DE2418265C2 - Zündanlage für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Standes r₂ und mit dem einen Anschluß einer Diode Di verbunden. Das andere Ende des Widerstandes r₂ ist mit dem Hauptschalter AiS verbunden.

Ein Thyristor Q₂ und ein Kondensator Q sind zueinander in Reihe zwischen Erde und einem Knotenpunkt 12 zwischen der Diode D_x und der Zündspule IGC geschaltet und der Thyristor Q₁ ist in entgegengesetzter Richtung zur Vorwärtsrichtung der Diode D\ angeordnet Die Steuerelektrode des Thyristors Qi ist mit der anderen Elektrode der Diode D₂ verbunden. Eine weitere Diode Dz ist zwischen einen Knoten 14 zwischen dem Thyristor Qi und dem Kondensator Q und dem Knoten 16 zwischen der primären Wicklung Ni der Zündspule IGC und dem Kollektor des Transistors Qi geschaltet Die Vorwärtsrichtungen dieser Dioden und des Transistors sollten so festgelegt werden, damit sie die Funktion, wie sie unten beschrieben wird, ausführen. Für die Oszillatoren OSZl und OSZ 2 kommt irgendein zweckmäßiger Typ in Frage, der einen Impuls erzeugen kann, welcher eine vorherbestimmte, festgelegte Pulslänge Ti bzw. Ti bsi jeder Zugsteuerung aufweist, d h. jedesmal, wenn der Kontakt K in seine offene Stellung ,gebracht wird. Weiterhin ist der Hauptschalter MS über eine primäre Wicklung M' eines Transformators TR'und einen Transistor O3 geerdet, welche in Serie verbunden sind.

Die Basis dieses Transistors Qj ist mit einem Ausgangsanschluß des zweiten Oszillators OSZ 2 verbunden. Eine sekundäre Wicklung N₂' des Transformators TR' ist an ihrem einen Ende direkt geerdet und ist an ihrem anderen Ende mit einem Knoten 14 zwischen dem Thyristor Q₂ und dem Kondensator C\ über eine Diode D₄ verbunden. Ein Schutzwiderstand r% kann parallel zum Transistor Q\ angeschlossen sein.

Die Zündanlage arbeitet in der unten beschriebenen Arbeitsweise. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß der Hauptschalter MS eingeschaltet ist, wenn der Unterbrecherkontakt K sich in seiner geschlossenen Stellung befindet Der Spannungsabfall über den Kontakt K ist vernachlässigbar klein und daher ist de; Oszillator OSZ1 im entregten Zustand, und der Transistor Qi verbleibt in seinem nichtleitenden Zustand. Strom wird von der Gleichspannungsquelle mit der Speisespannung Vb zu dem Kondensator C\ durch den Stromweg geliefert, welcher den Hauptschalter MS, die Diode Di, die primäre Wicklung Ni der Zündspule IGC, die Diode Dz und den Kondensator C\ umfaßt, wobei ein Strom auf dieser Strombahn dazu führt, daß der Kondensator Ci auf im wesentlichen das Niveau der Speisespannung in der dargestellten Polarität aufgeladen wird.

Obwohl die Speisespannung gleichzeitig von der Spannungsi"uelle zur Steuerelektrode des Thyristors Q₂ durch den Widerstand r₂ und die Diode D₂ angelegt wird, ist diese Spannung gegenüber dem Thyristor Q₂ zufolge der Tatsache unwirksam, daß die Potentialdifferenz über den Thyristor Q₂ zu derjenigen in der normalen Richtung entgegengesetzt ist. Weiterhin wird der Kondensator C₂ in der dargestellten Polarität durch den Strom geladen, welcher von der Spannungsquelle durch den Stromweg geliefert wird, welcher den Widerstand r₂, den Kondensator C₂ und den Oszillator OSZ \ umfaßt.

