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Funkenenergiespeicherkondensator-Ladeeinrichtung Die Erfindung bezieht
sich auf Kondensatorentladungs-Zundeinrichtungeh für Verbrennungskraftmaschinen
oder dgl., und insbesondere auf eine Einrichtung zum Aufladen des Funkenenergiespeicherkondensators
in einer derartigen Einrichtung.
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ZUndeinrichtungen mit kapazitiver Entladung haben gegenüber herkömmlichen
Funkeninduktor-ZUndeinrichtungen wesentliche Vorteile. Derartige Einrichtungen sind
in der Lage, ZUndfunken hoher Spannung und hoher Leistung zu erzeugen und können
elektronisch gesteuert werden. Trotzdem diese Vorteile fur kapazitive Zundentlodungseinrichtungen
bekannt sind, sind sie in der Autoindustrie nicht aligemein eingeführt worden. Ein
wesentlicher Grund, der der Anwendung kapazitiver Entladungseinrichtungen entgegensteht,
sind die hohen Kosten derartiger Einrichtungen einschließlich
der
Kosten fUr die Funkenergiespeicherkondensator-Ladeeinrichtung. Ein weiterer Nachteil
bekannter kapazitiver Entladungszundeinrichtungen besteht darin, daß eine getrennte
Anlaß-Ladeeinrichtung erforderlich war, die einen Anfangsfunken an die Zundfunkenenergiespeicherkondensatoren
legt. Bekannte kapazitive Entladungseinrichtungen haben ferner auch keinen ausreichend
leistungsfähigen Zündfunken während eines Anlassens mit niedriger Spannung ergeben,
um hinreichend gute Anlaßeigenschaften zu erhalten.
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Es besteht deshalb ein Bedarf an Ladeeinrichtungen für kapazitive
Entladungszündeinrichtungen, die verhältnismäßig billig sind, die bei niedriger
Batteriespannung eine gute Leistung erbringen und die die Funkenenergiespeicherkondensatoren
auf einen ausreichenden Pegel fUr eine einwandfreie Funkenerzeugung aufladen. Eine
derartige kapazitive Entladungseinrichtung ist insbesondere dort erwünscht, wo die
anfängliche Kondensatorladung aufgebracht werden soll, ohne daß eine getrennte Schaltung
hierfür notwendig ist.
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Ziel der Erfindung ist somit eine neuartige und verbesserte Funkenenergiespeicherkondensatoreinrichtung,
die mit verhdltnismäßig geringen Kosten hergestellt werden kann und die verhaltnismdßig
wenige Bestandteile aufweist, bei der ferner ene einzige Einrichtung die Funktionen
der Anzeige fur die Ladungshöhe an einem Funkenenergiespeicherkondensator, des Triggerm
eines Impulsgenerators in Abhängigkeit von einem eine geringe Ladung anzeigenden
Hebel und der Wiederherstellung der Ladung nach der Entladung des Funkenenergiespeicherkondensators
miteinander kombiniert.
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Desweiteren soll die Ladeeinrichtung eine ausreichende Anfangsladung
zum Starten gewährleisten, gute Ladeeigenschaften bei niedriger Spannung der Batterie
erhalten und die Anfangs- und Niederspannungsteile der Schaltung während der Aufladevorgönge
sperren, sowie unempfindlich genen Streuspannungen oder andere äußere EinflUsse
sein.
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Gemäß der Erfindung wird hierzu bei einer Kondensatorentladungszundeinrichtung
fur Verbrennungskraftmaschinen mit einem Funkenenergiespeicherkondensator, einer
Batterie und einer steuerbaren Y;opplung, die Kondensator und Batterie zur Ubertragung
elektrischer Energie von der Batterie zum Kondensator verbindet, vorgeschlagen,
eine Abfüileinrichtung zur Bestimmung der Ladung am Kondensator sowie eine Steuereinrichtung,
die auf die Abfubleinrichtung anspricht, um'die steuerbare Kopplung zu betätigene
wenn die Ladung am Kondensotor unter einen vorbestimmten Wert fällt, wodurch elektrische
Energie von der Batterie zum Kondensator Ubertragen wird,-vorzusehen.
