DE2313273A1

DE2313273A1 - Zuendanlage mit speicherkondensator fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2313273A1
Application number: DE2313273A
Authority: DE
Inventors: Georg Haubner; Walter Hofer; Peter Schmaldienst
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-03-16
Filing date: 1973-03-16
Publication date: 1974-09-26
Also published as: SE386237B; US3900016A; IT1003778B

Description

Robert Bosch GmbH
Stuttgart

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOS C H GfCH, 7 Stuttgart

Zündanlage mit Speicherkondensator für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem tfegnetgenerator zur Erzeugung und einem Ladestromkreis mit einem Zündkondensator zur Aufnahme der Zündenergie und mit einem elektronischen, im Zündzeitpunkt vom Sperrzustand in den leitenden Zustand umzusteuernden Schaltelement und einem Zündtransformator im Endladestromkreis des Zündkondensators, der mit mindestens einer Zündkerze verbunden ist sowie mit einer Abstelleinrichtung, die bei Betätigung eine Aufladung des Zündkondensators verhindert.

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Bei derartigen Zündanlagen ist es bekannt, zum Abstellen der Brennkraftmaschine die Iadewicklung des fl&gnetgenerators durch einen Schalter kurzzuschließen oder vom Zündkondensator abzuschalten, so daß die zur Erzeugung eines Zündfunkens erforderliche elektrische Energie nicht mehr an den Zündkondensator abgegeben wird. Solche Lösungen erfordern insbesondere bei Hochleistungs-Zündanlagen einen leistungsstarken, robusten Schalter, der im Falle einer Überbrückung der Iadewicklung des ffegnetgenerators die Kurzschlußströme auch über mehrere Sekunden ohne Schaden aushalten muß. Im Falle einer Abschaltung der Ladewicklung muß er Spannungen von 1 bis 2 KV, die sich aus der Leer lauf spannung des Magnetgenerators ergeben, sicher beherrschen.

Ferner sind Abstellschaltungen bei elektronisch gesteuerten Kondensator-Zündanlagen bekannt, bei denen zum Abstellen der Brennkraftmaschine ein Impulsgeber im Steuerstromkreis des elektronischen Schaltelementes durch einen relativ kleinen Schalter kurzgeschlossen wird oder in dem der Steuerstromkreis durch einen solchen Schalter unterbrochen wird. Durch diese Nö.ßnahmen wird der elektronische Schalter - vorzugsweise ein Thyristor - nicht mehr angesteuert und folglich wird der Zündkondensator nicht mehr entladen. Das hat zur Folge, daß durch zusätzliche Maßnahmen .der Zündkondensator vor einer Überladung durch den Magnetgenerator und der Thyristor vor Überspannungen geschützt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronisch gesteuerte Kondensatorzündanlage so zu gestalten, daß bei der Betätigung eines Abstellschalters keine über die Betriebsspannung und den Betriebsstrom der Brennkraftmaschine hinausgehenden Belastungen an der Zündanlage bzw. an der Abstelleinrichtung auftreten.

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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei einer Betätigung der Abstelleinrichtung an der Steuerelektrode des elektronischen Schaltelementes eine Spannung auftritt, die spätestens beim Beginn einer Ladehalbwelle des Magnetgenerators eine Sperrung dieses Sehaltelementes im Endladeströmkreis des Zündkondensators verhindert.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses allgemeinen Erfindungsgedankens besteht darin, daß sich die erforderliche Spannung an der Steuerelektrode des Schaltelementes durch Steuerimpulse eines mit der Steuerelektrode verbundenen Impulsgebers aufbaut und bei Betätigung der Abstelleinrichtung zumindest bis zum Beginn der folgenden ladehalbwelle des Magnetgenerators nahezu vollständig gespeichert wird.

Einzelheiten der Erfindung sind an mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen :/Fig. 1 eine von einem Magnetgenerator versorgte Kondensatorzündanlage mit einem Impulsgeber und einem dazu in Reihe liegenden Abstellschalter,

jFig. 2 zeigt lediglich den Steuerstromkreis einer Zündanlage nach Fig. 1 mit einer zum Abstellschalter parallel liegenden Diode.,

JU¹Ig. 5 zeigt eine weitere Abstelleinrichtung im Steuerstromkreis der Zündanlage und/Fig. 4 zeigt eine Abstelleinrichtung im Steuerstromkreis einer rücklaufsicheren Zündanlage gemäß Fig. 1.

