DE2357482C3 - Elektronische Zündanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Zündanlage für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei derartigen elektronischen Zündanlagen ist es bekannt (DE-OS 21 27 674), die sogenannte Ladedauer, d. h. die Zeit, während der zwischen den einzelnen Zündtmpulsen ein Ladestrom zur Energiespeicherung bzw. zum Aufbau eines Magnetfeldes durch die Primärwicklung der Zündspule fließt, unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine konstant zu haken, um auch in höheren Drehzahlbereichen den Aufbau eines ausreichend starken Magnetfeldes und damit die Erzeugung eines ausreichend starken Zündfunkens zu gewährleisten, und die sogenannte Unterbrechungsdauer, d. h. die Zeit, in der zwischen den einzelnen Zündimpulsen kein Strom durch die Primärwicklung der Zündspule fließt, zur Verringerung der in der Zündspule in Wärme umgesetzten Verlustleistung drehzahlabhängig derart zu regeln, daß das Verhältnis von Ladedauer zu Untevbrechungsdauer mit zunehmender Drehzahl größer wird.

Obwohl bei dieser bekannten Zündanlage die Unterbrechungsdauer des zwischen den einzelnen Zündimpulsen durch die Primärwicklung der Zündspule fließenden Ladestroms proportional einer Zunahme der Drehzahl kurzer und damit die thermische Belastung der Zündspule in gewissem Umfang geringer wird, bleibt die Ladedauer unabhängig von der jeweiligen Drehzahl in einem für den gesamten br^hzahlbereich ausreichenden MaQe konstant, was hinsichtlich des Stromverbrauchs und damit auch der thermischen Belastung der Zündspule weiterhin nachteilig ist.

In der DE-OS 21 28 538 wird zur Vermeidung dieser Nachteile eine Zündanlage vorgeschlagen, die bei einer bestimmten, oberhalb des Anlaßdrehzahlbereichs liegenden Drehzahl die Ladedauer und die Unterbrechungsdauer des zwischen den einzelnen Zündimpulsen durch die Primärwickl'ing der Zündspule fließenden Ladestroms derart steuert, daß unterhalb dieser Drehzahl ein erster konstanter »Ruhewinkel«, d. h. eine erste konstante Unterbrechungsdauer, und oberhalb dieser Drehzahl eine unterschiedliche, ebenfalls konstante zweite Unterbrechungsdauer eingehalten werden.

Bei dieser bekannten Zündanlage ist einerseits im Anlaßdrehzahlbereich der Stromverbrauch und damit auch die thermische Belastung der Zündspule — obzwar bereits wesentlich verringert — gleichwohl noch unerwünscht hoch, während andererseits bei sehr hohen Drehzahlen aufgrund der hier für den getrennten oberen Drehzahlbereich vorgegebenen konstanten Unterbrechungsdauer die Zündimpulse gegebenenfalls schwächer werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zündanlage der in Rede stehenden Art zu schaffen, die im Anlaßdrehzahlbereich einen niedrigen Stromverbrauch und eine niedrige Verlustleistung aufweist und auch bei

hohen Drehzahlen die Bildung ausreichend starker ZOndimpulse bzw, Zündfunken gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen nach dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Mittels der erfindungsgemäßen Zündanlage werden somit die Verlustleistung und damit die Batteriebelastung und die thermische Belastung der Zündspule im Anlaßdrehzahlbereich extrem niedrig gehalten und aufgrund des von der jeweiligen Drehzahl unabhängigen, festen Verhältnisses von Ladedauer zu Unterbrechungsdauer des zwischen den Zündimpulsen durch die Primärwicklung der Zündspule zur Energiespeicherung fließenden Ladestroms in den über den Anlaßdrehzahlen liegenden Drehzahlbereichen auch bei Höchst-Drehzahlen gleichmäßig starke Zündimpulse bzw. Zündfunken erzeugt

Eine vorzugsweise verwendete Ausführungsform der Erfindung ist in Form eines Schaltbilds in der Figur der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden läher beschrieben.

