DE2334610A1

DE2334610A1 - Zuendanlage fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2334610A1
Application number: DE19732334610
Authority: DE
Inventors: Georg Haubner; Kurt Dipl Ing Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-07-07
Filing date: 1973-07-07
Publication date: 1975-01-30
Also published as: IT1015653B; US3951122A; JPS5037930A

Description

R. 1506
Ws/Sch 15.6.75

Anlage zur

if^;a t en t arme 1 dung

ROBERT BOSCH GMBH,. STUTTGART

Zündanlage für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Wechselstromgenerator, dessen Polrad von der Brennkraftmaschine angetrieben wird und dessen auf einem Eisenkern angeordnete Ladewicklung mit einem Zündkondensator verbunden ist, der im Zündzeitpunkt durch ein beim Erreichen einer bestimmten Ladespannung in den stromleitenden Zustand umschaltbares elektronisches Schaltelement über die Primärwicklung einer Zündspule entladen wird, an dessen Sekundärwicklung eine Zündkerze angeschlossen ist.

Bei derartigen Anlagen ist es erforderlich, daß sich der Zündzeitpunkt über einen möglichst großen Drehzahlbereich nur in zulässigen Grenzen verschiebt. Bei einer bekannten Zündanlage ist der Zündkondensator unmittelbar an der Ladewicklung des Wechselstromgenerators angeschlossen und er wird mittels eines Thyristors über die Primärwicklung des Zündtransformator,entladen, in dem die Steuerelektrode des Thyristors an einem Abgriff der

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Ladewicklung angeschlossen ist. Bei dieser Anordnung bilden der Kondensator und die Ladewicklung einen Schwingkreis, dem die in der Ladewicklung induzierte sinusförmige Wechselspannung zugeführt wird. Durch die festliegende Zeitkonstante dieses Schwingkreises wird bei zunehmenden Drehzahlen der Brennkraftmaschine die Aufladung des Zündkondensators im Hinblick auf die Stellung der Kurbelwelle verzögert und dadurch eine unzulässige Verstellung des Zündzeitpunktes in Richtung Spätzündung verursacht.

Bei einer anderen bekannten Zündanlage wurde zur Vermeidung einer solchen Spätverstellung die negative Halbwelle des sinusförmigen Wechselstromes durch eine dem Zündkondensator angeschlossene Zehner-Diode ausgelöst, die beim Erreichen einer bestimmten Ladespannung am Zündkondensator elektrisch leitend wird und den Thyristor im Entladestromkreis der Zündanlage in den stromleitenden Zustand umsteuert.

Bei dieser Zündanlage stellt die Ladediode ein zusätzliches Bauelement dar, das eine hohe Spannungsfestigkeit aufweisen muß, da die negative Halbwelle des Wechselstromgenerators unbelastet bleibt und folglich sehr wohl Werte annimmt. Zum Schutz dieser Ladediode sind u.U. weitere, spannungsbegrenzende Bauelemente erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündanlage anzugeben, die ohne zusätzliche Bauelemente eine Spätverstellung des Zündzeitpunkes bei zunehmenden Drehzahlen wirksam verhindert.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem Zündkondensator bei jeder vollen Umdrehung des Polrades mindestens zwei mit zeitlichem Abstand aufeinanderfolgende, in der Ladewicklung induzierte SpannungshalbweIlen zugeführt werden, die entgegengesetzte Polarität haben und wobei die erste Spannungshalbwelle eine kleinere Amplitude als die zweite, zur Zündung verwendete Spannungshalbwelle aufweist.

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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Halbwellen des Wechselstromgenerators sowie der zeitliche Abstand zwischen ihnen so festgelegt, daß der Zündkondensator mit der Ladewicklung unmittelbar einen Schwingkreis bildet, der nach der Vorladung durch die kleinere, erste Ladehalbwelle eine Umladung des Zündkondensators bewirkt, die zumindest teilweise in den zeitlichen Abstand zur zweiten Ladehalbwelle des Wechselstromgenerators fällt.

In Weiterbildung der Erfindung läßt sich die Punktionssicherheit einer solchen Zündanlage .dadurch verbessern, daß der in der Ladewicklung induzierten zweiten Spannungshalbwelle mit ebenfalls zeitlichem" Abstand eine dritte Halbwelle mit kleinerer Amplitude und entgegengesetzter Polarität folgt.