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Im Falle einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist die AbfUhleinrichtung
ein Widerstands-Spannungsçteiler, der parallel zum Funkenenergiespeicherkondensator
geschaltet ist, und die Steuereinrichtung weist einen Steuerschaiter sowie eine
Vorrichtung zum Bereitstellen einer Bezugsspannung auf. Die Bezugsspannung und ein
Signal aus dem Spannungsteiler werden dem Steuerschalter aufgegeben, derart, daß
der Steuerschalter die steuerbare Kopplung betätigt, wenn das Signal aus dem Spannungsteiler
unter einen vorbestimmten Wert fällt. Die Einrichtung zum Bereitstellen einer Bezugsspannung
besitzt einen Triggerkondensator und eine Einrichtung zum Aufladen des Triggerkondensators
auf eine vorbestimmte Bezugsspannung; der Steuerschalter kann eine Halbleitereinrichtung
sein, z.B. ein programmierbarer Unijunctiontransistor. Der Steuerschalter verbindet
den Triggerkondensator und die steuerbare Kopplung in der Weise, daß dann, wenn
der Steuerschalter von dem Signal er aus dem Spannungsteiltunter einen vorbestimmten
Wert fällt, die Ladung am Triggerkondensator Uber den Steuerschalter zur steuerbaren
Kopplung entladen wird, damit die steuerbare Kopplung betätigt wird, wodurch der
Funkenenergiespeicherkondensator aus der Batterie wieder aufgeladen wird> *)
betätigt wird, falls dieses
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung
mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, Es zeigen: Figur
1 ein schematisches Schaltbild einer Funkenenergiespeicherkondensatorladeeinrichtung
nach vorliegender Erfindung; Figur 2 eine graphische parstellung der Ladung am Kondensator
unter schwachen Batterie- und Anlaßzuständen; Figur 3 eine graphische Darstellung
der Ladung am Kondensator, wobei die Einrichtung voll aufgeladen ist, bevor der
Anlaßvorgang beginnt.
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In Figur 1 ist eine Steuereinrichtung gezeigt, die aus einer Spannung
vergleichs-Triggerscholtung 10, einer Impulserzeugerschaltung 12 und einer AbfUEleinrichtung
oder Ladungspegelanzeigeschaltung 14 besteht.
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Diese Schaltungen erhalten ihre Energie aus der Batterie 18 und bauen
eine Ladung am Funkenenergiespeicherkondensator 16 Uber die Impulserzeugerschaltung
12 auf, die als steuerbare Kopplung betrachtet werden kann, welche die Batterie
18 und den Kondensator 16 miteinander verbindet. Eine Zenerdiode 20 hdit in Verbindung
mit einem Widerstand 22 eine Bezugsspannung aufrecht. Die Bezugsspannung steht an
einem Spannungsteiler an, der Widerstände 24 und 25 aufweist, und steht ferner auch
Uber den Widerstand 28 am Triggerspeicherkondensator 31 an. Der Kondensator 31 lädt
sich bis zur vollen Spannung der Zenerdiode 20 auf. Der Spannungsteiler mit den
Widerständen 24 und 26 erzeugt eine etwas niedrigere Spannung, die Uber die Diode
36 an eine Spannungsvergleichsklemme 35 gegeben wird. Ein Steuerschalter 30, der
vorzugsweise ein programmierbarer Unijunctiontronsistor ist, ist in der in Figur
1 gezeigten Weise geschaltet. Wenn die Spannung an der Torelektrode 34 des Schalters
30 um einen festen Betrag negativer wird als die an der Anodenelektrode 32 schaltet
der Schalter 30 ein und entlddt die gesamte Energie in den
Triggerkondensator
31.
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Nach der Entladung, wenn der Stromfluß durch den Schalter 30 sich
dem Wert 0 nähert, wird der Schalter 30 fUr einen nachfolgenden Zyklus rUckgesetzt.
Nachdem der Schalter 30cbgeschaltet ist, wird der Kondensator 31 mit einer Geschwindigkeit
erneut aufgeladen, die durch die verhältnismäßig hohe Impedanz des Widerstandes
28 bestimmt ist, so daß von der ihre Sponnungsstabilität behaltenden Zenerdiode
20 kein zu hoher Strom entnommen wird. Der Schalter 30 schaltet nach der Entladung
der Ladung am Kondensator 31 durch Einschalten der Diode 36 ab. Dies ergibt eine
Elektrode 34, die vorübergehend einen Widerstand geringer Impedanz aufweist, der
aus der Parallelschaltung der Widerstände 24 und 26 besteht.
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Die Abfübleinrichtung 14 zur Bestimmung der Größe der Ladung besteht
aus einem
der die Widerstände 62 und 40 enthält. Die Widerstände 62 und 40 sind so gewählt,
daß sie eine verhöltnismößig hohe Impedanz besitzen, so daß eine verhditnismäßig
geringe Ladung aus dem Funkenenergiespeicherkondensator 16 entnommen wird. Die Spannung
in der ersten Stufe des Spannungsteilers wird an die Klemme 35 gegeben.
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Solange ein entsprechender Ladungspegel in dem Funkenenergiespeicherkondensator
16 aufrechterhalten wird, wird die Klemme 35 auf einer Spannung gehalten, die höher
ist als die Bezugsspannung, die an der Anodenelektrode 32 des Schalters 30 auftritt.
Die Diode 36 trennt die Gatterelektrode 34 von der Klemme 25, bis die Spannung an
der Klemme 35 unter den Spannungswert bei der ersten Stufe des Spannungsteilers
mit den Widerständen 26 und 24 fällt, wobei diese Spannung an der Klemme 25 auftritt.
