DE2314559C2 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetzünder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei sogenannten kontaktlosen Spulenzündanlagen wird im Zündzeitpunkt der zuvor geschlossene Primärstromkrsis der Zündanlage durch das elektronische Schaltelement geöffnet welches zumindest ein sogenannter Zündtransistor ist Dabei bricht das vom Primärstrom aufgebaute Magnetfeld der Zündspule zusammen und induziert in der Sekundärwicklung einen Hochspannungsimpuls, der an der Zündkerze einen Zündfunken verursacht. Bei batteriegespeisten Zündanlagen dieser Art kann die zur Umsteuerung des Zündtransistors erforderliche Steuerspannung den Klemmen der Batterie entnommen werden. Bei sogenannten Magnetzündern ist es jedoch erforderlich, daß zur Erzeugung eines starken Magnetfeldes in der Zündspule der primärstromkreis praktisch kurzgeschlossen wird, so daß die erforderliche Steuerspannung durch zusätzliche Maßnahmen gewonnen werden muß. Es ist bekannt, zur Erzeugung dieser Steuerspannung einen zusätzlichen Impulsgeber im Magnetzünder anzuordnen, der das Steuersignal zur Unterbrechung des Primärstromkreises im Zündzeitpunkt abgibt. Diese Lösung ist jedoch platz- und materialaufwendig und außerdem teuer.

Aus einer anderen bekannten transistorgesteuerten Magnetzündanlage (DE-OS 15 39 180) ist der Zündtransistor mit einem Widerstand in Reihe geschaltet, zu dem ein Reihen-KC-Glied parallel liegt. Beim Auftreten einer positiven Spannungshalbwelle im Zündanker wird der Zündtransistor zunächst über eine Vorstufe in den stromleitenden Zustand geschaltet und der Kondensator des ÄC-Gliedes wird durch den am Widerstand im Primärstromkreis auftretenden Spannungsabfall aufgeladen. Die Kondensatorspannung steuert im Zündzeitpunkt über einen Schwellwertschalter und einen Steuertransistor die Vorstufe des Zündtransistors in den Sperrzustand und unterbricht damit den Steuerstrom des Zündtransistors.

Derartige Lösungen haben den Nachteil, daß im Primärstromkreis ein Widerstand von 2 bis 4 Ohm erforderlich ist, um die Steuerspannung für den Steuertransistor und für die Vorstufe des Zündtransistors erzeugen zu können. Dieser Widerstand stellt eine unerwünschte Belastung des Primärstromkreises dar, indem er eine Verringerung der Primärstromstärke und somit nur einen begrenzten Aufbau eines Magnetfeldes in der Zündspule während der positiven Spannungshalbwelle "zur Folge hat. Dadurch wird der bei der

Unterbrechung des Primärstromkreises durch den Zündtransistor ausgelöste Hochspannungsimpuls in der Sekundärwicklung des Zündankers stark herabgesetzt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kontaktlos gesteuerte Magnetzündanlaj e so aufzubauen, daß die Höhe des im Zündzeitpunkt zu unterbrechenden Primärstromes durch Steuerelemente des Zündtransistors im Primärstromkreis weitgehend unabhängig ist.

Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs erreicht.

Die Erfindung weiterausbüdende Einzelheiten sind an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild einer Zündanlage mit einem Magnetzünder, bei der die Steuerstrecke des elektronischen Schaltelementes im Primärstromkreis durch einen Steuerschalter überbrückt wird und

F i g. 2 die Elektronik der Zündanlage nach F i g. 1 mit einer gedruckten Schaltung in Multichip-Ausführung.

Das Schaltbild nach F i g. 1 stellt eine Zündanlage für eine Einzylinder-Brennkraftmaschine dar, die von einem Magnetzünder 10 versorgt wird. Der Magnetzünder 10 besteht aus einem umlaufenden Magnetsystem 11 mit mehreren, über den Umfang gleichmäßig verteilten, abwechselnd gepolten Dauermagneten 12, die beispielsweise in einem Schwungrad der nicht dargestellten Brennkraftmaschine befestigt sind und von dieser angetrieben werden. Sie wirken mit einem am Gehäuse der Brennkraftmaschine angeordneten Zündanker 13 zusammen, dessen Zündankerwicklung 14 als Zündspule mit einer Primärwicklung 14a und einer Sekundärwicklung 14£> ausgebildet ist. Die Sekundärwicklung 14i> ist über ein Zündkabel 15 mit einer Zündkerze 16 der Brennkraftmaschine verbunden. Die Primärwicklung 14a des Zündankers 13 ist an einem Primärstromkreis angeschlossen, in dem die Schaltstrecke einer als elektronisches Schaltelement verwendeten Darlington-Transistoreinheit 17 angeordnet ist. Während das eine Ende der Primärwicklung 14a auf Masse liegt, ist das andere Ende über eine Leitung 18 mit der Elektronik 19 der Zündanlage verbunden. Die Leitung 18 führt über zwei Dioden 20 und 21 zum Kollektoranschluß der Transistoreinheit 17. Die Basis der Transistoreinheit 17 ist über einen Widerstand 22 mit der Anode der Diode 20 verbunden, die an das eine Ende der Primärwicklung 14a des Zündankers 13 angeschlossen ist.