Einzelheiten der Erfindung sind an zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Wechselstromzündanlage mit einem aus Zündkondensator und Ladewicklung gebildeten Schwingkreis,

Figur 2 den Fluß- und Spannungsverlauf an der unbelasteten Ladewicklung des Wechselstromgenerators,

Figur 3a zeigt den Spannungsverlauf am Zündkondensator im unteren, 3b im mittleren und 3c im oberen Drehzahlbereich .der Brennkraftmaschine

Figur 4 zeigt eine Wechselstromzündanlage, in deren Schwingkreis die Primärwicklung des Zündtransformators einbezogen ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung einer Kondensatorzündanlage für eine Einzylinder-Brennkraftmaschine wird von einem Magnetgenerator 10 versorgt, dessen Polrad 11 von der nicht dargestellten Brennkraftmaschine angetrieben wird und einen Dauermagneten 12 aufweist. Die zwei Polschuhe 13 des Dauermagneten 12 sind in Umfangsrichtung des Polrades 11 mit Abstand hintereinander angeordnet. Sie wirken mit einem Ladeanker 14 zusammen, dessen Ladewicklung auf den mittleren Schenkel 16a eines E-förmigen Eisenkernes 16

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angeordnet ist. Die Schenkel des Eisenkernes 16 sind auf den Umfang des Polrades 11 gerichtet und so ausgebildet,daß sich in bestimmten Stellungen des Polrades jeweils zwei benachbarte Schenkel des Eisenkernes 16 den Polschuhen 13 des Dauermagneten 12 gegenüberstehen. Das eine Ende der Ladewicklung 15 liegt auf Masse und das andere Ende ist an eine Ladeleitung 17 angeschlossen, die zu einem Pol eines Abstellschalters 18 sowie zu einem Anschluss des Zündkondensators 19 führt. Der andere Pol des Abstellschalters liegt ebenso wie der andere Anschluss des Zündkondensators 19 auf Masse. Abstellschalter 18 und Zündkondensator 19 sind dadurch unmittelbar parallel zur Ladewicklung 15 geschaltet. Der Zündkondensator 19 wird von einem Entladestromkreis überbrückt, indem ein als elektronisches Schaltelement dienender Thyristor 20 mit einer Diode 21 und mit der Primärwicklung 22a eines Zündtransformators 22 in Reihe geschaltet ist. Parallel zur Primärwicklung 22a liegt eine weitere Diode 23, die katodenseitig ebenso wie das eine Ende der Wicklung 22a auf Masse liegt. Die Sekundärwicklung 22b ist über ein Zündkabel 24 an eine Zündkerze 25 angeschlossen.Die Steuerelektrode 20a des Thyristors ist über ein spannungsabhängiges Schaltelement mit dem' an der Ladeleitung 17 liegenden Anschluß des Zündkondensators 19 verbunden. Das spannungsabhängige Schaltelement ist in diesem Beispiel eine Avalanche-Diode 26, die mit einem Widerstand 27 in Reihe geschaltet ist. Die Avalanche-Diode 26 ist dabei katodenseitig mit dem Zündkondensator 19 verbunden. Mit dem gleichen Anschluß des Zündkondensators 19 ist über die Ladeleitung 17 auch der Thyristor 20 anodenseitig verbunden.

Die Wirkungsweise dieser Zündanlage w,ird mit Hilfe der in Fig. und 3 gezeigten Diagramme näher erläutert. In Fig. 2 ist auf der oberen Achse Wt der zeitliche Verlauf des vom Dauermagneten ausgehenden, mit der Ladewicklung I5 verketteten magnetischen Flusses $ aufgetragen, der bei Drehung des Polrades 11 in Pfeilrichtung erzeugt wird. Auf der unteren Achse t#t ist der Verlauf der Leerlaufspannung an der Ladewicklung I5 aufgezeichnet, wobei die Spannungshalbwellen durch eine entsprechende Flußänderung induziert werden. Die Fig. 3a zeigt den Spannungsverlauf U₂ am

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Zündkondensator 19 "bei kleinen Drehzahlen, Fig.,3b deren Verlauf bei mittleren Drehzahlen und Fig. 3c bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Magnetgenerator 10 wird gem. Fig. 2 bei jeder vollen Umdrehung des Polrades 11 zunächst eine negative Spannungshalbwelle mit kleiner Amplitude induziert. Danach folgt ein spannungsloser Abschnitt, und zwar über einen Drehwinkel y> des Polrades 11, und anschließend folgt eine positive Spannungshalbwelle mit großer Amplitude. Nach einem weiteren spannungslosen Bereich folgt schließlich eine zweite negative Spannungshalbwelle mit kleiner Amplitude. Der Drehwinkel Jp , den das Polrad 11 zwischen der ersten und der zweiten Spannungshalbwelle zurücklegt, entspricht einem zeitlichen Abstand, der sich mit zunehmender Drehzahl proportional verringert.

