DE2257489C3

DE2257489C3 - Kondensator-Zündanlage für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2257489C3
Application number: DE2257489A
Authority: DE
Inventors: Arthur Owen Fond Du Lac Wis. Fitzner (V.St.A.)
Original assignee: Brunswick Corp
Current assignee: Brunswick Corp
Priority date: 1971-11-23
Filing date: 1972-11-23
Publication date: 1979-05-17
Also published as: CH570552A5; IE36833B1; GB1411617A; ES408899A1; CA966895A; JPS4863123A; BE791545A; FR2162920A5; US3805759A; DE2257489B2; DE2257489A1; JPS5619469B2; SE390194B; IE36833L; ZA728053B; AU4892072A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kondensator-Zündanlage für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Zündanlage ist aus der DE-OS 41 687 bekannt Hier wird die in einer geeigneten Spannungsquelle erzeugte Energie in einem Zündkondensator gespeichert und über einen ersten steuerbaren Halbleiterschalter an die Primärwicklung einer Zündspule übertragen; die Sekundärseite der Zündspule ist mit einer Zündkerze verbunden, wo der Zündfunke entsteht Die Steuerelektrode des ersten Halbleiterschalters liegt über eine Übertragerschaltung an einem zweiten steuerbaren Halbleiterschalter, dessen Steuerelektrode wiederum mit einer Induktionswicklung verbunden ist In dieser Wicklung wird von einem Signalgenerator, der von der Brennkraftmaschine angetrieben ist, eine Wechselspannung erzeugt, deren Amplitude von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt Die positiven Halbwellen dieser Wechselspannung machen ■umä*·*"=* den zweiten Halbleiterschalter leitend, der daraufhin den ersten Halbleiterschalter durchsteuert Im Verbindungsweg zwischen der Induktionswicklung und der Steuerelektrode des zweiten

ίο steuerbaren Halbleiterschalters liegt eine Steuerschaltung. Diese setzt innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereiches der Brennkraftmaschine die positive Spannung, die an der Steuerelektrode des zweiten Halbleiterschalters anliegt, herab und bewirkt dadurch, daß ein bestimmter Zündzeitpunkt beibehalten wird. Bei der bekannten Steuerschaltung wird die positive Spannung an de? Steuerelektrode des zweiten Halbleiterschalters durch den Schwellwert einer Diode begrenzt, gewissermaßen also nach oben abgeschnitten. Hierdurch wird oberhalb einer bestimmten, kritischen Drehzahl die automatische Zündzeitpunktverstellung vollständig unterdrückt

Eine ähnliche Kondensator-Zündanlage, die allerdings noch keine Steuerschaltung zur Beeinflussung der triggernden Wechselspannung aufweist ist in der US-PS 35 66 188 beschrieben.

Beide bekannten Zündanlagen weisen den Nachteil auf, daß sie, soweit die triggernde Wechselspannung unbeeinflußt ist (bei der Zündanlage nach der DE-OS

20 41 687 unterhalb der kritischen Drehzahl und bei der Zündanlage nach der US-PS 35 66188 im ganzen Drehzahlbereich), mit zunehmender Drehzahl zu unkontrollierbaren Zündzeitpunktverschiebungen und -Sprüngen führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kondensator-Zündanlage der eingangs genannten Art

so auszubilden, daß im ganzen Drehzahlbereich über den Zündzeitpunkt zuverlässig Kontrolle gegeben ist

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des

Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Anspruch 2 angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Zündanlage ist die Steuerschaltung so ausgelegt, daß sie eine negative

Spannung erzeugt, die mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine kontinuierlich anwächst Um den Betrag dieser Spannung wird die triggernde (positive) Wechselspannung verkleinert Dabei ist es an und für sich bekannt (vgl. die DE-OS

17 64 642 sowie die Zeitschrift »Funkschau«, Heft 19, 1966, S. 607, 608), zur Vermeidung von Fehlzündungen eine negative Vorspannung an die Steuerelektrode eines Thyristors zu legen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines

Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 die vereinfachte Teilansicht eines Außenbordmotors;
F i g. 2 den Stromlaufplan einer erfindungsgemäßen

Kondensator-Zündanlage;

F i g. 3 ein Zeitdiagramm bei unerwünschter Frühzündung und

F i g. 4 ein Zeitdiagramm bei stabilisiertem Zündzeitpunkt.