Die Maschine beginnt sich in dem Zustand zu drehen, in welchem die Kondensatoren C\ und C₂ in der oben beschriebenen Art und Weise geladen sind. Wenn der Unterbrecherkontakt K in seine offene Stellung in Synchronismus mit der Drehung der Maschine gebracht wird, wird das Triggersignal von dem Trigger-Impulsgenerator TRIG zum ersten und zum zweiten Oszillator OSZl und OSZ 2 geführt Ansprechend auf das Anlegen des Trigger-Impulses treten die Impulse von vorher bestimmter Dauer, d. h. der Impuls mit der Impulslänge 71 hat eine verhältnismäßig kleine Impulslänge, und der Impuls mit der Impulslänge T3 hat eine verhältnismäßig große Impulslänge, an den Ausgangsanschlüssen des ersten bzw. zweiten Oszillators OSZ1 bzw. OSZ 2 auf, so daß der Transistor Qi, der Thyristor Qi und der Transistör Qb nahezu gleichzeitig leitend gemacht werden. Als Ergebnis hiervon fließt ein Erregungsstrom durch die primäre Wicklung M der Zündspule IGC und die primäre Wicklung Ni' des Transformators TR', und magnetische Energie wird in dem Eisenkern der Zündspule IGC und des Transformators TR' gespeichert Der an dem zweiten Ausgangsanschluß des Oszillators OSZl erscheinende Ausgangsimpuls wird ζιτ gleichen Zeit an den Kondensator C₂ angelegt, so daß eine Steuersignalspannung an die Steuerelektrode des Thyristors Q₂ durch die Diode D₂ angelegt wird. Jedoch verbleibt der Thyristor Qz noch im nicht leitenden Zustand, und zwar zufolge der Tatsache, daß die Potentialdiirerenz parallel zu seinen Anschlüssen entgegengesetzt zu derjenigen in der normalen Richtung ist

Der Transistor Qi wird abgeschaltet, bevor der Transistor Qj abgeschaltet wird, und zwar zufolge der Tatsache, daß die Impulslänge des Impulses mit der Impulslänge Ti kleiner ist als diejenige des Impulses mit der Impulslänge Tj. Das Abschalten des Transistors Qi resultiert in der Unterbrechung des Stromflusses des primären Stromes in der Zündspule IGC, und ein Teil der in dem Eisenkern der Zündspule IGCgespeicherten magnetischen Energie wird an den Zündstecker P als eine einen Zündfunken erzeugende Energiemenge abgegeben bzw. freigesetzt Der verbleibende Teil der magnetischen Energie erzeugt eine elektromotorische Gegenkraft in der primären Wicklung Ni der Zündspule IGC, und dadurch wird der Kondensator C\ durch die Diode D3 aufgeladen, um dadurch die Richtung der Potentialdifferenz parallel zum Thyristor Qi umzukehren. Weiterh'n wird der Kondensator C₂ wiederum in der dargestellten Richtung aufgeladen.

Wenn der Transistor Qj nicht leitend gemacht wird, wird die in dem Eisenkern des mit diesem verbundenen Transformators TR' angesammelte magnetische Energie eine Spannung in der senkundären Wicklung N₂' des Transformators TR' induzieren, und diese Spannung wird von der sekundären Wicklung N?' an den Kondensator Ci über die Diode D₄ zur Aufladung des Kondensators Ci angelegt. Die dem Kondensator Ci von der primären Wicklung Ni der Zündspule IGC gelieferte Ladung ist leichten Veränderungen in Abhängigkeit vom Zustand des Freigebens der Energie an der Zündkerze P unterworfen. Jedoch kompensiert die von der sekundären Wicklung N₂' des Transformators TR'gclieferte Ladung derartige Veränderungen, so daß eine zum Einleiten einer Zündentladung an der Zündkerze P in der nächsten Zündsteuerung ausreichende Spannung in dem Kondensator ΓΊ aufgebaut wird.