Die Gleichspannung zur Erzeugung der zum Betrieb der Zündanlage erforderlichen Ströme und Betriebsspannungen wird von einer Batterie geliefert, die an den Spannungsversorgungsanschluß 10 angeschlossen wird. Die Batterie ist über einen Zündschalter 11 und einen Lastwiderstand 12 mit einem Anschluß der Primärwicklung einer Zündspule 14 verbunden, die eine beliebige, geeignete Ausführungsform sein kann. Der andere Anschluß der Primärwicklung der Zündspule 14 ist mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines Schalttransistors 15 verbunden, wobei der Emitter des Schaittransistors 15 an Masse liegt Die Schaltung wirkt derart, daß bei sperrendem Transistor 15 kein Strom durch die Primärwicklung der Spule 14 fließen kann, während bei leitendem Transistor 15 ein Strom durch die Primärwicklung der Spule 14 fließt, um die Spule zu laden. Immer, wenn der Transistor 15 sperrt, bricht daher der Fluß in der Spule 14 zusammen und induziert die Zündspannung in der Sekundärwicklung der Spule 14, die mit den Zündkerzen (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine verbunden ist.

Die in der Zeichnung dargestellte Zündanlage arbeitet mit eiRem konstanten Verhältnis von Ladedauer zu Unterbrechungsdauer des Stromes in der Primärwicklung der Spule 14. Dies wird durch die Steuerschaltung erreicht, die den Transistorschalter 15 treibt.

Vorzugsweise ist ein magnetischer Impulsgeber (nicht gezeigt) innerhalb des VertPÜers eines Fahrzeuges angeordnet und erzeugt eine im allgemeinen sinusförmige Ausgangsspannung 17, die der Zündanlage über zwei Eingangsanschlüsse 19 und 20 zugeführt wird. Die Eingangsimpulse werden über einen Kondensator 21 und eine Diode 22 sowie einen Widerstand 24 der Basis eines ersten (NPN-)Schalttransistors 26 zugeführt, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor über einen Widerstand 27 und eine Diode 28 mit einer Spannungsversorgungsleitung 30 verbunden ist, die über einen Widerstand 31 am Zündschalter 11 liegt. Der Widerstand 27 dient als Stromquelle für den Schaltkreis. Es sei zunächst angenommen, daß der Transistor 26 sperrt. Dieser Zustand tritt während der negativen Halbwellen der Einganfesspannung (7 auf, welche die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 26 in Sperrichtung vorspannen. Wenn dies eintritt, fließt der von dem Widerstand 27 abgegebene Strom über einen Speicherkondensator 34 und die Basis-Emitter-Strecke eines weiteren Schalttransistors 36 und lädt den Kondensator 34 über den Stromquellenwiderstand 27 auf. Zu dieser Zeit leitet der Transistor 36, wodurch ein relativ niedriges bzw. nahe bei Massepotential liegendes Potential an seinem Kollektor auftritt. Dieses Potential wird der Basis eines Verstärkertransistors 38 über einen Koppelwiderstand 39 zugeführt und veranlaßt den Transistor 38 zu sperren. Der Kollektor des Transistors 38 ist über eine Diode 41 und einen Widerstand 40 mit der Spannungsvorsorgungsleitung 30 verbunden, so daß der Verbindungspunkt der Diode 41 mit dem Widerstand 40 auf ein Potential angehoben wird, das näher am Potential der Versorgungsleitung 30 liegt. Dies wiederum treibt NPN-Darlington-Transistoren 42 in die Leitung, wodurch ein positives Potential .am Ladewiderstand 43 auftritt und den Schalttransistcr 15 in Leitrichtung vorspannt Auf diese Weise fließt Strom durch die Primärwicklung der Zündspule M.

Während der positiven Halbwelle der Steuerspannung 17 des magnetischen Impulsgebers liegt die Sperrvorspannung nicht an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 26 an, wodurch der Transistor leitend wird und in diesem Zustand durch das seiner Basis über Widerstände 45, 24, 49 und 51 zugeführte Potential gehalten wird. Wenn der Transistor 26 zu leiten beginnt, sperrt das der Basis des Transistors 36 durch die Entladung des Kondensators 34 zugeführte Potential den Transistor 36, und der Kondensator 34 beginnt, sich über einen zweiten Stromquellenwiderstand 47 und die Xollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors 26 in entgegengesetzter Richtung aufzuladen. Sperrt der Transistor 36, so ändern sich die Leitungszustände der Transistoren 38,42 und 15, so daß der Transistor 15 nun ebenfalls sperrt und der Strom durch die Primärwicklung der Zündspule 14 unterbrochen wird. Dies veranlaßt ein schnelles Zusammenbrechen des Kraftflusses in der Primärwicklung der Zündspule 14, wodurch in der Sekundärwicklung der Hochspannungszündimpuls induziert wird.