Diser zeitliche Abstand ist wesentlich für die Wirkungsweise der in Fig. 1 beschriebenen Zündanlage. Mit der ersten, negativen kleinen Spannungshalbwelle wird der Zündkondensatox¹ 19 zunächst negativ aufgeladen. Da er mit der Ladewicklung 15 einen Schwingkreis bildet, lädt er sich nach dem Abklingen dieser Spannungshalbwelle auf eine entgegengesetzte Polarität um. Wie Fig. 3a zeigt, klingt die Umladung des Zündkondensators 19 bei kleinen Drehzahlen bereits in dem Zeitabschnitt völlig ab, in dem die im Magnetgenerator 10 induzierte Spannung 0 Volt, bzw. nahezu 0 Volt beträgt. Die Umladung hat daher keinerlei Einfluß auf die nachfolgende positive Ladehalbwelle, die einen wesentlich höheren Spannungswert annimmt. Beim Erreichen einer Ansprechspannung Ua der Avalanche—Diode 26 steigt die Ladung des Zündkondensators 19 nicht weiter an, da die Avalanche-Diοde 26 dann schlagartig stromleitend wird und über den Widerstand 27 die Schaltstrecke des Thyristors 20 sofort in den stromleitenden Zustand umsteuert. Zu diesem Zündzeitpunkt Zzp entlädt nun der Zündkondensator 19 schlagartig über seinen EntladeStromkreis, d.h., über die Schaltstrecke des Thyristors 20, über die Diode und die Primärwicklung 22a des Zündtransformators 22. Bei diesem Entladevorgang wird in-der Sekundärwicklung 22b des Zündtrans- '

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formators 22 ein Hochspannungsimpuls erzeugt, der über das Zündkabel 24 den Zündelektroden der Zündkerze 25 zugeführt wird und dort einen Zündfunken zur Folge hat. Eine Verlängerung der Brenndauer des Zündfunkens wird bei dieser Zündanlage dadurch erreicht, daß die Ladewicklung 15 auch nach der Entladung des Zündkondensators 19 unmittelbar die Primärwicklung 22a des Zündtransformators 22 mit elektrischer' Energie versorgt und dadurch eine zusätzliche Spannungstransformation in der Sekundärwicklung 22b zur Verlängerung des Zündfunkens bewirkt.

Im mittleren Drehzahlbereich ist - wie Fig. 3b zeigt - die Amplitude der negativen Halbwelle größer geworden. Die Umladung des Zündkondensators 19 erfolgt auch hier innerhalb des zeitlichen Abstandes zwischen der ersten und zweiten Spannungshalbwelle der Ladewicklung 15. Da der Zündkondensator 19 durch diese Umladung bereits beim Beginn der positiven Spannungshalbwelle teilweise aufgeladen ist, steigt die Lades'pannung am Zündkondensator 19 sehr rasch auf die Ansprechspannung Ua der Avalanche-Diode 26. Der Entladevorgang und die Erzeugung eines Zündfunkens erfolgt in der zuvor beschriebenen Weise. Der Zündzeitpunkt ist dabei aufgrund der stärkeren Umladung bzw. Vorladung des Zündkondensators 19 gegenüber Fig 3a nicht in Richtung Spätzündung verstellt worden.

Im oberen Drehzahlbereich ist - wie Fig. 3b zeigt - die vorgelagerte negative Spannungshalbwelle der Ladewicklung 15 weiter angestiegen und^folglich ist auch die in den Zeitabschnitt zur positiven Ladehalbwelle fallende Umladung des Kondensators verstärkt worden. Die Ansprechspannung Ua der Avalanche-Diode 26 wird nun unmittelbar bei Beginn der postiven Ladehalbwelle erreicht. Auch hier ist eine Spätverstellung des Zündzeitpunktes Zzp nicht eingetreten, da die drehzahlabhängige Phasenverschiebung der positiven Ladehalbwelle durch' die Umladung bzw. Vorladung des Zündkondensators kompensiert wurde.

Die mit zeitlichem Abstand auf die positive zweite Ladelhalbwelle folgende dritte, negative Spannungshalbwelle mit kleinerer Amplitude erfüllt bei der Schaltung nach Fig. 1 zwei Funktionen.