In diesem Zusammenhang sollten zwei Punkte erwähnt werden. An erster Stelle, obwohl eine verhältnismäßig hohe Spannung von beispielsweise 15 kV erforderlich ist, um die Funken- bzw. Durchbruchentladung an dem Zündstecker P einzuleiten, kann die zum Aufrechterhalten der Funkenentladung nach der Zündung einer derartigen Entladung erforderliche Spannung verhältnismäßig niedrig sein oder von der Größenordnung von beispielsweise 2 kV. An zweiter Stelle wird in der

Anordnung, in welcher die primäre Wicklung N\ in einer Richtung kurzgeschlossen ist und die Gleichspannungsquelle über diese parallelgeschaltet ist. die Funkenentladung aufrechterhalten, bis die Gleichspannungsquelle mit ihrer Spannung V_B von dem Stromkreis elektrisch getrennt wird, wenn erst einmal die Funkenentladung stattgefunden hat. Es wird in Betracht gezogen, daß die Funkenentladung aus den folgenden Gründen aufrechterhalten werden kann:

Geringe Veränderungen (von solch einem Ausmaß, welche keine Umkehrung der Polarität herbeiführen) in der Größe des Funkenentladungsstromes oder des Stromes, der durch die sekundäre Wicklung N₂ fließt, spiegeln sich in dem primären Strom wieder, der durch die primäre Wicklung N\ zufolge der entsprechenden Variationen in dem Magnetfluß in dem Eisenkern fließt, um eine sekundäre Gegenspannung zum Aufrechterhalten der Funkenentladung zu erzeugen. Als Ergebnis hiervon kann der von der üieichspannungsqueiie gelieferte Strom in wirksamer Weise die Funkenentladung an der Zündkerze P aufrechterhalten. Weiterhin ist in einer derartigen Anordnung die Eingangsimpedanz der Zündspule IGC bei Blickrichtung von der Seite der Gleichspannungsquelle, bemerkenswert beim Einleiten der Funkenentladung an der Zündkerze P verringert, was in einer Erhöhung in der von der Gleichspannungsqiielie gelieferten Energie durch die Zündspule IGC resultiert, welche an dem Zündstecker P freigegeben wird. Wegen der Tatsache, daß der Entladestromkreisweg für den Kondensator C\ die primäre Wicklung N\ der Zündspule IGC mit einschließt, bilden diese Elemente einen LC-Schwingkreis. Jedoch wird ein Teil der schwingenden elektromotorischen Kraft, die in der primären Wicklung N\ erzeugt wird, durch den Stromkreis absorbiert, der den Thyristor Q₂ und die Diode Dj mit einschließt, und der Kondensator Q würde nicht in der entgegengesetz-

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speicherten Ladung geladen werden. Daher wird keine natürliche Schwingung durch diesen LC-Schwingkreis erzeugt

Unter Kenntnis der oben gegebenen Beschreibung wird nun die Arbeitsweise der Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung bei der zweiten Zündsteuerung beschrieben. Bei dieser zweiten Zur. !steuerung verhält sich die Zündanlage in einer etwas unterschiedlichen Art und Weise von dem Verhalten beim vorangehenden Arbeiten.

Dies ist durch die Tatsache bedingt, daß der Kondensator G auf einen beträchtlich höheren Spannungspegel aufgeladen worden ist als dem der Speisespannung Ve, und zwar durch den in dem letzten Stadium des vorangehenden Arbeitens ausgeführten Ladevorgang.

Wenn der Unterbrecherkontakt K bei der nächsten Zündsteuemng geöffnet wird und das Triggersignal an den ersten und den zweiten Oszillator OSZ1 und OSZ2 angelegt wird, werden die Impulse mit den Impulslängen T; und Tj an die entsprechenden Transistoren Qt und Q3 angelegt, um diese Transistoren leitend zu ma· chea

