß liegt ebenso wie die Kathode des Thyristors 17 und das eine Ende der Steuer- und Ladewicklung 11 auf lasse. Die Steuerspannung für den Thyristor 17 wird in einer Steuerwicklung lib induziert, die einen Teil der Ladewicklung 11 bildet. Ihr Abgriff 26 ist über die Anoden-Xathodenstrecke einer Diode 27 mit dem Emitter des PNP-Transistors 20 verbunden. Die Steuere3ektrode 17a des Thyristors 17 ist mit dem Emitter des Pi4P-Transistors 21 verbunden. Zum Schutz sowie zur Stabilisierung der beiden Transistoren 20 und 21 sind Emitter und Basis des PNP-Transistors 20 über einen hoehohllligen Widerstand 28 miteinander verbunden; zwei weitere Widerstände 29 und 30 liegen jeweils zwischen der Basis und dem Emitter des NPN-Transistors 21 einerseits und der Kathode des Thyristors 17 andererseits.Its second connection is just like the cathode of the thyristor 17 and let one end of the control and charging winding 11 open. The control voltage for the thyristor 17 is induced in a control winding lib which is a part the charging winding 11 forms. Your tap 26 is one over the anode-xathode path Diode 27 connected to the emitter of PNP transistor 20. The control electrode 17a of the thyristor 17 is connected to the emitter of the Pi4P transistor 21. For protection as well as to stabilize the two transistors 20 and 21 are emitter and base the PNP transistor 20 connected to one another via a hollow resistor 28; two further resistors 29 and 30 are each between the base and the emitter of the NPN transistor 21 on the one hand and the cathode of the thyristor 17 on the other hand.

Bei Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Kondensator 10 von den positiven Spannungshalbwellen der durch das umlaufende Magnetsystem 13 in der Ladewicklung 11 induzierten Wechselspannung aufgeladen. Die Ladediode 14 verhindert dabei eine Kondensatorentladung über die Ladewicklung 11. Die Steuerspannung am Ab griff 26 liegt mit der Spannung der Ladewicklung 11 in Phase, ist jedoch erheblich kleiner. Ihre positive Halbwelle gelangt über die Diode 27 auf den Emitter des PNP-Transistors 20, der zunächst noch ebenso wie der NPN-Transistor 21 gesperrt ist.During operation of the internal combustion engine, the capacitor 10 is of the positive voltage half-waves caused by the rotating magnet system 13 in the charging winding 11 induced alternating voltage charged. The charging diode 14 prevents one Capacitor discharge via the charging coil 11. The control voltage at the 26th connector is in phase with the voltage of the charging winding 11, but is considerably smaller. Its positive half-wave reaches the emitter of the PNP transistor via the diode 27 20, which is initially still blocked like the NPN transistor 21.

Erst wenn zum Zündzeitpunkt das umlaufende Kraftlinienleitstück 25 am Impuls geber 23 vorbeibewegt wird und dieser einen positiven Spannungsimpuls induziert, der über die Diode 2J und den Widerstand 22 auf die Basis des NPN-Transistors 21 gelangt, wird dieser in den stromleitenden Bereich gesteuert.Only when the rotating force line guide piece 25 at the pulse encoder 23 is moved past and this a positive voltage pulse induced via the diode 2J and the resistor 22 to the base of the NPN transistor 21, this is controlled in the conductive area.

Durch die vorerwähnte Kopplung der beiden Transistoren 20 und 21 wird nun erreicht, daß diese die positive Steuerspannung am Emitter des PNP-Transistors 20 unverzüglich auf die Steuerelektrode 17a des Thyristors 17 schalten. Der dabei an der Steuerelektrode 17a auftretende sehr steile Spannungsanstieg steuert den Thyristor 17 unabhAngig-von den Toleranzen seiner Steuerdaten sofort in den stromleitenden Zustand. Der Kondensator 10 entlädt sich nun über die Primärwicklung 16a. Der dabei in der Sekundärwicklung 16b induzierte Hochspannungsimpuls führt an der Zündkerze. zu einem kurzen, starken Zündfunken.The aforementioned coupling of the two transistors 20 and 21 is now achieved that this is the positive control voltage at the emitter of the Switch PNP transistor 20 to control electrode 17a of thyristor 17 immediately. The very steep voltage rise occurring at the control electrode 17a controls the thyristor 17 regardless of the tolerances of its control data immediately in the conductive state. The capacitor 10 is now discharged through the primary winding 16a. The high-voltage pulse induced in the secondary winding 16b leads on the spark plug. to a short, strong ignition spark.

