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Zündeinrichtung für eine BrennkraftmgXsch,ine Die Erfindung bezieht
sich auf eine Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Zündspule, deren
Primärwicklung mit einer Zündschaltstrecke eine an eine Stromquelle angeschlossene
Serienschaltung bildet, und mit einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
gekuppelten Signalgeber, an dem mindestens in zwei auf die Kurbelwelle bezogenen
Winlcelstellungen elektrische Spannungsänderungen atif treten, von denen die in
der zweiten Winkelstellung auftretende Spannung änderung zur Umsteuerung der Zündschaltstrecke
in den stromsperrenden Zustand ausgenutzt ist.
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Eine solche Zündeinrichtung, zuweilen auch "Spulenzündeinrichtung"
genannt, hat den Vorteil, daß ein kräftiger Zündfunke und ein infolge Nachentladungen
sich daran anschließender Funkenschwanz erzeugt werden, so daß auch magere Kraftstoff-Luft-Gemische
sicher entflammbar sind.
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Herkömmliche Zündeinrichtungen dieser Art haben jedoch den Nachteil,
daß die Zeit, während der Strom durch die Primärwicklung der Zündspule fließt, von
der Drehzahl abhängig ist, wodurch bei niederer Drehzahl zu viel und bei hoher Drehzahl
zu wenig EncTgie für die Erzeugung des Zündfunkens gespeicher-; wird.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Zündeinrichtung der eingangs
erw--hnten Art zu schaffen und dabei unter vertretbarem Aufwanc an Schaltungsmitteln
den vorgenannten Nachteil zu vermeiden.
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Diese Sufgabe-ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in der zweiten
Teinkelstellung auftretende Spannungsänderung am Signalgeber außerdem zur Auslösung
der linearen Aufladung eines Steuerkondensators und die in der ersten Winkelstellung
auftretende £pennungsänderung zur Auslösung der linearen Entladung des Steuerkondensators
Verwendu.ng findet und daß der Steuerkondensator mit einem seine Spannung während
der Entladung überwachenden Schwellwertschalter in Verbindung steht, der, wenn diese
Spannung den Schwellwert unterschreitet, für die Umsteuerung der Zündschaltstrecke
in den stromdurchlassenden Zustand sorgt und diesen die Primärwicklung der Zündspule
mit der Stromquelle verbindenden Zustand bis zum Auftreten der Spannungsänderung
ifl der zweiten Winkelstellung aufrechterhält.
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Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines bevorzugten, in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben.
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In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 die schaltungsmäßige Darstellung einer
Zündeinrichtung nach der Erfindung und Fig. 2a bis 2f den Spannungsverlaui an einzelnen
Schaltungspunkten.
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Die schaltungsmäßig dargestellte Zündeinrichtung soll für eine nicht
dargestellte Brennkraftmaschine i:1 einem Kraftfahrzeug bestimmt sein. Sie wird
aus einer Strcmquelle 1, vorzugsweise aus der Batterie des Kraftfahrzeuges, gespeist.
Von der Strom quelle 1 geht eine am Pluspol liegende, einen Betriebsschalte (Zündschalter)
2 enthaltende erste Vesorgungsleitung 3 und eine am Minuspol liegende, bei 4 mit
SIasse verbundene zweite Versorgungsleitung 5 aus. Von der ersten Versorgungsleitung
3 geht eine Verbindung aus, die zunächs-; über die Sekundärwicklung 6 einer Zündspule
7 und danach über wenigstens eine Zündkerze 8 zur zweiten Versorgungsleitung 5 führt.
Ferner geht von der ersten Versorgungsleitung 3 eine Verbindung aus, die zunächst
über die Primärwicklung 9 der Zündspule 7 und danach über eine Zündschaltstrecke
10 zur zweiten Versorgungsleitung 5 führt. Die Zündschaltstrecke 10 wird durch die
Emitter-Kollektor-Strecke eines (npn-) transistors 11 gebildet, wobei der Kollektor
an der Primärwicklung 9 und der Emitter an der zweiten Versorgung.z1situng 5 liegt.