Der Außenbordmotor 1 der F i g. 1 umfaßt einen Zweizylindermotor 2 mit senkrecht angeordneter Antriebswelle 3, welche den unteren Propellersatz (nicht gezeigt) und außerdem den Schwungradsyn-

chrongenerator 4 antreibt Der Synchrongenerator 4 (F i g. 2) speist die Zündanlage. Der Generator 4 enthält den am Motorenschwungrad angebrachten mehrpoligen Rotor 7, dessen Pole der Reihe nach an die Niederdrehzahlwicklung 8 und an die Hochdrehzahlwicklung 9 (F i g. 2) gekoppelt werden. Die Wicklungen 8 und 9 laden den Hauptzündkondensator 10 auf; dieser ist in gleicher Weise mit den Thyristoren 11 und 12 zur Zündung der Zündkerzen 5 zusammengeschaltet Die Triggerschaltung 13 enthält eine Induktionswicklung 14, die von einem eigenen Rotor 15 beaufschlagt wird. Dieser ist mit den beiden um 180° gegeneinander versetzten Magneten 16 und 17 entgegengesetzter Polarität bestückt und stellt einen Signalgenerator dar. Der Rotor 15 ist mit dir Welle 3 gekuppelt und erzeugt bei jeder Volldrehung der Kurvenwelle 3 um 360° zwei Triggerimpulse von entgegengesetzter Polarität, die um 180" phasenverschoben sind.

Die Wicklungen 8 und 9 sind über die beiden Gieichrichterdioden 18 und 19 miteinander verbunden und laden den Kondensator 10 während Jer entsprechenden Halbdrehung der Kurbelwelle auf. Der Kurzschließer 21 verbindet das elektrisch hochliegende Ende des Kondensators 10 über den Widerstand 22 mit Masse.

Der Schaltkreis für die eine Zündkerze 5 mit dem Thyristor U wird in allen Einzelheiten beschrieben.

Der Impulstransformator 23 verbindet die erste Zündkerze 5 mit dem Entladekreis des Kondensators 10. Die Diode 24 ist zur Primärwicklung des Transformators 23 und die Freilaufdiode 25 zum Thyristor U parallel geschaltet Die Sekundärwicklung des Abwärtstransformators 26 ist parallel zum Tor 27 sowie zur Kathode 28 des Thyristors 11 geschaltet Wenn das Tor 27 auf einen ausreichend positiven Wert hochläuft, dann steuert der Thyristor 11 durch und entlädt den Kondensator 10 schnell über den Impulstransformator 23, wodurch die Zündkerze 5 zündet Eine halbe Motorumdrehung später wird der Thyristor 12 entsprechend beaufschlagt; der Kondensator 10 wird über den Transformator 23' entladen und die zweite Zündkerze 5 wird gezündet Zwischen den Zündimpulsen wird der Kondensator 10 wieder aufgeladen.

Die Triggerschaltung enthält die beiden Thyristoren 29 und 29*, die wiederum abwechselnd durch die Ausgangsspannung der Induktionswicklung 14 gezündet werden. Der Kondensator 10 ist mit dem Widerstand 30 auf einer Seite der Primärwicklung des Transformators 26 in Reihe geschaltet, deren andere Seite über den Thyristor 29 mit der Sammelmasseleitung 31 in Reihe geschaltet ist Auch der Widerstand 32 und der Triggerkondensator 33 sind in Reihe mit dem Widerstand 30 geschaltet, von dort an Masse geführt und liegen damit ebenfalls parallel zum Transformator 26 und zum Thyristor 29. Der Synchrongenerator 4 lädt den Kondensator 10 auf; dieser lädt wiederum über den Widerstand 30 den Kondensator 33 auf. Wenn der Thyristor 29 durchsteuert, gibt der Kondensator 33 einen Stromimpuls über die Primärwicklung des Transformators 26 und den Thyristor 29 an Masse ab. Die Polarität des in der Sekundärseite des Transformators 26 fließenden Stromes bewirkt eine Triggerung des Hauptthyristors 11, worauf dieser durchsteuert Der Kondensator entlädt sich über den Impulstransformator 23 in die eine Zündkerze 5. Während der folgenden 180° -Drehung des Rotors 15 wird der entgegengesetzte Thyristor 29' getriggert; der Kondensator 33' entlädt sich über den Impulstransformator 26' und triggert den Thyristor 12, was eine Entladung des Kondensators 10 über den Impulstransformator 23' In die zweite Zündkerze 5 auslöst