Die beiden Transistoren 20 und 21 gelangen wieder in- den Sperrzustand, sobald die positive Halbwelle der Steuerspannung gegen Null geht. Da im Entladestromkreis auch der Thyristor 17 beim Nulldurchgang des Stromes wieder in den Sperrzustand gelangt wird der. Kondensator 10 durch die nächste positive Halbwelle in der Ladewicklung 11 erneut aufgeladen. Durch die richtige Anordnung der Ladewicklung 11 und des Magnetsystems 13 wird sichergestellt, daß bei richtiger Drehrichtung der Kondensator 10 vor dem Erreichen des Zündzeitpunkts aufgeladen ist. Bei unzulässiger Drehrichtun-g wird der Kondensator 10 zwar ebenfalls aufgeladen; eine Entladung wird aber dadurch verhindert, daß beim Auftreten des positiven Spannungsimpulses am Impulsgeber 23 die Steuerspannung am Abgriff 26 negativ ist. Der Thyristor 17 bleibt daher im-Sperrzustand, In Fig. 2 ist die Ladewicklung lla und eine Steuerwicklung 11c elektrisch voneinander getrennt auf dem Eisenkern 15 des Ladeankers 15a angeordnet. Das eine Ende der Steuerwicklung llc ist über eine Diode 40 mit der Steuerelektrode 17a des Thyristors 17 im Entladestromkreis des Kondensators 10 verbunden und ihr anderes Ende ist an den Emitter eines NPN-Transistors 41 angeschlossen. Der-Transistor 41 liegt zusammen mit einem zweite-n, -komplentäre-n Transistor 42 im Steuerstromkreis der Zündanlage. Auch in-'ffldie-sar Schaltung ist die Basis des PNP-Transistors 42 mi-t-demw Kollektor des NPN-Transistors 41 und dessen Basis wiederum mit dem Kollektor des PNP-Transistors 42 verbunden. In A»-änderung von Fig. 1 ist hier der magnetische Impulsgeber 23 mit einer in entgegengesetzter Durchlaßrichtung liegenden Diode 24a in Reihe geschaltet und über den Widerstand 22 mit der Basis des r Transistors 49 verbunden, Dieser ist mit seinem Emitter an die auf Masse liegende Kathode des Thyristors 17 verbunden. Die WiderstSnde 28 und 29 dienen auch hier zum Schutz und zur Stabilisierung der Transistoren 41 und 42.The two transistors 20 and 21 return to the blocking state, as soon as the positive half-wave of the control voltage approaches zero. Because in the discharge circuit the thyristor 17 also returns to the blocking state when the current crosses zero the. Capacitor 10 through the next positive half-wave in the charging winding 11 recharged. Through the correct arrangement of the charging coil 11 and the magnet system 13 ensures that with the correct direction of rotation, the capacitor 10 before When the ignition point is reached. If the direction of rotation is impermissible, the capacitor 10 is also charged; a discharge is prevented by that when the positive voltage pulse occurs at the pulse generator 23, the control voltage at tap 26 is negative. The thyristor 17 therefore remains in the blocking state, In Fig. 2, the charging winding 11a and a control winding 11c are electrically isolated from one another arranged on the iron core 15 of the loading anchor 15a. One end of the control winding llc is via a diode 40 with the control electrode 17a of the thyristor 17 in the discharge circuit of the capacitor 10 and its other end is connected to the emitter of an NPN transistor 41 connected. The transistor 41 is connected to a second -n, -complementary -n Transistor 42 in the ignition system control circuit. Also in-'ffldie-sar circuit is the base of PNP transistor 42 mi-t-demw Collector of the NPN transistor 41 and its base in turn connected to the collector of the PNP transistor 42. In the A »change of FIG. 1, the magnetic pulse generator 23 is here with one in the opposite direction Forward direction lying diode 24a connected in series and across the resistor 22 connected to the base of the r transistor 49, this is connected to its emitter the grounded cathode of the thyristor 17 is connected. Resistances 28 and 29 are also used here to protect and stabilize the transistors 41 and 42.