Im Primärstromkreis der Zündanlage ist ein weiteres Bauelement angeordnet, welches in Abhängigkeit vom Primärstrom ein Steuersignal abgibt. Dieses Bauelement ist ein niederohmiger Steuerwiderstand 23 von ca. 0,5 Ohm, dessen strcmabhängiger Spannungsabfall im Maximum des Primärstromes das Steuersignal bildet. Dieser Steuerwiderstand 23 ist mit der Schaltstrecke der Transistoreinheit 17 in Reihe geschaltet, indem er einerseits mit dem Emitteranschluß der Transistoreinheit 17 und andererseits mit einer Masseleitung 24 verbunden ist. Die Transistoreinheit 17 besteht aus einem NPN-Zündtransistor 25, dessen Schaltstrecke im Primärstromkreis liegt und aus einem NPN-Vortransistor 26, dessen Kollektoranschluß mit dem Kollektor des Zündtransistors 25 und dessen Emitteranschluß mit der Basis des Zündtransistors 25 verbunden ist. Die Steuerstrecke dieser Transistoreinheit 17 wird durch die Basis des Vortransistors 26 und durch den Emitter des Zündtransistors 25 gebildet. Zu dieser Steuerstrecke und dem dazu in Reihe liegenden Steuerwiderstand 23 ist ein als Steuerschalter verwendeter NPN-Steuertransistor 27 mit seiner Schaltstrecke parallelgeschaltet. Seine Basis ist mit dem nicht auf Masse liegenden Anschluß des Steuerwiderstandes 23 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Steuerwiderstand 23 und der Basis des Steuertransistors 27 enthält eine vom Steuersignal in Durchlaßrichtung beanspruchte Diode 28, sowie einen weiteren Widerstand 29, der mit der Diode 28 in Reihe geschaltet ist. Die Basis des Steuertransistors 27 ist ferner mit dem Abgriff eines parallel zur Primärwicklung 14a des Zündankers 13 geschalteten Spannungsteilers verbunden, der aus zwei Widerständen 30 und 31 gebildet ist Zur Begrenzung der negativen Spannungshalbwelle im Primärstromkreis der Zündanlage ist die Primärwicklung 14a des Zündankers 13 ferner von einer Diode 32 überbrückt, die mit einem Widerstand 33 in Reihe geschaltet ist und von der negativen Spannungshalbweile in Durchlaßrichtung beansprucht wird.
Die Wirkungsweise dieser Zündanlage ist derart, daß bei gestarteter Brennkraftmaschine das Magnetsystem 11 des Magnetzünders in Pfeilrichtung gedreht wird und daß die Dauermagnete 12 dabei im Zündanker 13 magnetische Flußwechsel erzeugen, die in den Wicklungen des Zündankers Spannungen mit aufeinanderfolgenden positiven und negativen Halbwellen erzeugen. Beim Auftreten einer positiven Spannungshalbwelle in der Primärwicklung 14a wird diese Ober den Widerstand 22 an die Basis der Transistoreinheit 17 gelegt. Da diese mit ihrem Emitteranschluß über den Steuerwiderstand 23 auf Masse liegt, beginnt aufgrund der ansteigenden Primärspannung ein Basisstrom zu fließen, der die Transistoreinheit 17 in den stromleitenden Zustand umschaltet. Nunmehr ist der Primärstromkreis über die Dioden 20 und 21 sowie über die Schaltstrecke des Zündtransistors 25 und den Steuerwiderstand 23 geschlossen und es fließt ein Primärstrom, der an den Dioden 20 und 21 lediglich den Spannungsabfall erzeugt, der zur Aufrechterhaltung des leitenden Zustandes der Transistoreinheit 17 erforderlich ist. In diesen praktisch kurzgeschlossenen Primärstromkreis steigt nun der Primärstrom auf seinen Maximalwert von etwa 3 A an, wodurch im Zündanker eine starke Gegendurchflutung erzeugt wird. Die Primärspannung bricht dabei stark zusammen.