Die Triggerschaltung umfaßt die mit der Induktionswicklung 14 und den Toren 36, W verbundene Steuerschaltung, welche die Durchüteuerung der triggernden Thyristoren 29 und 29* regelt Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die eine Seite der Induktionswickhmg 14 mit dem Widerstand 35 und dem Tor 36 des Thyristors 29 in Reihe geschaltet Die Kathode 37 des Thyristors 29 ist an die Masseleitung 31 angeschlossen und von dort über die als Steuerschaltung dienende Vorspannungsschaltung 34 und die Rücklaufdiode 38 an die entgegengesetzte Seite der Induktionswicklung 14 (rechts in F i g. 2) geführt Wenn somit die linke Seite der Induktionswicklung 14 positiv ist, ergibt sich ein Strompfad über das Tor zum Kaliiodenkreis des Thyristors 29. Dieser wird gezündet und damit der Kondensator 33 entladen, wie vorstehend beschrieben wurde.

Wenn die Polarität umgekehrt wird, so daß die rechte Seite der Induktionswicklung 14 positiv ist, dann wird der Thyristor 29" gezündet Hierzu ist die rechte Seite der Induktionswicklung 14 mit dem Widerstand 39 und dem Tor 36' des Thyristors 29" in Reihe geschaltet Die Kathode 37' ist an die Masseleitunf; 31, über die Vorspannungsschaltung 34 und die Diode 41 an die linke Seite der Induktionswicklung 14 geführt Die Vorspannungswiderstande 42 sind mit den Dioden 38 und 41 parallel geschaltet; die Hochfrequenziüberbrückungskondensatoren 43 verbinden die entgegengesetzten

Seiten der Torwiderstande 35 und 39 mit Masse, um Störsignaleinstreuungen zu unterdrücken. Die Vorspannungsschaltung 34 umfaßt den mit dem

Belastungswiderstand 46 parallelgeschal teien Vorspannungskondensator 45. Der Kondensator 45 ist relativ groß, braucht jedoch nur für eine verhältnismäßig geringe Nennspannung ausgelegt zu sein. Ein Kondensator von 33 Mikrofarad bei einer Nennspannung von 15 V wurde mit einwandfreien Ergebnissen eingesetzt Der parallelgeschaltete Belastungswiderstand 46 soll zweckmäßigerweise 15000hm haben. Er muß die Vorspannung schneller abbauen können als die Geschwindigkeit, mit welcher die Amplitude der in der Induktionswicklung induzierten Impulse durch Verringerung der Motorendrehzahl verkleinert werden kann, damit die Vorspannung zu keinem Zeitpunkt die vollständige Triggerung verhindern kann.
Der Kondensator 45 wird durch jeden Triggerimpuls aufgeladen und baut eine gegenüber Masse 31 negative Spannung auf. In der Zeit zwischen den Ausgangsimpulsen der Induktionswicklung 14, während der weder die Diode 38 noch die Diode 41 angesteuert werden, gelangt die negative Steuerspannung an die Widerstände 35 und 39 über die Widerstände 412. wodurch eine negative Steuerspannung an den Toren 36 und 36' der Thyristoren 29 und 2SK anliegt Der Spannungspegel ist direkt von der Drelizahl des Rotors 15 abhängig und erhöht sich mit dieser. Dies ist Folge der verkürzten Entladungszeit zwischen den Impulsen und der größeren Amplitude der Triggersignale. Soimit erzeugt die Schaltung 34 eine regelbare Schwellwertspannung, die annähernd der Stärke des durch den Signalgenerator erzeugten Triggersignals angepaßt ist