Der Kondensator 18 wird bei Betrieb der Brennkraftmaschine in der zu Fig. 1 erläuterten Weise aufgeladen. Die Steuerschaltung ist jedoch so ausgelez,t) daß ein negatives Potential der Steuerwicllung llc an ihrem mit dem Emitter des NPN-Transistors 41 verbundenen Ende erforderlich ist, um beim Auftreten eines negativen Spannungsimpulses des Impuls gebers 23 an der Basis des PNP-Transistors 42 beide Transistoren 41 und 42 zum Zundzeitpunkt unverzüglich in den stromleitenden Zustand durchzusteuern. Auf diese ise wird das negative Potential der Steuerwicklung an die Kathode des Thyristors 17 gelegt und an der Steuerelektrode 17a, die über die Diode 40 mit dem anderen Ende der Steuerwicklung llc verbunden ist, tritt damit gegenüber der Kathode des Thyristors 17 ein sehr steiler positiver Spannungsanstieg auf. Dieser steuert den Thyristor 17 - unabhängig von den vorhandenen Toleranzen der Steuerdaten - sofort in den stromleitenden Zustand. Die Kondensatorentladung, die Erzeugung des Zundfunkens an der Zündkerze 18 und die nachfolgende erneute Aufladung des Kondensators 10 erfolgt nun in der zu Fg 1 beschriebenen Weise.The capacitor 18 is when the internal combustion engine is in operation to Fig. 1 explained way charged. The control circuit, however, is so read out, t) that a negative potential of the control winding llc at its with the emitter of the NPN transistor 41 connected end is required to when a negative occurs Voltage pulse of the pulse generator 23 at the base of the PNP transistor 42 both Transistors 41 and 42 immediately in the current-conducting state at the time of ignition to steer through. The negative potential of the control winding is applied to this the cathode of the thyristor 17 and placed on the control electrode 17a, which is via the Diode 40 connected to the other end of the control winding llc occurs with it compared to the cathode of the thyristor 17, a very steep positive voltage rise on. This controls the thyristor 17 - regardless of the existing tolerances the control data - immediately into the conductive state. The capacitor discharge, the generation of the spark at the spark plug 18 and the subsequent recharging of the capacitor 10 is now carried out in the manner described for FIG.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Schaltungsbeispiele beschränkt, zumal die Steuerspannung durch einen zusät;zlichen Anker des Magnetgenerators durch einen zur Versorgung einer Lichtanlagc bei Kraftfahrzeugen und dergleichen benötigten Lichtanker erzeugt oder von einem Spannungsteiler im Ladestromkreis des Kondensators 10 abgegriffen werden kann. Wesentlich ist die schnelle Durchschaltung der beiden komplenetären Transistoren mit Hilfe der Steuerspannung und eines Impuls gebers mit geringer Leistung.However, the invention is not limited to that shown in the drawing Circuit examples are limited, especially since the control voltage is supplied by an additional Armature of the magnetic generator by one for supplying a light system in motor vehicles and the like required light anchor generated or by a voltage divider in the Capacitor charging circuit 10 can be tapped. Essential is the quick connection of the two complementary transistors with the help the control voltage and a pulse generator with low power.

Der auf diese Weise erzielte sehr steile Spannungsanstieg an der Steuerelektrode des Transistors ermöglicht eine kleine Anlauf- und Leerlaufdrehzahl - unabhängig von den Streuungen der Steuerdaten von Thyristoren, so daß das Aussuchen der Thyristoren entfällt - und er bewirkt außerdem noch geringe Einschaltverluste am Thyristor,The very steep voltage rise achieved in this way at the control electrode of the transistor enables a low starting and idling speed - independently of the scattering of the control data of thyristors, so that the selection of the thyristors not applicable - and it also causes low switch-on losses on the thyristor,

Claims

Claims 1,) ignition system for internal combustion engines with a capacitor for storing the ignition energy and an ignition transformer, its secondary winding is connected to a spark plug and its primary winding with a to in Series-connected, controllable electronic semiconductor element for the capacitor forms a discharge circuit that is triggered at the point of ignition by applying a control voltage in a control circuit connected to the control electrode of the semiconductor element is closed, characterized in that two complementary ones in the control circuit Transistors (20, 21) are arranged, the base of which is connected to the collector of the other transistor is connected and wherein the emitter of one transistor (20) with an alternating voltage source (llb), the emitter, which supplies the control voltage of the other transistor (21) with the semiconductor element (17) in the discharge circuit and its base is connected to a pulse generator circuit (23).

2. Ignition system according to claim 1, characterized in that the impuisgeberschaltung consists of a magnetic pulse generator (23) with a diode (24) in series is switched and with a driven by the internal combustion engine, revolving Force line guide piece (25) cooperates.

3; Ignition system according to Claim 1 or 2, characterized in that the AC voltage source for the control voltage is a control winding (alb), with a rotating magnet system driven by the internal combustion engine (13) is magnetically coupled.

4 * ignition system according to claim 3, characterized in that the control winding (alb3 with a charging winding (11) is arranged on an iron core (15) which is over a charging diode (14) is connected to the capacitor (10),

5. Ignition system according to claim 4, characterized in that the control winding (alb) as part of the charging winding (11) is formed with its tap (26) via a diode (27) to the emitter the PNP transistor (20) is connected.

6. Ignition system according to claim 5, characterized in that the control electrode (17a) a thyristor (17) as a semiconductor element in the discharge circuit with the emitter of the NPN transistor (21) is connected to the base of the magnetic pulse generator (23) is connected.

7. Ignition system according to claim 7, characterized in that the cathode of the thyristor (17) is connected to the emitter of the PNP transistor (42) at whose The base of the magnetic pulse generator (23) is connected.

8. Ignition system according to one of claims 3 and 4, characterized in that that one end of the control winding (llc) connects to the control electrode via a diode (40) (17a) a thyristor (17) serving as a semiconductor element in the discharge circuit and at its other end connected to the emitter of the NPN transistor (41).