Der Spannungsabfall am Steuerwiderstand 23 liegt über dem Widerstand 29 und der Diode 28 an der Basis des Steuertranssistors 27. Er erreicht bei einem Primärstrom von etwa 3 A den Ansprechwert des Steuertransistors 27 und beginnt, diesen in den leitenden Zustand umzusteuern. Da die Schaltstrecke des Steuertransistors 27 parallel zur Steuerstrecke der Transistoreinheit 17 geschaltet ist, wird nunmehr auch der Basisstrom dieser Transistoreinheit 17 über die Schaltstrecke des Steuertransistors 27 zunehmend abgeleitet und der Zündtransistor 25 wird dadurch in den Sperrzustand umgesteuert. Sobald nun der Primärstrom durch diesen Steuervorgang abnimmt, erhöht sich unverzüglich die Primärspannung und diese wird über den Spannungsteiler aus den Widerständen 30 und 31 auf die Basis des Steuertransistors 27 gegeben. Dieser Spannungsanstieg an der Basis des Steuertransistors 27 führt zu einem schlagartigen Durchschalten dieses Stransistors. Damit wird die Steuerstrecke der Transistoreinheit 17 vollständig kurzgeschlossen und die Si-haltstrecke des Zündtransistors 25 wird nun abrupt und vollständig gesperrt. Die so erzeugte starke Stromänderung im Primärstromkreis erzwingt im Zündanker 13 eine starke Feldänderung. Dadurch wird

in der Sekundärwicklung 146 eine Hochspannung erzeugt, die an der Zündkerze 16 einen Zündfunken zur Folge hat. Die bei diesem Vorgang in der Primärwicklung 14a erzeugte positive Spannungsspitze ist an der Transistoreinheit 17 unwirksam, da sie über den Spannungsteiler 30,31 den Steuertransistor 27 verstärkt in dem stromleitenden Zustand steuert und damit die Steuerstrecke der Transistoreinheit 17 weiterhin überbrückt.

Nach dem Abklingen der positiven Spannungshalbwelle im Primärstromkreis wird die Ansprechspannung an der Basis des Steuertransistors 27 unterschritten und der Steuertransistor 27 gelangt nunmehr erneut in den Sperrzustand. Die Überbrückung der Steuerstrecke der Transistoreinheit 17 wird dadurch aufgehoben. Die is nachfolgende negative Spannungshalbwelle wird über die Diode 32 und den Widerstand 33 soweit belastet, daß die Erzeugung einer zur Auslösung einer Fehlzündung ausreichenden Hochspannung in der Sekundärwicklung 146 des Zündankers 13 verhindert wird.

In Fig.2 ist die Elektronik 19 als kompakte, auswechselbare Baueinheit dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus einer in Gießharz 40 eingebetteten Isolierstoffplatte 41 mit einer gedruckten Schaltung. Der Ausbruch der Gießharzmasse 40 gibt den Blick auf die Leiterbahnen 42, auf den Steuerwiderstand 23 sowie auf die Transistoreinheit 17 und auf eine Diodeneinheit 43 frei. Die Transistoreinheit 17 und die Diodeneinheit 43, welche die beiden Dioden 20 und 21 aus F i g. 1 enthält, sind als universelle Bauelemente so gestaltet, daß ihre Anschlüsse 44 als Kontaktfahnen 44 mit den Leiterbahnen 42 der gedruckten Schaltung verlötet werden können. Der Steuerwiderstand 23 ist in dieser gedruckten Schaltung als Teil eines Dickfilm- oder Dünnfilm-Schaltkreises ausgeführt; je nach dem, welches Verfahren zur Herstellung der gedruckten Schaltung verwendet wurde. Der Steuerwiderstand 23 ist dabei in vorteilhafter Weise als Abgleichwiderstand ausgebildet, in dem er durch eine mehr oder weniger tiefe Ausnehmung 45 abgeglichen werden kann, z. B. durch einen Sand- oder Laserstrahl.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es beispielsweise vorteilhaft, den Steuerwiderstand 23 im Primärstromkreis der Zündanlage aus einem dotierten Halbleitermaterial herzustellen, der mit den weiteren elektronischen Elementen der Zündanlage in einer integrierten Schaltung vereinigt ist. Bei einer solchen Ausführung kann die temperaturabhängige Widerstandsänderung im Steuerstromkreis des Steuertransistors 27, welche unter Umständen eine unerwünschte Zündzeitpunkt-Verstellung bewirken kann, durch einen entsprechenden Temperaturkoeffizienten des Steuerwiderstandes 23 im Primärstromkreis der Zündanlage nahezu kompensiert werden. Zu diesem Zweck wird der Steuerwiderstand 23 aus mehreren PN-Übergängen gebildet. Um eine spürbare Dämpfung des Primärstromes und damit der Zündspannung durch den Steuerwiderstand 23 zu vermeiden, ist darauf zu achten, daß er kleiner als 1 Ohm bemessen wird.