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Ferner ist ein Signalgeber 12 vorgesehen, der, wie mit strichpunktiertem
Linienzug 13 angedeutet, mit der Kurbelwelle 14 der Brennkraftmaschine gekuppelt
ist. Der Signalgeber 12 liegt
in einer von der zweiten Versorgungsleitung
5 zu einem Steuerspannungsabgriff 15 führenden Verbindung, wobei an dem Signalgeber
12, das heißt zwischen dem Steuerspannungsabgriff 15 und der zweiten Versorgungsleitung
5 in zwei auf die Kurbelwelle 14 bezogenen Winkelstellungen w1 und w2 Spannungsänderungen
auftreten, von denen die in der zweiten Winkelstellung w2 auftretende Spannungsänderung
zur Umsteuerung der Zündschaltstrecke 10 in den stromsperrenden Zustand dient.
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Die in der zweiten Wink»1stellung w2 auftretende Spannungsänderung
ist außerdem zlr Auslösung der linearen Aufladung eines Steuexkondensators 18 ausgenutzt,
dessen lineare Entladung durci: die in der ersten Winkelstellung w1 auftretende
Spannungsänderung ausgelöst wird.
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Der Steuerkondensator 16 steht mit einem seine Spannung während der
Entladung überwachenden Sc)wellwertschalter 17 in Verbindung, der, wenn diese Spannen;
den Schwellwert unterschreitet, für die Umsteuerung der Zündschaltstrecke 10 in
den stromduichlassenden Zustand sorgt und diesen Zustand bis zum Auftreten der Spannungsänderung
in der zweiten Winkelstellung w2 aufrechterhält.
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Der Steuerkondensator 16 ist Bestandteil sowohl eines von einem Integrator
18 beeinflußbaren Ladezweiges als auch eines eine Entladeschaltstrecke 19 enthaltenden
Entladezweiges. Dabei führt von der ersten Versorgungsleitung 3 ein den Integrator
18 enthaltender Abschnitt des Ladezweiges zu dem ersten Anschluß 16' des Steuerkondensators
16 und ein einen Entladewiderstand 20 enthaltender Abschnitt des Entladezweiges
zu dem zweiten Anschluß 16" des Steuerkondensators 16.
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Der Steuerkondensator 16 steht außerdem an seinem ersten Anschluß
16' über einen die Entladeschaltstrecke 19 enthaltenden
Abschnitt
des Entladezweiges und an seinem zweiten Anschluß 16" über einen eine Ladeschaltstrecke
21 enthaltenden Abschnitt des Ladezweiges mit der zweiten Versorgungsleitung 5 in
Verbindung.
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Dem Integrator 18 ist ein Bemessungswiderstand 22 vorgeschaltet und
ein Ladewiderstand 23 nachgeschaltet. Der Integrator 18 ist im Beispielsfall ein
Operationsverstärker 24 mit zwischen Eingang 18' und Ausgang 18" liegendem Rückkopplungskonc.ensator
25.
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Die Entladeschaltstrecke 19 wird durch die Emitter-Kollektor-Strecke
eines (npn-> Uransistors 26 gebildet, der mit seinem Kollektor an dem ersten
Anschluß 16' des Steuerkondensators 16 liegt, mit seinem Emitter über eine von der
Stromquelle 1 in Durchlaßrichtung beanspruchte Diode 27 an die zweite Versorgungsleitt.ng
5 angeschlossen ist und mit seiner Basis an der Anode einer Diode 28 liegt. Diese
Diode 28 hat außerdem an ihrer-Anode mit dem zweiten Anschluß 16' des Steuerkondensators
16 und an ihrer Kathode über die -Ladeschaltstrecke 21 mit der zweiten Versorgungsleitung
5 Verbindung. Dabei blockiert die Diode 28 einen übereanenWiderstand 30 möglichen
Stromzufluß zur Basis des Transistors 26, während mittels der Diode 27 dessen Emitterpotential
angehoben wird, um eine sichere Umsteuerung der Entladeschaltstrecke 19 in den stromsperrenden
Zustand zu gewährleisten, wenn die Ladeschaltstrecke 21 leitend wird.
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Die Ladeschaltstrecke 21 wird durch die Emitter-Kollektor-Strecke
eines (npn-) Transistors 29 gebildet, der mit seinem Emitter an der zweiten Versorgungsleitung
5, mit seiner Basis an dem Steuerspannungsabgriff 15 und mit seinem Kollektor außer
an dem Ladungszweig auch noch über den Widerstand 30 an der ersten Versorgungsleitung
3 liegt.