3n Fig. 1 ist die Schaltung einer Zündanlage für eine nicht dargestellte Einzylinder-Brennkraftmaschine angegeben. Sie wird von einem mit bezeichneten Magnetgenerator versorgt.. Er besteht aus einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen Polrad 11 und einem feststehenden Anker 12, der eine Ladewicklung 15 trägt. Das eine Ende der Lade-

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wicklung ist rait einer Diode 14 anodenseitig verbunden. Die Diode ist kathodenseitig an einem Zündkondensator 15 angeschlossen, der mit der Primärwickimg 16 A eines Zündtransformators 16 in Reihe geschaltet ist. Die Sekundärwicklung 16 B des Zündtransformators ist einerseits mit der Primärwicklung 16 A und andererseits über ein Zündkabel 17 mit einer Zündkerze 18 verbunden. Der Zündtransformator 16 liegt gemeinsam mit der Masseelektrode der Zündkerze 18 und dem anderen . Ende der Ladewicklung 15 auf Ffesse. Die Ladewicklung 13 bildet zusammen mit dem Zündkondensator 15 und der Primärwicklung 16 A einen Ladestromkreis für den Zündkondensator 15· Parallel zum Zündkondensator 15 und Zündtransformator 16 liegt ein Planarthyristor 19 als elektronisches Schaltelement, dessen Steuerelektrode 19 A an einem von der Brennkraftmaschine betätigten Impulsgeber 20 angeschlossen ist, Der Planarthyrister 19 und die Primärwicklung ΐβ Α bilden einen Endladestromkreis für den Zündkondensator 15-

Der Planarthyrister 19 hat die Eigenschaft, daß beim Anlegen einer Steuerspannung an seine Steuerelektrode 19 A Ladungsträger in die durch Steuerelektrode und Kathode des Thyristors gebildete Steuerstrecke gelangen, die nur über einen geschlossenen äußeren Stromkreis zwischen der Steuerelektrode 19 A und der Kathode ausgeräumt werden können. Diese Steuerstrecke wirkt daher wie ein Kondensator, der im geladenen Zustand den Thyristor offen hält. Diese Eigenschaft wird ausgenutzt zur Abstellung der Brennkraftmaschine, in dem durch eine Unterbrechung des Steuerstromkreises der Planarthyristor im stromleitenden Zustand gehalten wird und auf diese Weise eine Aufladung des Zündkondensators 15 verhindert.

Zu diesem Zweck ist als Abstelleinrichtung ein im Steuerstromkreis des Thyristors angeordneter, im Ruhezustand geschlossener Schaltkontakt 21 vorgesehen, der mit einem Pol auf Massepotential liegt und der

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mit der Steuerwicklung 20 A des Impulsgebers in Reihe geschaltet ist. Die Steuerelektrode 19 A des Planarthyristors 19 ist ferner über einen Widerstand 22 mit dem Pluspol des Zündkondensators 15 verbunden. Da der Schaltkontakt 21 bei Betätigung unter Umständen durch Feuchtigkeit und Schmutz keine vollständige Unterbrechung des Steuerstromkreises gewährleistet, wurde dieser Zustand durch einen gestrichelt gezeichneten Ableitwiderstand 23 parallel zum Schaltkontakt 21 angedeutet.

Die Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten Zündanlage ist derart, daß beim Andrehen der Brennkraftmaschine das Polrad 11 gedreht und dadurch in der Ladewicklung 15 eine Viechseispannung induziert wird. Die negativen Halbwellen dieser Wechselspannung werden von der Diode I^ gesperrt. Die positiven Halbwellen gelangen über die Diode 14 in den Zündkondensator 15. Der Ladestromkreis schließt sich über die Primärwicklung 16 A des Zündtransformators 16 und über die flfesseverbindung des Zündtransformators 16 mit der Ladewicklung 13. Je nach Auslegung der Zündanlage wird der Zündkondensator 15 durch eine oder durch zwei bzw. mehrere positive Ladehalbwellen aufgeladen. Zum Zündzeitpunkt erzeugt der Impulsgeber 20 einen positiven Steuerimpuls, der auf die Steuerelektrode 19 A des Planathyristors 19 gelangt und diesen in den stromleitenden Zustand umschaltet. Über den aus Planarthyristor 19 und Primärwicklung ΐβ Α gebildeten Endladestromkreis wird nun der Zündkondensator 15 plötzlich entladen. Die dadurch in der Primärwicklung 16 A auftretende starke Stromänderung bewirkt die Erzeugung einer Hochspannung in der Sekundärwicklung 16 B des Zündtransformators 16 und diese erzeugt an der Zündkerze 18 einen Zündfunken. Die Brennkraftmaschine läuft nun an und der Lade- bzw. Entladevorgang wiederholt sich am Zündkondensator 15 mit jeder Umdrehung des Polrades 11.