Das Steuerelektroden-Steueragnai wird an die Steuerelektrode des Thyristors Q₂ fast gleichzeitig mit dem Ergebnis angelegt, daß die in dem Kondensator Ci gespeicherte Ladung über den Entladungsstromweg entladen wird, welcher den Thyristor Q₂, die primäre Wicklung .Vi der Zündspule IGC und den Thyristor Q-, mit einschließt Ein abruptes Ansteigen einer hohen Spannung wird dadurch in der sekundären Wicklung N₂ der Zündspule IGC induziert, um dadurch eine Funkenentladung an der Zündkerze P einzuleiten. In diesem Fall wird die natürliche Schwingung, die in dem LC-Entladungsweg auftreten kann, durch den Stromkreis absorbiert, der die Diode Ch und den Thyristor Q₂ mit einschließt. Demgemäß wird die Funkenentladung mit hoher Energie an der Zündkerze P durch die von der Gleichspannungsquelle während der Zeitperiode Ti gelieferte elektrische Energie fortgeführt, in welcher der Transistor Q\ leitend bleibt. Bei Vervollständigung der Entladung des Kondensators Ci wird der Thyristor Q₂ nicht leitend gemacht. Beim Verschwinden dieses Impulses T\ wird der Transistor Qi nicht leitend, um den Stromfluß durch die primäre Wicklung Nt der Zündspule IGC zu unterbrechen. Als Ergebnis hiervon wird ein Teil der magnetischen Energie, die in dem Eisenkern der Zündspule IGC gespeichert ist, darauffolgend an die Zündkerze PaIs Zündenergie freigegeben, um eine Funkenentladung oder eine Durchbruchsentladung in einer umgekehrten Richtung für eine kurze Zeitperiode herbeizuführen. Diese entspricht der Funkenentladung in den bekannten Systemen, welche in der Beschreibungseinleitung beschrieben worden sind. Der verbleibende Teil der magnetischen Energie erzeugt eine elektromotorische Gegenkraft in der primären Wicklung Nt, und es wird der Kondensator Ci erneut beim Verschwinden der Impulse mit den Impulsdauern Tt und T₃ geladen, um die nächste Zündung vorzubereiten.

Diese Ausführungsform einer Zündanlage gemäß der Erfindung ist mit Bezug auf eine Anordnung beschrieben worden, in weicher ein Impuls von festgelegter Länge Tt und ein Impuls von festgelegter Impulslänge T3 von dem ersten und zweiten Oszillator OSZI und OSZ 2 bei jeder Zündsteuerung auftreten. In einer Abwandlung einer derartigen Ausführungsform kann der erste Oszillator OSZ1 zwei oder mehrere Impulse mit der Impulslänge T\ und einem Zeitintervall T₂ zwischen ^jacan im Αίΐ5^ηΓ£0Π£·· 2"f Ö3S An'S^eSP Ö^AS ^e*"Sⁿ T*¹"'¹*- ger-Impulseinganges von dem Trigger-Impulsgenerator TRIG erzeugen, und der zweite Oszillator OSZ 2 kann einen Impuls mit der Dauer T3 erzeugen, dessen Länge größer ist als die gesamte Summe der Impulsdauern dieser Impulse und der Zeitintervalle zwischen diesen.

Weiterhin kann die Beziehung zwischen dem Zeitintervall T₂ und der Impulsweite Tt in einem derartigen Fall so sein, daß die Funkenentladung im wesentlichen kontinuierlich durchgeführt werden kann, wenn das Zeitintervall T₂ zwischen den Impulsen verhältnismäßig kurz ist und wenn die nächste Zufuhr von primärem Strom während der Zeitperiode gestartet wird, in welcher die Funkenentladung durch die Freigabe der in dem Eisenkern gespeicherten magnetischen Energie, nachdem der Transistor Qi nicht leitend gemacht wird, aufrechterhalten bleibt Demgemäß ist es nicht notwendigerweise erforderlich, die Entladung des Kondensators Ci im Ansprechen auf jeden dieser Impulse mit der Länge Ti herbeizuführen. In solch einem Fall wird der Thyristor Q₂ leitend gemacht, um die Entladung des Kondensators d im Ansprechen auf den ersten von dem Oszillator OSZi gelieferten Impuls mit der Impulslänge T] durch zweckmäßiges Auswählen des Widerstandswertes des Ladewiderstandes r₂ des Kondensators C₂ herbeizuführen, so daß der Kondensator C₂ während der Zeitperiode von T₂ zwischen den Impulsen unvollständig geladen werden kann. Daher wird die Ladung in dem Kondensator C₁ jedesmal gesammelt bzw. gespeichert, wenn der primäre Strom unterbrochen wird.