Bei niedrigen Drehzahlen übt die Vorupannungsschalturig nur wenig Einfluß auf den Zündzeitpunkt aus. Bei hohen Drehzahlen jedoch haben die Triggersignale eine größere Amplitude und eine höher«: Wiederholge-

schwindigkeit, was eine verhältnismäßig große negative Steuerspannung am Kondensator 45 bewirkt Diese muß von dem Triggersignal überspielt werden. Die automatische Vorspannungsschaltung vermeidet im wesentlichen die bisher aufgetretene starke Frühzündung sowie die plötzlichen sprunghaften Änderungen des Zündzeitpunkts in Abhängigkeit von der Drehzahl. Die Korrelation zwischen dem Zündzeitpunkt und der Einstellung des Frühzündhebels sowie auch das um 180° versetzte Zündzeitpunktverhältnis zwischen den Zylinderpaaren bleiben im gesamten Bereich der normalen Arbeitsdrehzahlen jenau bestehen.

In den Fig.3 und 4 ist die Änderung des Zündzeitpunkts bei einer gegebenen Drehzahl von 1667 U/min mit und ohne die Vorspannungsschaltung dargestellt Jede Figur zeigt den Pegel des Triggersignals auf der senkrechten Achse und die Winkelstellung der Kurbelwelle des Motors auf der waagerechten Achse. Die früheste und die späteste Zündung, die infolge von Triggersignalmischen ohne erfindungsgemäße Vorspannungsregelung auftreten kann, ist in F i g. 3 durch die Beziehung zwischen der Triggersignalkurve und der Torspannungskurve bei laufendem Motor gezeigt Die Zündung erfolgt am Beginn der beiden Kurven, die mit einem konstanten Voreilwinkel gegenüber der Spitze des Triggersignals als Bezugspunkt des Zündwinkels aufgetragen sind Ohne die Vorspannungsschaltung, d. h. wenn die Vorspannungsschaltung 34 durch einen Leiter mit Nullwiderstand ersetzt wird, ist der Zustand der geringsten Frühzündung durch die Kurve 47 gezeigt, der etwa bei 25,5° eintritt Der Zustand der größten Frühzündung ist durch die Kurve 48 dargestellt, der etwa bei 35,5° eintritt F i g. 4 zeigt ein ähnliches Kurvenpaar 49 und 50 für die entsprechende Drehzahl von 1667 U/min, wobei aber die Vorspannungsregelung zugeschaltet wurde. Mit der Vorspannungsregelung tritt der Zustand der geringsten Frühzündung als Folge von Triggersignalrauschen bei 17° ein; der der größten Frühzündung lag bei etwa 17,5°. Mit der Vorspannungsschaltung änderte sich die «o Frühzündung nur um etwa ein halbes Grad, während die Änderung ohne die Vorspannungsschaltung praktisch 10° betrug.

Die Vorspannungsschaltung 34 erzeugt im wesentlichen einen negativen Bezugspegel, von welchem aus das Triggersignal arbeiten muß, während die Kurven ohne Vorspannungsregelung den Ablauf der Trigger- und Torspannungen praktisch bei Nullbezugsspannung zeigen. Die geschilderte Verbesserung ergibt sich im gesamten Drehzahlbereich des Motors.