Zum Abstellen der Brennkraftmaschine wird der Schaltkontakt 21 ge-

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öffnet t der Planarthyristor 19 ist durch den vorherigen Spannungsimpuls des mit der Steuerelektrode 19 A verbundenen Impulsgebers 20 in den stromleitenden Zustand umgeschaltet. Da die Steuerstrecke des Planarthyristors 19 als Kondensator wirkt, wird durch die Ladung des Kondensators 15 über den Widerstand 22eine Spannung aufgebaut, die den Planarthyristor 19 in den stromleitenden Zustand hält. Die Ladungsträger in der Steuerstrecke des Planarthyristors 19 können bei geöffneten Schaltkontakt 21 nicht mehr ausgeräumt werden und der Planarthyristor I9 verbleibt weiterhin im stromleitenden Zustand. Die von der Ladewicklung 13 über die Diode lh gelangenden positiven Halbwellen werden nunmehr unmittelbar über den Planarthyristor 19 zur Masse abgeleitet und gelangen folglich nicht mehr in den Zündkondensator 15. Damit setzt die Zündung aus und die Brennkraftmaschine wird auf diese Weise abgestellt.

Da die Undefinierten Nebenwiderstände im Steuerstromkreis des Planarthyristors 19 sowie der veränderliche Ableitwiderstand 23 ein allmähliches Ausräumen der Steuerstrecke des Planarthyristors 19 bewirken können, ist es wesentlich, daß sich die Spannung an der Steuerelektrode 19 A mit jeder Umdrehung des Polrades 11 des Ifegnetgenerators 10 wieder soweit aufbaut, daß der Planarthyristor 19 zumindest zum Beginn der folgenden Ladehalbwelle des ifegnetgenerators 10 den Planarthyristor 19 offen hält. Da die Ladungsträger in der Steuerstrecke des Planarthyristors 19 bei geöffneten Schaltkontakt 21 über den Ableitwiderstand 23 nicht vollständig ausgeräumt werden, genügt eine kleine zusätzliche Spannung, um den Planarthyristor offen zu halten. Diese Spannung wird beim Beginn einer positiven Halbwelle des Magnetgenerators 10 über einen Spannungsteiler an die Steuerelektrode 19 A des Planarthyristors 19 gelegt, der aus dem Widerstand 22 und dem Ableitwiderstand 23 gebildet ist. Beim Normalbetrieb der Zündanlage hat der Widerstand 22 keinen Einfluß auf die Steuerung des

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Planarthyristors 19/ weil dann der Schaltkontakt 21 geschlossen ist und der Widerstand 22 im Verhältnis zum Widerstand der Steuerwicklung 20 A sehr hochohmig ist.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Abstelleinrichtung im Steuerstromkreis des Planarthyristors 19 einer Zündanlage, deren Lade- und Entladestromkreis aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die Steuerwicklung 20 A des Impulsgebers 20 liegt hier ebenfalls mit dem Schaltkontakt 21 in Reihe. Eine anodenseitig auf ffessepotential liegende Diode 24 ist zum Schaltkontakt 21 parallel geschaltet.

Bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Planarthyristor

19 iiri Zündzeitpunkt von einem positiven Steuerimpuls des Impulsgebers

20 angesteuert, und damit zur Entladung des Zündkondensators 15 und zur Erzeugung eines Zündfunkens an der Zündkerze 18 in den stromleitenden Zustand umgeschaltet. Die Ladungsträger in der Steuerstrecke des Planarthyristors 19 werden anschließend über den aus der Steuerwicklung 20 A und dem Schaltkontakt 21 gebildeteten Stromkreis ausgeräumt. Zum Abstellen der Brennkraftmaschine wird der Schaltkontakt

21 geöffnet und damit ein Ausräumen der Steuerstrecke des Planarthyristors 19 praktisch verhindert. Da die Ladungsträger in der Steuerstrecke des Planarthyristors 19 über den gestrichelt angedeuteten Nebenwiderstand 25 der Steuerstrecke ganz allmählich ausgeräumt werden, wird die Spannung an der Steuerelektrode 19 A mit jeder Umdrehung des Polrades durch den positiven Steuerimpuls des Impulsgebers 20 erneut aufgebaut. Die Diode 24 ist so gepolt, daß sie von diesem Steuerimpuls in Durchlaßrichtung beansprucht wird.