Weiterhin kann, obwohl der Transformator TR' mit

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einer sekundären Wicklung gezeigt worden ist, der Transformator TR'lediglich eine primäre Wicklung aufweisen, die um einen Eisenkern so gewickelt ist, daß eine in der primären Wicklung erzeugte elektromotorische Gegenkraft zur Ladung des Kondensators Q als ma- 5 gnetische Energie hergeleitet werden kann.

Die Ausführungsform der Zündanlage gemäß der Erfindung Ui von derjenigen Art beschrieben worden, welche einen Unterbrecherkontakt K aufweist, welcher in Synchronismus mit der Drehung der Maschine mecha- 10 nisch geöffnet und geschlossen wird. Jedoch ist dies lediglich zu Erläuterungszwecken geschehen, und es kön- { nen leicht Veränderungen vorgenommen werden, bei ' welchen elektromagnetische, optische oder irgendwel- ; ehe anderen zweckmäßigen Einrichtungen anstelle ei- 15 \ ner derartigen mechanischen Ein-Aus-Einrichtung zum ': Steuern der Oszillatoren oder des Trigger-Signalgene- [ rators verwendet werden. I

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zündanlage für Brennkraftmaschinen, bei der auf ein Signal von einem Unterbrecherschalter hin mittels eines Impulsgebers ein Thyristor und ein Transistor leitend gemacht werden, bei der sich über den leitenden Thyristor die in einem Speicherkondensator enthaltene Energie in die Primärwicklung eines Zündtransformators zur Erzeugung eines Zündfunkenkopfes an einer Zündkerze entlädt, bei der anschließend an die Entladung des Kondensators ein Strom von einer Gleichspannungsquelle durch die Zündtransformator-Primärwicklung und durch den leitenden Transistor fließt zur Aufrechterhaltung und Verlängerung des Zündfunkens, und bei der schließlich durch Sperren des Transistors der diesen Transistor und die Primärwicklung des Zündtransformators durchfließende Strom unterbrochen wird, wodurch oiz bei leitendem Transistor im Magnetfeld des Zünduznsformators gespeicherte Energie zu Spannungen an den Wicklungen des Zündtransformators führt und wodurch mittels der in der Primärwicklung induzierten Spannung der Speichertcondensator über eine Diode wieder aufgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Sperren des Transistors (Qi) in der Sekundärwicklung induzierte Spannung einen weiteren Zündfunken an der Zündkerze hervorruft, daß ein weiterer Impulsgeber (OSZ2) und ein weiterer Transformator (TR) mit einer primären und einer sekundären Wicklung (Ni', NV) vorgesehen sind, wobei die primäre Wicklung (W) des weheren Transformators (TR) an ihrem einen En<ä3 fiber einen weiteren Transistor (Q3) geerdet und an ihre.i anderen Ende mit der Gleichspannungsquelle (Vb) verbunden ist, während die sekundäre Wicklung (W) des weiteren Transformators (TR) an ihrem einen Ende mit dem Speicherkondensator (Q) über eine weitere Diode (Dt) verbunden und an ihrem anderen Ende direkt geerdet ist, und daß der weitere Impulsgeber (OSZ 2) einen Ausgangsimpuls erzeugt, welcher im wesentlichen gleichzeitig mit dem Auftreten eines Ausgangsimpulses von dem Impulsgeber (OSZ1) erscheint und später als der Ausgangsimpuls des Impulsgebers (OSZi) endet, welcher den weiteren Transistor (Q3) zur Speicherung magnetischer Energie in dem weiteren Transformator (TR) leitend hält und welcher an seinem Ende durch Sperren des weiteren Transistors (Qi) und damit Unterbrechen des sa die primäre Wicklung (W) des weiteren Transformators (TR) durchfließenden Stromes an der sekundären Wicklung (NJ) des weiteren Transformators (TR) eine Spannung hervorruft, die über die weitere Diode (Di) eine sich an die Aufladung über die Diode (D3) anschließende zusätzliche Aufladung des Speicherkondensators (C\) bewirkt.