Der Transistor 36 verbleibt im Sperrzustand, bis die Ladung des Kondensators 34 derart angestiegen ist, daß die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 36 erneut vorgespannt ist. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Transistor 36 zu leiten, und die Transistoren 38, 42 und 15 kehren wieder in ihren ursprünglichen Leitungszustand zurück, der bereits beschrieben worden ist, wobei der Transistor 15 wieder leitend wird und der Strom durch die Primärwicklung der Zündspule 14 zu fließen beginnt. Es ist somit ersichtlich, daß abhängig von dem gewählten Verhältnis der von den Stromquellenwiderständen 27 und 47 abgegebenen Strömen die Zeit währjnd der positiven Halbwelle der Spannung 17, bei der der Transistor 36 leitend ist, variiert werden kann.

Anders ausgedrückt, durch die Wahl des Widerstandswertes der Widerstände 27 und 47 kann die Zeitkonstante zum Laden des Kondensators 34 über jeden dieser Widerfände beeinflußt werden. Für Motordrehzahlen oberhalb einer vorgegebenen Drehzahl wird die Kapazität des Kondensators 34 derart gewählt, daß er von dem Strom des Stromqucl'enwiderstandes 27 während der negativen Halbwelle der Spannung 17 nicht vollständig aufgeladen wird. Der Strom des Stromquelle '.Widerstandes 47 wird derart dimensioniert, daß er größer als der von dem Stromquellenwiderstand 27 abgegebene Strom ist, so daß das Entladen des Kondensators in kürzerer Zeit als

der Dauer einer Halbwelle der Spannung 17 vonstatten geht, und die Wahl des Widerstandswertes der Widerstände 27 und 47, die das Verhältnis der abgegebenen Ströme bestimmt, bestimmt den Prozentsatz der Zeit, während der der Transistor 36 während jeder vollständigen Periodendauer der Spannung 17 sperrt. Bei höheren Drehzahlen ist die Aufladedauer des Kondensators 34 während der negativen Halbwellen der Spannung 17 geringer als bei niedrigeren Drehzahlen, so daß die Ladung, die von dem Kondensator 34 vor der Zeit aufgenommen wird, während der der Transistor 26 leitet, bei hohen Drehzahlen geringer ist als bei niedrigen Drehzahlen. Aus diesem Grund ist bei hoher Drehzahl weniger Zeit zur Wiederaufladung des Kondensators in entgegengesetzter Richtung erforderlich als bei niedriger Drehzahl, und der konstante Prozentsatz von Ladedauer zu Unterbrechungsdauer des Stromes in der Primärwicklung der Zündspule 14 wird unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine beibehalten, die wiederum durch die Frequenz der Spannung 17 wiedergegeben wird.