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Im vorliegenden Fall ist der Signalgeber 12 durch einen nockenbetätigten
Unterbrecherschalter 31 gebildet und der Steuerspannungsabgriff 15 über einen Widerstand
32 an der ersten Versorgungsleitung 3 angeschlossen. Im einfachsten Fall könnte
nun der vor dem Integrator 18 liegende Bemessungswiderstand 22 mit seinem dem Integrator
18 abgewandten Anschluß 22' an dem Steuerspannungsabgriff 15 angeschlossen sein.
Dies kann aber zur Folge haben, daß bei Abfall der Spannung an der Stromquelle 1
der Strom in der Primärwicklung 9 nicht mehr auf den für einen w rkungsvollen Zündfunken
notwendigen Wert ansteigt. Um lies zu vermeiden, führt von dem Steuerspannungsabgriff
15 eine Verbindung über einen Vorwiderstand 33 und danaca über einen Speicherkondensator
34 zur zweiten Versorgung;leitung 5, wobei die zwischen Vorwiderstand 33 und SpeicheLkondensator
34 vorhandene Verbindung Ausgangspunkt für ie Steuerung eines (npn-) Transistors
35 ist, der mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in einer von der zweiten Versrgungsleitung
5 ausgehenden Verbindung liegt, die sich 7,U der Klemme 22' des Bemessungswiderstandes
22 und über eisen Widerstand 36 zur ersten Versorgungsleitung 3 verzweigt. Diese
von der zweiten Versorgungsleitung ausgehende Verbindung enthält einen Widerstand
37 und führt außer zu dem Emitter des Transistors 35 auch noch zu dem Emitter eines
(npn-) Transistors 38. Dieser Transistor 38 ist mit seiner Basis an der zwischen
Vorwiderstand 33 und Speicherkondensator 34 liegenden Verbindung und mit seinem
Kollektor sowohl über einen Widerstand 39 an der ersten Versorgungsleitung 3 als
auch über einen Widerstand 40 an der Basis des Transistors 35 angeschlossen.
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Der Schwellwertschalter 17 ist durch einen Schmitt-Trigger mit einem(npn-)
Eingangstransistor 41 und einem (npn-) Ausgangstransistor 42 gebildet, wobei diese
beidenTransistoren 41, 42 an ihrem Emitter über einen gemeinsamen Widerstand 43
mit
der zweiten Versorgungsleitung 5 und an ihrem Kollektor je über einen von zwei Widerständen
44, 45 mit der ersten Versorgungsleitung 3 verbunden sind. Die Basis des Eingang
transistors 41 liegt an dem ersten Anschluß 16' des Steuerkondensators 16 und über
einen Widerstand 46 an der zweiten Versorgungsleitung 5. Die Basis des Ausgangstransistors
42 steht über einen Widerstand 47 mit dem Kollektor des Eingangstransistors 41,
über einen Widerstand 48 mit der zweiten Versorgungslitung 5 und über eine ihr.mit
der Anode zugewandte, in Serie zur Ladeschaltstrecke 21 liegende Blockierdiode 49
mit der zweIten Versorgungsleitung r in Verbindung. Der Kollektor des Ausgangstransistors
42 ist außerdem an die Basis eines(npn-) Transistors 50 angeschlossen, dessen Emitter
mit der zweiten Versorgungsleitung 5 und dessen Kollektor sowohl mit der Basis des
Transistors 11 als auch über einen Widerstand 51 mit der ersten Versorgungsleitung
3 in Verbindung steht.
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Die soeben beschriebene Zündennrichtung hat folgende Wirkungsweise:
Sobald der Betriebsschalter 2 geschlossen wird, ist die Zündeinrichtung funktionsbereit.
Wiid nun während des Betriebes der Unterbrecherschalter 31 in der auf die Kurbelwelle
14 bezogenenWinkelstellung wl geschlossen, so geht die Spannung Ua zwischen dem
Schaltungspunkt a und der zweiten Versorgungsleitung 5 von einem vorher positiven
Wert momentan nach Null zurück (Fig. 2a). Daraufhin geht die Spannung Ub zwischen
dem Schaltungspunkt b und der zweiten Versorgungsleitung 5 ebenfalls von einem vorher
positiven Wert nach Null zurück, weil sich der Speicherkondensator 34 über den Vorwiderstand
33 und den im Zeitpunkt t1 schließenden Unterbrecherschalter 31 entladen kann (Fig.