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   Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

   Eine derartige Zündanlage ist bekannt aus der DE-OS 65 152. Dabei dient die Entladung des Kondensators zur Erzeugung des Zündfunkenkopfes dazu, eine sichere Zündung einzuleiten, während die Aufrechterhaltung einer einmal eingeleiteten Zündung weniger schwierig ist. Für die Einleitung der Zündung ist es daher erforderlich, daß die im Speicherkondensator enthaltene Energie ausreichend groß ist Da das Aufladen des Kondensators durch die im Magnetfeld des Zündtransformators gespeicherte Energie bei Unterbrechung des die Primärwicklung des Zündtransformators durchfließenden Stromes erfolgt und dieser Strom und damit die im Zündtransformator gespeicherte Energie vom Verlauf des gesamten Zündvorganges abhängt, der bei verschiedenen äußeren Bedingungen unterschiedlich sein kann, ist die im Speicherkondensator enthaltene Energie ebenfalls unterschiedlich. Dadurch kann es möglich sein, daß diese Energie bei bestimmten äußeren Bedingungen tür die Erzeugung eines Zündfunkenkopfes nicht ausreichend ist, wodurch dann anschließend auch keine Aufrechterhaltung und Verlängerung des Zündfunkens auftreten kann.

   Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zündanlage der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die im Speicherkondensator enthaltene Energie mit Sicherheit für die Erzeugung eines Zündfunkenkopfes und damit für die Einleitung der Zündung an einer Zündkerze ausreicht

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Maßnahmen g&'ijst.

   Durch die Verwendung des weiteren Tranformators wird erreicht, daß der Speicherkondensator stets eine Mindestenergie aufweist, die unabhängig von dem vorhergehenden Zündvorgang ist Dadurch wird bei jedem Signal des Unterbrecherschalters ein ausreichend starker Zündfunkenkopf erzeugt, so daß mit Sicherheit auch bei unterschiedlichen äußeren Bedingungen eine Zündung eingeleitet wird.

   Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, in der die Zündanlage eine Gleichstromquelle mit der Spannung Vg von beispielsweise 12 V aufweist, welche über einen Hauptschalter MS mit einem Widerstand r\ verbunden ist Dieser Widerstand /ϊ ist durch einen Unterbricherkontakt K mit Erde verbunden, welcher in Synchronismus mit der Drehung einer Brennkraftmaschine geöffnet und geschlossen wird. Der Hauptschalter MS ist durch eine Diode D\ mit dem einen Ende einer primären Wicklung N\ einer Zündspule IGC und mit dein einen Ende einer sekundären Wicklung Λ/j der Zündspule /GCverbunden.

   Die primäre und sekundäre Wicklung N\ und M der Zündspule IGC sind verhältnismäßig eng miteinander verkoppelt, wie es beispielsweise für eine Zündspule eines Kraftfahrzeuges üblich ist Das andere Ende der primären Wicklung N\ ist durch einen Kollektor-Emitter-Strompfad eines Transistors Q\ geerdet Das andere Ende der sekundären Wicklung Λ/2 ist durch eine Zündkerze P, wie es in der Technik üblich ist, geerdet

   Der Knoten 10 zwischen dem Widerstand η und dem Unterbrecherkontakt K ist mit einem Eingangsanschluß eines Trigger-Impulsgenerators TRIG verbunden, welcher zwei Ausgangsanschlüsse aufweist. Der eine Ausgangsanschluß des Trigger-Impulsgenerators TRIG ist mit einem Eingangsänschlüß eines ersten Oszillators OSZ \ verbunden, während der andere Ausgangsanschluß des Trigger-Impulsgenerators TRIG mit einem Eingangsanschluß eines zweiten Oszillators OSZ 2 verbunden ist. Ein Ausgangsanschluß des Oszillators OSZ1 ist mit der Basis des Transistors Qi verbunden, und der zweite Ausgangsanschluß des Oszillators OSZ1 ist über einen Kondensator C2 mit dem einen Ende eines Wider-