Es ist ferner im Rahmen der Erfindung möglich, den Zündanker 13 zum Beispiel aus Platzmangel ohne eine Hochspannungswicklung auszulegen. In diesem Falle ist eine besondere Zündspule erforderlich, deren Primärwicklung im Stromkreis der Zündankerwicklung angeordnet ist. Auch kann die Transistoreinheit 17 und der Steuertransistor 27 durch andere elektronische Bauelemente ersetzt werden. Erfindungswesentlich ist jedoch, daß das primärstromabhängige Steuersignal einen Steuerschalter umschaltet, der zur Steuerstrecke des elektronischen Schaltelementes im Primärstromkreis parallelgeschaltet ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

1 Patentansprüche:

1. Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Zündanker, der zur Erzeugung der Zündenergie mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, umlaufenden Magnetsystem zusammenwirkt und mit einer Zündspule, deren Sekundärwicklung über ein Zündkabel mit einer Zündkerze verbunden ist und an deren Primärwicklung ein Primärstromkreis angeschlossen ist, in dem die Schaltstrecke eines elektronischen Schaltelementes liegt das zum Zündzeitpunkt durch ein Steuersignal vom stromleitenden Zustand in den Sperrzustand umgesteuert wird, wobei dessen Schaltstrecke mit einem Steuerelement in Reihe geschaltet ist, welches in Abhängigkeit vom Primärstrom das Steuersignal an einen Steuerschalter abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschalter (27) mit seiner Steuerstrecke zum Steuerelement (23) parallel liegt und mit seiner Schaltstrecke zur Steuerstrecke des elektronischen Schaltelementes (17) im Primärstromkreis parallelgeschaltet ist

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (23) ein niederohmiger Steuerwiderstand von < 1 Ω ist dessen stromabhängiger Spannungsabfall im Maximum des Primärstromes das Steuersignal bildet

3. Zündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Steuerwiderstand (23) mit der Schaltstrecke einer als elektronisches Schaltelement (17) verwendeten Darlington-Transistoreinheit in Reihe geschaltet ist.

4. Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerwiderstand (23) einerseits mit dem Emitteranschluß der Transistoreinheit (17) und andererseits mit Masse verbunden ist.

5. Zündanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschalter (27) ein Steuertransistor ist, dessen Basis mit dem nicht auf Masse liegenden Anschluß des Steuerwiderstandes (23) verbunden ist.

6. Zündanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Verbindung zwischen dem Steuerwiderstand (23) und der Basis des Steuertransistors (27) eine vom Steuersignal in Durchlaßrichtung beanspruchte Diode (28) enthält.

7. Zündanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Steuerwiderstand (23) und der Basis des Steuertransistors (27) einen weiteren Widerstand (29) enthält.

8. Zündanlage nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Widerstand (29) mit der Diode (28) in Reihe geschaltet ist

9. Zündanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Steuertransistors (27) mit dem Abgriff eines parallel zur Primärwicklung [XAa) des Zündankers (13) geschalteten, aus zwei Widerständen (30, 31) gebildeten Spannungsteilers verbunden ist.

10. Zündanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß die temperaturabhängige Widerstandsänderung im Steuerstromkreis des Steuertransistors (27) durch einen entsprechenden Temperaturkoeffizienten des Steuerwiderstandes (23) im Primärstromkreis nahezu kompensiert ist

11. Zündanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerwiderstand (23) im Primärstromkreis aus dotiertem

Halbleitermaterial gebildet und mit weiteren elektronischen Elementen der Zündanlage in einer integrierten Schaltung vereinigt ist.

12. Zündanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß der Steuerwiderstand (23) aus PN-Übergängen gebildet ist

13. Zündanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß der Steusrwiderstand (23) in einer gedruckten Schaltung als Teil eines Dickfilm- oder Dünnfilm-Schaltkreises ausgeführt ist

14. Zündanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß der Steuerwiderstand (23) im Primärstromkreis als Abgleichwiderstand ausgebildet ist