2b). Abhängig davon wird im Zeitpunkt t1 der Transistor 38 an seiner Emitter-Kollektor-Strecke
in den stromsperrenden Zustand und der
Transistor 35 an seiner Emitter-Kollektor-Strecke
in den leitenden Zustand gesteuert, so daß die Spannung Uc zwischen dem Schaltungspunkt
c und der zweiten Versorgungsleitung 5 nach Null absinkt und somit die Spannung
am Eingang 18' des Integrators 18 entfällt (Fig. 2c). Dabei wird auch gleichzeitig
für die Entladung des Rückkopplungskondensators 25 gesorgt. Die Spannung Ud zwischen
dem Schaltungspunkt d und der zweiten Versorgungsleitung 5 hat infolgedessen dann
den in Fig. 2d gezeigten abfallenden Verlauf. Außerdem geht mit dem Schließen des
Unterbrecherschalters 31, also im Zeitpunkt t 1, die die Ladeschaltstrecke 21 bildende
Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 21 in den stromsperrenden Zustand und
abhängig davon die die Entladeschaltstrecke 19 bildende Emitter-Kollktor-Strecke.des
Transistors 26 in den leitender Zustand über. Infolgedessen setzt über die die Entladeschaltstrecke
19 bildende Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 26 eine Entladung des vorher
mittels des Integrators 18 aufgeladenen Stzuerkondensator 16 ein und zwar über die
Entladeschaltstrecke 19, die Diode 27, die Stromquelle 1, den Betriebsschalter 2
und den Entladewiderstand 20. Durch die gewählte Schaltungsverbindung zwischen Steuerkondensator
16 und Transistor 26 ergibt sich eine Stabilisierung des über die Entladesohaltstrecke
19 fließenden Entladestromes, so daß die Spannung Ue zwischen dem Schaltungspunkt
e und der zweiten Versorgungsleitung 5 von einem positiven Wert linear nach Null
abnimmt (Fig. 2e). Diese am Widerstand 46 abgegriffene Spannung steuert beim Unterschreiten
des Schwellwertes Ues des Schwellwertschalters 17, also im Zeitpunkt tS -den Eingangstransistor
41 an seiner Emitter-Kollektor-Strecke in den stromsperrenden Zustand und den Ausgangstransistor
42 an seiner Emitter-Kollektor-Strecke in den leitenden Zustand.
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Dadurch nimmt die Spannung Uf zwischen dem Schaltungspunkt f und der
zweiten Versorgungsleitung 5 von einem positiven Wert momentan nach Null hin ab
(Fig. 2f), so daß die Emitter Kollektor-Strecke des Transistors 50 in den stromsperrenden
Zustand
und abhängig davon die die Zündschaltstrecke 10 bildende Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors 11 in den leitenden Zustand gesteuert wird. Demzufolge wird nunmehr
die Primärwicklung 9 der Zündspule 7 von der Stromquelle 1 mit Strom versorgt.