Ks ist zu erkennen, daß für jeden beliebigen Teil der positiven Halbwellen der Spannung 17 die beiden Transistoren 36 und 26 leiten und keine weitere Aufladung in irgendeiner Richtung vor sich geht. Hierdurch wird die Eingangs- oder Schwellwertbedingung zum Aufladen des Kondensators in der ursprünglichen Richtung festgesetzt, wenn der Transistor 26 erneut während der negativen Halbwelle der Spannung 17 sperrt. Bei Drehzahlen unterhalb der Leerlaufdrehzahl reduziert eine Motorbeschleunigung in großem Maße die Zeit zwischen den Triggerimpulsen, und ein konstantes Verhältnis von Ladedauer zu Unterorechungsdauer des durch die Primärwicklung der Zündspule 14 fließenden Stromes bei solch niedrigen Drehzahlen ist nicht erwünscht. Die Schaltung hält bei niedrigen Drehzahlen automatisch eine konstante Unterbrechungsdauer des Zündspulenstromes ein, da der Kondensator 34 sich auf die maximal verfügbare Spannung während einer Zeitdauer aufladen kann, die geringer ist, als die Dauer der am Transistor 26 bei solch niedriger Drehzahl anliegenden Halbwelle der Eingangsspannung. Hierdurch wird dann die maximale Zeitdauer festgelegt, die zur Wiederaufladung des Kondensators 34 in entgegengesetzter Richtung erforderlich ist. um den Transistor 36 erneut in die Leitung zu treiben. Dieser niedrige Drehzahlwert, bei dem die Zündanlage von einem Betrieb mit konstantem Verhältnis von Ladedauer zu Unterbrechungsdauer des Zündspulenstromes auf einen Betrieb mit konstanter Unterbrechungsdauer des Zündspulenstromes umschaltet, kann für jede gewünschte Motordrehzahl ausgewählt werden, wobei vorzugsweise Drehzahlen unterhalb 400 U/Min, gewählt werden, die im Bereich der Anlaßdrehzahlen des Motors bzw. der Brennkraftmaschine liegen.

Zur Aufrechterhaltung stabiler Betriebsspannungen und als Spannungsschutz für die mit niedriger Leistung betriebene Schaltung ist eine Zenerdiode 50 zwischen die Spannungsversorgungsleitung 30 und Masse geschaltet. Eine weitere Zenerdiode 51 ist zwischen Masse und einem Widerstand 53 angeschlossen, der wiederum mit dem Zündschalter 11 verbunden ist und von dem die Kollektorpotentiale für die Darlington-Treibertransistören 42 erhalten werden. Die Zenerdiode 51 schützt den Treiberschaltkreis der Darlington-Transistoren 42 vor Einschaltspilzen, die in der Last erzeugt werden. Zwei hintereinandergeschaltete Zenerdioden 56 und 57 sind zwischen einem Anschluß der Primärwicklung der Spule 14 und die Basis des Transistors 15 geschaltet, um eine maximale Grenzspannung festzulegen und den Ausgangstransistor 15 während der »Lade«· oder »UnterbrechungSM-Zustände somit innerhalb seiner zulässigen Betriebswerte zu betreiben.

Eine abschließende Zenerdiode 60 ist in Serie mit einer Diode 61 zwischen einen Anschluß der Primärwicklung der Spule 14 und Masse geschaltet und schützt den Ausgangstransistor 15 vor Hochspannungsspitzen, die während des Zusammenbrechens des magnetischen Flusses in der Spule 14 erzeugt werden. Die Diode 61 schützt die Zenerdiode 60 vor hohen Durchlaßströmen während des Startens und liefert umgekehrt einen Schutz für die Batterie.

Da der Lastwiderstand 12 während des Startens eine unerwünscht hohe Impedanz darstellt, ist eine aus dem Anlasserschalter 65 und einem Relais 66,67 bestehende Schaltungsanordnung vorgesehen, um den Lastwiderstand während des Betriebs des Anlassers 69 im Nebenschluß zu betreiben. Während des Anlaßvorganges wird der Treiberstrom für den Darlington-Verstärker 42 über eine Diode 70 vom Anlasserschalter 65 geliefert, wenn sich der Zündschlüssel in der »Start-Position« befindet. Hierdurch wird ein Strompfad niedrigen Widerstandes für den Betrieb bei niedriger Spannung geschaffen, während bei höherer Spannung unter normalen Betriebsbedingungen zusätzliche Widerstände in den Treiberschaltkreis eingeschalte! werden können, um die Verlustleistung unter solcher Betriebsbedingungen zu reduzieren. Unter normalen Betriebsbedingungen wird der den Kollektoren der Darlington-Transistoren 42 zugeführte Betriebsstrorti über den Widerstand 53 zugeführt, wenn der Anlasserschalter 65 geöffnet ist. Ein Widerstand 72 wird als Lasl für die Spule 66 des Starterrelais, um die Spannungsbelastung für die Diode 70 während des Startvorganges zu vermindern.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wurden die folgenden beispielhaften Werte für die unten aufgelisteten Schaltungskomponenten verwendet, um ein konstantes Verhältnis von Ladedauer zi Unterbrechungsdauer des der Primärwicklung aei Zündspule 14 zugeführten Stromes von 70% zi erzielen:

1.	Widerstand 24:	6,8 kn
2.	Widerstand 45:	15kn
3.	Widerstand 27:	330 kn
4.	Widerstand 47:	240 kn
5.	Kondensator 34:	0,22 μΡ
6.	Zenerdiode 50:	10 Volt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektronische Zündanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Impulsgeber zur Erzeugung von Steuerimpulsen wechselnder Polarität und einer der Drehzahl proportionalen Frequenz, mit einer Zündspule, und mit einer einen ersten und einen zweiten Halbleiterschalter sowie einen Speicherkondensator aufweisenden Steuerschaltung, die der Primärwicklung der Zündspule während einer Ladedauer einen Gleichstrom zum Aufbau eines Magnetfeldes zuführt und während einer Unterbrechungsdauer den Ladestrom zur Bildung eines Zündfunkens unterbricht,'dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Widerstand (27) mit dem ersten Halbleiterschalter (26) und dem Speicherkondensator (34) und ein zweiter Widerstand (47) mit dem zweiten Halbleiterschalter (36) und dem Speicherkondensator (34) derart verbunden sind, daß bei Vorspannung des ersten Halbleiterschalters (26) durch den impulsgeber in Sperrichtung der Speicherkondensator (34) über den ersten Widerstand (27) mit einer ersten Zeitkonstanten aufgeladen wird und den zweiten Halbleiterschalter (36) zur Aufladung der Zündspule (14) in Leitrichtung vorspannt, und bei Vorspannung des ersten Halbleiterschalters (26) durch den Impulsgeber in Leitrichtung der Speicherkondensator (34) über den zweiten Widerstand (47) mit einer zweiten Zeitkonstanten entladen wird und den zweiten Halbleiterschalter (36) zur Unterbrechung des durch ,!ie Primärwicklung der Zündspule (14) fließenden Ladestromes urH Bildung eines Zündfunkens sperrt, bis das Potential des Speicherkondensators (34) erneut auf einen Pfitrag angestie- gen ist, bei dem der zweite Halbleiterschalter (36) wieder leitet und erneut ein Ladestrom durch die Primärwicklung der Zündspule (!4) fließt, wobei die erste und die zweite Zeitkonstante derart gewählt sind, daß bei Drehzahlen oberhalb der Anlaßdrehzahl der Brennkraftmaschine das Verhältnis von Ladedauer zu Unterbrechungsdauer des durch die Primärwicklung der Zündspule (14) fließenden Ladestroms konstant bleibt, während bei Drehzahlen im Bereich oder unterhalb der Anlaßdrehzahl der Brennkraftmaschine der durch die Primärwicklung der Zündspule (14) fließende Ladestrom während einer konstanten Unterbrechungsdauer unterbrochen ist.

2. Elektronische Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (27) einen höheren Widerstandswert als der zweite Widerstand (47) aufweist und daß die Widerstandswerte derart gewählt sind, daß bei Drehzahlen oberhalb der Anlaßdrehzahl der Brennkraftmaschine der Speicherkondensator (34) nicht vollständig aufgeladen und somit bei jedem von der Zündspule (14) erzeugten Zündfunken vollständig entladen wird, wodurch gewährleistet ist, daß das Verhältnis von Ladedauer zu Unterbrechungsdauer des durch die Primärwicklung der Zündspule (14) fließenden Ladestromes konstant bleibt.

3. Elektronische Zündanlage nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Speicherkondensators (34) derart gewählt ist, daß bei Drehzahlen im Bereich oder unterhalb der Anlaßdrehzahl der Brennkraftmaschine aufgrund der niedrigen Frequenz, mit der der erste; Halbleiterschalter (26) von dem Impulsgeber angesteuert wird, der Speicherkondensator (34) sich zwischen den Zündimpulsen jeweils über den ersten Widerstand (27) vollständig auflädt, wodurch gewährleistet ist, daß der durch die Primärwicklung der Zündspule (14) fließende Ladestrom während einer konstanten Unterbrechungsdauer unterbrochen ist.