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RiGiNAL INSPECTED

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Sie bewirkt einerseits, daß der Thyristor 20 auch bei hohen Drehzahlen mit Sicherheit rechtzeitig wieder in den Sperr"zustand gelangt, in dem sie den Zündkondensator 19 wiederum negativ auflädt.und somit die Spannung an der Kathode des Thyristor positiv und an seiner Anode negativ werden läßt, wodurch seine Schaltstrecke rasch ausgeräumt wird. Zum anderen dient diese negative Halbwelle dazu, daß bei falscher Drehrichtung der Brennkraftmaschine durch die kleinere Amplitude dieser nunmehr positiven Halbwelle der Thyristor 20 z.B. beim Zurückpendeln der Brennkraftmaschine noch nicht durchgeschaltet wird. Bei höheren Drehzahlen, z.B. beim Hochziehen einer Motor-Seilwinde erfolgt die Zündung so frühzeitig, daß die Brennkraftmaschine nicht aus eigener Kraft weiterläuft. Die mit dem Thyristor 20 in Reihe geschaltete Diode 21 hat den Zweck, den Thyristor 20 gegen eine zu hohe Sperrspannung zu schützen, die dann auftreten kann, wenn die Zündanlage von einem starken Magnetgenerator 10 versorgt wird, der den Zündkondensator 19 im oberen Drehzahlbereich auf eine hohe negative Spannung auflädt. Sie kann bei schwachen Magnetgeneratoren entfallen.

Die Zündanlage kann mit Hilfe des Abstellschalters 18 zur Stillsetzung der Brennkraftmaschine abgeschaltet werden, indem dieser von Hand geschlossen wird, und dabei die Ladewicklung des Magnetgenerators 10 kurzschließt. Damit wird die elektrische Energie dem Zündkondensator 19 entzogen und die Zündung setzt aus.

Fig. 4- zeigt eine Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung, wobei in Anlehnung an Fig 1 die gleichen Bauelemente mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind. Der Unterschied zur Schaltung nach Figur 1 besteht im wesentlichen darin, daß hier der Zündkondensator 19 mit der Ladewicklung 15 und der Primärwicklung 22a des Zündtransformator 22 einen Schwingkreis bildet. Dabei wird jedoch die Primärwicklung 22a von der Diode 23 überbrückt, die für die größere, positive Ladehalbwelle (s. Fig.2) in Durchlaßrichtung geschaltet ist. Ferner ist der Thyristor ein Planarthyristor 20* dessen Steuerelektrode 20a über einen Widerstand 28 mit seiner auf Masse - ₍ liegenden Kathode verbunden ist. Der Planarthyristor 2o'hat die

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Eigenschaft, daß er sich selbstständig in dan stromleitenden Zustand umschalten kann, sobald das Potential an seiner Anode gegenüber seiner Kathode einen bestimmten Wert erreicht hat. Er schaltet sozusagen über Kopf. Der Widerstand 27 an seiner Steuerelektrode hat vornehmlich den Zweck, daß nach den üblichen Sperren des Planarthyristors 2O'd,ie Ladungsträger in der Steuerstrecke rasch ausgeräumt werden.

Die Wirkungsweise dieser Zündanlage entspricht prinzipiell der zu Fig. 1 beschriebenen Wirkungsweise. Der magnetische Fluß sowie die Spannung U an der Ladewicklung 15 entsprechen dem in Fig. 2 dargestellten Verlauf. Die Aufladung des Zündkondensators durch die erste, negative kleine Spannungshalbwelle, erfolgt erst über die Primärwicklung 22a des Zündtransformators 22.Diese Ladung schwingt anschließend über die Diode 23 und die· Ladewicklung 15 um und die erst jetzt nachfolgende positive, größere Ladehalbwelle lädt nun den Zündkondensator 19 bis zur Ansprechspannung Ua auf. Der Planarthyristor 20'zündet nun selbsttätig und der Zündkondensator 19 wird über die Schaltstrecke des Planarthyristors 20'und über die Primärwicklung 22a schlagartig entladen. Die dadurch in der Sekundärwicklung 22b des Zündtransformators 22 erfolgte Hochspannung hat an der Zündkerze 25 einen Zündfunken zur Folge. Da der Zündkondensator 19 bei dieser Zündanlage mit der Primärwicklung 22a in Reihe geschaltet ist,und da der Planarthyristor 20.parallel zur Ladewicklung 15 liegt, wird hier die Brenndauer des Zündfunkens durch die positive Ladehalbwelle des Magnetgenerators 10 nicht verlängert, da die von ihm gelieferte elektrische Energie unmittelbar über den Planarthyristor 20 kurzgeschlossen wird.