Ferner bewirkt die negative Steuerspannung der Vorspannungsschaltung 34 eine erhebliche Verbesserung bei der Unterdrückung unerwünschter Einschwingspannungsstöße. Die negativen Steuerspannungen, die an den Hochfrequenzüberbrückungskondensatoren 43 anliegen, machen die Thyristoren 29 und 29' verhältnismäßig immun gegen falsche Triggerung durch hochfrequente Stoßspannungen, die an ihren Anoden anliegen. Wenn die Vorspannungsschaltung 34 mit einem Leiter von Nullwiderstand kurzgeschlossen wird, so daß die Vorspannungswirkung nicht mehr anhält, dann kann gezeigt werden, daß die Zündanlage mit viel größerer Wahrscheinlichkeit Fehlzündungen hervorruft Wenn beispielsweise der Thyristor 11 durchgesteuert wird, dann wird die im Kondensator 10 gespeicherte Energie an den Impulstransformator 23 entladen. Zum Zeitpunkt der Zündung der der Spule 23 zugeordneten Zündkerze bleibt noch ein erheblicher Energiebetrag in den Kondensatoren 10 und 33' zurück. Die Zündung der Zündkerze erzeugt eine Stoßspannung von hoher Amplitude und Frequenz, die über die Verdrahtung und Kapazitäten der Schaltung zur Anode des Thyristors 29' gelangen. Wenn die Anodenspannung des Thyristors 29* schnell ansteigt, dann lösen die inneren Flächenkapazitäten des Thyristors 29' einen kleinen Ladestrom aus. Wenn der größte Teil dieses Ladestroms von der Kathodenleitung 37' zur Masseleitung 31 fließt, reagiert der Thyristor 29' auf diesen Ladestrom, als ob dieser ein normaler Tortriggerstrom wäre, und steuert durch. Dadurch würde sich der Kondensator 33' über den Impulstransformator 26' entladen, was wiederum eine Durchsteuerung des Thyristors 12 zur Folge hätte. Wenn im Kondensator 10 zum Zeitpunkt der Durchsteuerung des Thyristors 12 noch genügend Ladung zurück bleibt, dann veranlaßt der Impulstransformator 23' eine unerwünschte Zündung der anderen Zündkerze 5.

Bei arbeitender Vorspannungsschaltung 34 fließt der größte Teil des Flächenkapazitats-Ladestroms des Thyristors 29¹ von der Torleitung 36' zum negativ geladenen Kondensator 43, der an das Tor 36' angeschlossen ist Der Thyristor 29' bleibt gesperrt und ist daher für die Stoßspannung immun.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kondensator-Zündanlage für Brennkraftmaschinen, mit einem steuerbaren Halbleiterschalter, der die in einem Zündkondensator aus einer Spannuiigsquelle gespeicherte Energie zur Erzeugung eines Zündfunkens in die Primärwicklung einer Zündspule überträgt und direkt oder über einen weiteren steuerbaren Halbleiterschalter triggerbar ist, mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen Signalgenerator, der in einer unmittelbar mit der Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterschalters oder des weiteren steuerbaren Halbleiterschalters verbundenen Induktionswicklung eine Wechselspannung erzeugt, deren Amplitude von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt und deren positive Halbwellen den unmittelbar mit der Induktionswicklung verbundenen Halbleiterschalter leitend machen, und mit einer zwischen Masse und Verbindung von der Induktionswicklung zur Steuerelektrode des unmittelbar mit der Induktionswicklung verbundenen Halbleiterschalters liegenden Steuerschaltung, die innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereiches der Brennkraftmaschine durch Herabsetzen der an der Steuerelektrode des unmittelbar mit der Induktionswicklung verbundenen Halbleiterschalters anliegenden positiven Spannung die Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Zündzeitpunktes bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Vorspannungsschaltung (34) ist, die eine negative Vorspannung erzeugt, welche im wesentlichen proportional zu der in der Induktionswicklung (14) erzeugten Spannung und damit proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ist und welche einen variablen negativen Bezugspegel für die in der Induktionswicklung (14) erzeugte Spannung bildet, und daß der bestimmte Drehzahlbereich alle Drehzahlen der Brennkraftmaschine umfaßt, wodurch der automatischen Vorstellung des Zündzeitpunktes mit wachsender Drehzahl der Brennkraftmaschine entgegengewirkt und der vorbestimmte Zündzeitpunkt aufrechterhalten wird.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung (34) einen mit einem Widerstand (46) parallelgeschalteten Kondensator (45) umfaßt, wodurch eine verhältnismäßig niedrige Vorspannung bei niedrigen Drehzahlen und eine verhältnismäßig hohe Vorspannung bei hohen Drehzahlen erzeugt wird.