Die Abstelleinrichtung nach Fig. 2 läßt sich in einfacher Weise derart

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ergänzen, daß sie auch für andere Thyristoren wirksam ist, deren Steuerstrecke einen definierten Widerstand aufweisen.in diesem Fall wird parallel zum Schaltkontakt 21 ein gestrichelt angedeuteter Kondensator 26 angeordnet. Dieser Kondensator 26 wird beim Öffnen des Schaltkontaktes 21 durch die negativen Spannungsimpulse des Impulsgebers 20 aufgeladen. Die Entladung des Kondensators 26 erfolgt anschließend über die Steuerstrecke des Thyristors. Durch diese Entladung wird der Thyristor so lange in den stromleitenden Zustand gehalten, bis der Beginn einer positiven Halbwelle des lVkgnetgenerators 10 einen Strom durch die Anoden-Kathodenstrecke des Thyristors treibt und diesen weiterhin offen hält.

Eine weitere erfindungsgemaße Ausführung zeigt Fig. 3, bei der die Steuerwicklung 20 A des Impulsgebers 20 über eine die positiven Spannungsimpulse durchlassenden Diode 27 an die Steuerstrecke des Planarthyristors 19 angeschlossen ist. Der Schaltkontakt 21 liegt hier mit einem in Reihe geschalteten Widerstand 28 zwischen der Steuerelektrode 19 A und der Kathode des Planarthyristors 19.

Bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Planarthyristor

19 durch die positiven Spannungsimpulse des Impulsgebers 20 zum Zündzeitpunkt in den stromleitenden Zustand umgeschaltet. Die Ladungsträger in der Steuerstrecke des Planarthyristors 19 werden anschließend über den Widerstand 28 und den Schaltkontakt 21 ausgeräumt. Ein Abfließen der Ladungsträger über die Steuerwicklung

20 A wird durch die Diode 27 verhindert. Zum Abstellen der Brennkraftmaschine wird nun der Schaltkontakt 21 geöffnet und damit ein Ausräumen der Ladungsträger in der Steuerstrecke des Planarthyristors 19 unterbunden. Die Schaltstrecke des Planarthyristors 19 bleibt daher im stromleitenden Zustand und überbrückt auf diese Weise die in Fig. 1 gezeigte Ladewicklung des Magnetgenerators während der positiven Halbwellen._

Das in Fig. h gezeigt Ausführungsbeispiel zeigt eine Abstelleinrich- ·

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tung im Steuerstromkreis einer Kondensator Zündanlage, die mit einer Schaltung zur Rücklauf sicherheit der Brennkraftmaschine kombiniert ist. Am Eingang der Schaltung ist die Ladewicklung 13 des in Pig. I dargestellten Magnetgenerators 10 anzuschließen. Parallel zu einem normalen Thyristor 19 B liegt gemäß Fig. 1 der Zündkondensator 15 mit dem Zündtransformator l6 und die daran angeschlossene Zündkerze l8. Der Eingang der Zündanlage ist über eine Diode 30 mit einem Spannungsteiler verbunden, der aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen 31 und 32 besteht. Der Abgriff des Spannungsteiles zwischen den Widerständen ist an die Basis eines NFN-Transistors 33 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 33 liegt an Masse, der Kollektor ist über eine weitere Diode 34 mit der Steuerelektrode 19 C des Thyristors 19 B verbunden. Die Steuerwicklung 20 A des Bnpulsgebers 20 liegt einerseits auf Masse und ist andererseits über eine Diode 35 mit dem Kollektor des Transistors 33 verbunden.

Die Abstelleinrichtung wird hierbei aus dem Transistor 33 gebildet, dessen Schaltstrecke einerseits auf Masse liegt und andererseits über einen Widerstand J>6 und die Diode 30 mit dem nicht auf Masse liegenden Anschluß des Magnetgenerators 10 in Verbindung steht und dessen Steuerstrecke durch einen imRuhezustand geöffneten Schaltkontakt 37 zu überbrücken ist.

Die Wirkungsweise dieser Zündanlage ist derart, daß im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine die positive Halbwelle des Magnetgenerators über die Dioden 30 und lh auf den Zündkondensator 15 gelangen und diesen aufladen. Der dabei am Widerstand 32 auftretende Spannungsabfall des Spannungsteiles schaltet den Transistor 33 in den stromleitenden Zustand, und legt so das eine Ende des Widerstandes J>6 an Masse. Die negativen Halbwellen des Magnetgenerators 10 werden von der Diode 30 gesperrt. Die Widerstände und 32 führen daher keinen Strom und der Transistor 33 wird wieder gesperrt. Der im Zündzeitpunkt in der Steuerwicklung 20 A des Impulsgebers 20 erzeugte Spannungsimpuls gelangt während der negativen Halbwelle des

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rfegnetgenerators über die Dioden 35 und y\ zur Steuerelektrode 19 C des Thyristors 19 B und löst damit die Zündung aus. Bei falscher Drehrichtung wird dagegen zum Zündzeitpunkt in der ladewicklung des Ifegnetgenerators eine positive Halbwelle Induziert, die über die Widerstände 31 und 32 den Transistor 33 in den stromleitenden Zustand umschaltet und auf diese V/eise den positiven Spannungsimpuls des Impulsgebers 20 zur Ifasse ableitet. Dadurch wird eine Ansteuerung des Thyristors 19 B verhindert.