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In der-auf die Kurbelwelle 14 bezogenen Winkelstellung w2 wird der
Unterbrecherschalter 31 geöffnet. Die Spannung Ua zwischen dem Schaltungspunkt a
und der zweiten Versorgungs leitung 5 steigt dann wieder momentan auf einen positiven
Wert an (Fig. 2a). Abhängig von dem im Zeitpunkt t1 stattfindenden Öffnen des Unterbrecherschilters
31 beginnt sich der Speicherkondensator 34 über den Widerstand 32 und den Vorwiderstaiil
33 aufzuladen (Fig. 2b). DEbei überschreitet die Spannung Ub zwischen dem Schaltungspunkt
b und der zweiten Versorgungsleitung 5 im Zeitpunkt t3 die Schaltschwelle Ubs des
Transistors 38, so daß dann die Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors 38
in den stromdurchlassenden Zustand und abhängig davon die FuLitter~Kollektor-Strecke
des Transistors 35 in den stromsperrenden Zustand übergeht. Infolgedessen steigt
die Spannung Uc zwischen dem Schaltungspunkt c und der zweiten Versorgungsleitung
5 im Zeitpunkt t3 wieder momentan auf einen positiven Wert an (Fig. 2c), so daß
am Ausgang 18" des Integrators 1g ein linear anwachsendes Potential und zwischen
dem Schaltungspunkt d und der zweiten Versorgungsleitung 5 eine linear ansteigende
Spannung Ud auftritt (Fig. 2d), deren Anstieg durch den Bemessungswiderstand 22
in Verbindung mit dem Fückkopplungskondensator 25 festgelegt ist. Diese Spannungsveränderung
wirkt sich auch am Schaltungspunkt e aus, so daß der Steuerkondensator 16 mit der
linear ansteigenden Spannung Ue aufgeladen wird. Das ist dadurch möglich, daß durch
Öffnen des Unterbrecherschalters 31 der Transistor 29 an seiner die Ladeschaltstrecke
21 bildenden Emitter-Kollektor-Strecke in den leitenden Zustand übergeht, dabei
der Transistor 26 an seiner die Entladeschaltstrecke 19
bildenden
Emitter-Kollektor-Strecke gesperrt wird und somit der Steuerkondensator 16 über
den Ladewiderstand 23, die Diode 28 und die Ladeschaltstrecke 21 aufgeladen werden
kann.
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Mit Öffnen des Unterbrecherschalters 31 und tbergang der Ladeschaltstrecke
21 in den leitenden Zustand, also im Zeitpunkt t2, kommt auch die Basis des Ausgangstransistors
42 über die Diode 49 und die Ladeschaltstrecke 21 mit der zweiten Versorgungsleitung
5 in Verbindung, so daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Ausgangstransistors 42
in den stromsperrenden Zustand gesteuert wird und die Spannung Uf zwischen: dem
Schaltunrspunkt f und der zweiten Versorgungsleitung 5 wieder momentan auf einen
positiven Wert ansteigt (Fig. 2f).
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Das hat zur Folge, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors
59 in den leitenden Zustand und abhängig wiedenini davon die die Zündschaltstrecke
10 bildende Emitter-Kollektor-Strecke des transistors 11 in den stromsperrenden
Zustand gesteuert wird Durch die hiermit bewirkte Unterbrechung des StromflusSes
in der Primärwicklung 9 der Zündspule 7 wird in deren Sekundärwicklung 6 ein Hochspannungsstoß
induziert, der an der Zündkerze 8 einen elektrischen Überschlag (Zündfunken) hervorruft.
Wird der Unterbrecherschalter 31 wieder geschlossen, so laufen die einzelnen Funktionsschritte
in der gleichen Weise ab, wie das soeben beschrieben wurde.
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Durch Anwendung der Maßnahmen gemäß der Erfindung ist sichergestellt,
daß diejenige Zeit (td bis t2, Fig. 2f), während der die Primärwicklung 9 der Zündspule
7 vom Strom durchflossen wird, hinreichend konstant ist und zwar unabhängig davon,
ob die Brennkraftmaschine im niedrigen oder hohen Drehzahlbereich arbeitet. Das
kommt daher, daß mit steigender Drehzahl Lade- und Entladezeit (t3 bis t1, Fig.
2d, und t1 bis tS Fig, 2e) kürzer werden. Damit nun aber die Konstanz der Energie
für den Zündfunken auch bei an der Stromquelle 1 auftretenden Spannungsschwankungen
nicht wesentlich gestört wird, ist die gegenüber der Auslösung (t2, Fig. 2b) um
eine spannungsabhängige
Zeit (t2 bis t3, Fig. 2b) verzögernd beginnende
Aufladung des Steuerkondensators 16 gewählt. Auf- und Entlade zeit des Steuerkondensators
16 werden dann selbsttätig durch diese Verzögerung entsprechend korrigiert.
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Selbstverständlich kann der Signalgeber 12 auch auf kontaktlosem Prinzip
beruhen, indem beispielsweise mittels eines optischen bzw. induktiven Gebers sichergestellt
wird, daß in den Winkelstellungen w1, w2 an dem Steuerspannungsabgriff 15 die erforderlichen
Potentialänderungen auftreten.