Die Ladespannung Ul am Zündkondensator 19 im unteren, mittleren und oberen Drehzahlbereich entspricht auch hier dem in Fig. 3a, b und c dargestellten Verlauf.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, da insbesondere der Magnetgenerator eine andere konstruktive Ausgestaltung aufweisen kann. Erfindungswesentlich ist jedoch, daß der eigentlichen Ladehalbwelle eine mit

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zeitlichem Abstand vorgelagerte, entgegengesetzt gepolte Spannungshalbwelle vorausgeht, welche die Umladung des Zündkondensators 19 noch vor Beginn der eigentlichen Ladehalbwelle bewirkt. Dies wird zwar in einfachster V/eise durch einen Magnetgenerator bewirkt> dessen Ladewicklung auf den mittleren Schenkel eines E-föi-oLgen Eisenkerns angeordnet ist. Im Rahmen der Erfindung kann aber ebenso ein andersartiger Wechselstromgenerator vei'-siidet werden, dessen Ausgangs spannung beispielsweise durch einen zusätzlichen Impulsformer in die erforderliche Form gebracht wird.

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Claims

Ansprüche

1.JZündanlage für Brennkraftmaschine mit einem Wechselstromgenerator, dessen Polrad von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, und dessen auf einem Eisenkern angeordnete Ladewicklung mit einem Zündkondensator verbunden ist, der im Zündzeitpunkt durch ein beim Erreichen einer bestimmten Ladespannung in den"stromleitenden Zustand umschaltbares elektronisches Schaltelement über die Primärwicklung einer Zündspule entladen wird, an dessen Sekundärwicklung eine Zündkerze angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zündkondensator (19) bei jeder vollen Umdrehung des Polrades (11) mindestens zwei mit zeitlichem Abstand aufeinanderfolgende, in der Ladewicklung induzierte Spannungshalbwellen zugeführt v/erden, die entgegengesetzte Polarität haben und wobei die erste Spannungswelle eine kleinere Amplitude als die zweite, zur Zündung verwendete Spannungshalbwelle aufweist.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkondensator (19) mit der Ladewicklung (15) unmittelbar einen Schwingkreis bildet, der nach der Vorladung durch die . kleinere erste Spannungshalbwelle eine Umladung des Zündkondensators bewirkt, die zumindest'teilweise in den zeitlichen Abstand der zweiten Spannungshalbwelle des Wechselstromgenerators (10j fällt.

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3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der in der Ladewicklung (15) induzierten zweiten Spannungshalbwelle mit zeitlichem Abstand eine dritte Spannungshalbwelle mit kleinerer .Amplitude und entgegengesetzter Polarität folgt.

4. Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkondensator (19) unmittelbar parallel zur Ladewicklung (15) geschaltet ist, und daß ein als elektronisches Schaltelement dienender Thyristor (20) mit der Primärwicklung (22a) des Zündtransformators(22)in Eeihe geschaltet als EntladeStromkreis den Zündkondensator (19) überbrückt.

5. Zündanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (2Oa) des Thyristors (20) über ein spannungs- ^% abhängiges Schaltelement (26) mit einem Anschluß des Zündkondensators (19) verbunden ist.

6. Zündanlage nach Anepruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (26) gemeinsam mit der Anode des Thyristors (20) mit einem Anschluß des Zündkondensators (19) verbunden ist.

7. Zündanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (26) eine Avalanche-Diode ist, die mit einem Widerstand (27) in Reihe geschaltet, kathodenseitig mit einem Anschluß des Zündkondensators (19) verbunden ist.

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8. Zündanlage nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichenet, daß der Thyristor (20) mit einer Diode (21) in Reihe geschaltet ist.

9· Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dei Zündkondensator (19) mit der Ladewicklung (15) und der Primärwicklung (22a) des Zündtransformators (22) einen Schwingkreis bildet.

lO.Zündanlge nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gegekennzeichnet, daß der als Schaltelement dienende Thyristor (2O¹) ein Pl anarthyri stör ist, dessen Steuerlektrode (2OaO über einen Widerstand (28) mit seiner Kathode verbunden ist.

11.Zündanlage nach einem der vorherigen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß die Ladewicklung (15) auf den mittleren Schenkel (16a) eines E-förmigen Eisenkerns (16) angeordnet ist, der mit einem umlaufenden Dauermagneten (12) des Polrades (11) zusammenwirkt, dessen zwei Polschuhe (13) in Umfangsrichtung des Polrades hintereinander liegen und in bestimmten Stellungen jeweils zwei benachbarte Schenkel des Eisenkerns (16) überdecken.

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