Zum Abstellen der Brennkraftmaschine wird der Schaltkontakt 37 geschlossen und damit die Steuerstrecke des Transistors 33 überbrückt. Die Schaltstrecke des Transistors 33 bleibt daher gesperrt und mit Beginn der positiven Halbwelle des Ife.gnetgenerators gelangt diese über den Widerstand 36 und die Diode 3^ auf die Steuerelektrode 19 C des Thyristors 19 B und schaltet diesen in den stromleitenden Zustand um. Auf diese Weise wird der tfegnetgenerator 10 durch die Thyristor 19 B kurzgeschlossen und die zur Zündung erforderliche Aufladung des Zündkondensators 15 verhindert.

Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Schaltungsbeispiele und Bauelemente beschränkt, da beispielsweise an Stelle des Planarthyristors l6 auch Vierschichtdioden oder andere Halbleiterelemente verwendbar sind. Erfindungswesentlich ist, daß durch die Betätigung der Abstelleinrichtung eine Aufladung des Zündkondensators durch eine rechtzeitige Umschaltung des elektronischen Schaltelementes in den stromleitenden Zustand verhindert wird.

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Claims

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Ansprüche

»J Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Ifognetgenerator zur Erzeugung und einem ladestromkreis mit einem Zündkondensator zur Aufnahme der Zündenergie und mit einem elektronischen, im Zündzeitpunkt vom Sperrzustand in den leitenden Zustand umzusteuernden Schaltelement und einem Zündtransformator im Endladestromkreis des Zündkondensators, der mit mindestens einer Zündkerze verbunden ist sowie mit einer Abstelleinrichtung, die bei Betätigung eine Aufladung des Zündkondensators verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß durch Betätigung der Abstelleinrichtung (21) an der Steuerelektrode (19 A) des elektronischen Schalt-

' elementes (19) eine Spannung auftritt, die spätestens beim Beginn einer Iadehalbwelle des Jfegnetgenerators (10) eine Sperrung dieses Schaltelementes (19) im Endladestromkreis des Zündkondensator (15) verhindert.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spannung an der Steuerelektrode (19 A) des Schaltelementes (19) durch Steuerimpulse eines mit der Steuerelektrode (19 A) verbundenen Impulsgebers (20) aufbaut und bei Betätigung der Abstelleinrichtung (21) zumindest bis zum Beginn der folgenden Iadehalbwelle des Ifegnetgenerators (10)

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?. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstelleinrichtung ein im Steuerstrankreis eines als elektronisches Schaltelement verwendeten !Thyristors (19) angeordneter, im Ruhezustand geschlossener Schaltkontakt (21) ist.

4. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkontakt (21) mit einem Pol auf Massepotential liegt.

5· Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sehaltkontakt mit der Steuerwicklung (20 A) des Impulsgebers (20) in Reihe geschaltet ist.

6. Zündanlage nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß zum Schaltkontakt (21) eine anodenseitig auf Jfessepptential liegende Diode (24) parallel geschaltet ist,

7. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkontakt (21) mit eines Widerstand (28) in Reihe geschaltet zwischen der Steuerelektrode (19 A) and der Kathode des !Thyristors 19 liegt·

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8. Zündanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, d=.S ein Kondensator (26) zum Schaltkontakt (21) parallel geschaltet ist.

9* Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (19 A) des Thyristors (19) über einen Widerstand (22) mit dem Pluspol des Zündkondensators (15) und/oder mit dem nicht geerdeten Anschluß des ffegnetgenerators (10) verbunden ist.

10. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Iadehalbwelle des ifegnetgenerators (10) bei Betätigung der Abstelleinrichtung auf die Steuerelektrode (19 C) des Schaltelementes (19 B) gelangt.

11. Zündanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstelleinrichtung einen Transistor (25) aufweist, dessen Schaltstrecke einerseits auf Masse und andererseits über einen Widerstand (36) mit dem nicht geerdeten Anschluß des ifegnetgenerators (10) in Verbindung steht und daß seine Steuerstrecke über einen im Ruhezustand geöffneten Schaltkontakt (57) zu überbrücken ist.

12. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis (?, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor (19) ein Planarthyristor ist.

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