Ween die Ladung im Kondensator 16 genügend weit gefallen ist, daß die Spannung an
der Klemme 35 um einen fest vorgegebenen Betrag, z.B. 0,6 Volt, niedriger ist als
an der Klemme 25, fließt Strom durch den Widerstand 28 in die Anodenelektrode 32
des Schalters 30, aus der Gatterelektrode 34 und durch den Widerstand 40, wodurch
der Schalter 30 eingeschaltet wird und die
Energie im Triggerkondensator
31 in der Leitung 42 fließen kann.
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Der Strom in der Leitung 42 wird der Basiselektrode 44 des Transistors
46 aufgegeben. Der Transistor 46 bildet zusammen mit dem Transformator 50 und dem
Widerstand 48 einen Sperrschwinger. Wenn Strom der Basiselektrode 44 des Transistors
46 aufgegeben wird, beginnt dieser stromoleitend zu werden und es fließt Strom in
der Primärwicklung 52 des Transformators 50. Eine Vergrößerung des Primörstromflusses
ergibt eine Spannung in der Tertiärwicklung 56. Die Wicklung 56 ist so geschaltet,
daß sie die Reginerierung einer positiven Polaritat an der Basisverbindung 44 ergibt
und den Transistor 46 einschaltet. Der Strom durch die Primörwicklung 52 nimmt linear
Uber eine Periode durch den nunmehr vollstandig stromleitenden Transistor 46 und
den Widerstand 48 zu. Wenn der Spannungsabfall am Widerstand 48 sich dem Wert nähert,
der in der Tertiörwicklung 56 auftrittda sie entgegengesetzte Polarität haben -
beginnt er die Stromleitfähigkeit des Transistors 46 zu verringern. Der Strom in
der Primärwicklung 52 beginnt somit abzunehmen. Diese Anderung von zunehmendem auf
abnehmenden Strom in der Primörwicklung 52 ergibt eine Umkehr in der Polarität der
Spannung, die in'der Tertiörwicklung 56 erzeugt wird, die sich dann der Spannung
am Widerstand 48 hinzuaddiert und eine regenerative Abschaltwirkung ergibt, die
den Transistor 46 abrupt öffnet. Zu diesem Zeitpunkt L12 ist Energie = 1/2 LI (wobei
L die Induktivität in Henry der Primärwicklung 52 und I der Endwert des Stromes,
der durch die Primärwicklung 52 fließt, in Ampere ist) im Eisenkern des Transformators
50 gespeichert worden. Das Uffnen des Transistors 46 Ubertrögt diese Energie in
den Funkenenergiespeicherkondensator 16 und ergibt einen sinusförmigen Halbzyklusstrom
in der Sekundärwicklung 54, was einen nach positiv gehenden sinusförrigen Halbzyklusstrom
ergibt, der die Diode 58 passiert und an den Funkenenergiespeicherkondensator 16
abgegeben wird.
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Der Ladungspegel im Kondensator 16 wird wiederum durch den Spannungsteiler
bestehend aus den Widerstonden 62 und 40 angezeigt; wenn die von dem Spannungsteiler
an der Klemme 35 gelieferte Spannung unterhalb des Bezugswertes an der Klemme 25
liegt, wird der Schalter 30 wieder eingegattert und der Zyklus wiederholt.
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Beim Anlassen ist durch Einschalten des Stromkreises mit einem Schalter
(nicht dargestellt) keine Ladung am Kondensator 16 vorhanden. Die Bezugsspannung,
die von der Zenerdiode bereitgestellt wird, lädt den Triggerspeicherkondensator
31 auf. Ein Ladezyklus wird dann durch den niedrig (0) angezeigten Ladungspegel
am Kondensator 16 eingeleitet und im Anschluß daran werden nachfolgende Ladungszyklen
solange getriggert, bis in dem Funkenenergiespeicherkondensator 16 eine ausreichende
Ladungsmenge vorhanden ist, um den Schalter 30 in einem nicht stromleitenden Zustand
zu halten.
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Wird der Funkenenergiespeicherkondensator 16 entladen, damit die Funkenenergie
an eine Zündkerze abgegeben wird, wird eine nach negativ gehende Stoßspannung erzeugt,
die die Diode 28 passiert und die eine Spannung an der Tertiörwicklung 56 erzeugt.
Diese Spannung gattert den Transistor 46 ein und leitet einen Ladungszyklus ein,
der in der vorbeschriebenen Weise vor sich geht. Somit ist keine Reaktion der Steuereinrichtung
10 erforderlich, um nach jedem Funken einen LadezAdus einzuleiten. Wenn die Batterie
18 ihren Nennpegel hat, reicht der eine Wiederholladezyklus zwischen Funken aus,
um eine entsprechende Ladung im Kondensator 16 aufrechtzuerhalten, und deshalb sind
die Anfangsladungs- und schwachen Batterieteile der Einrichtung während der normal
laufenden Ladungsauffullung effektiv aus der Schaltung heraus.
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Die Leistung der Einrichtung ist in den Figuren 2 und 3 dargestellt.
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Figur 2 zeigt die Ladung anhand der Spannung des Funkenenergiespeicherkondensators
in
Abhängigkeit von der Zeit wahxnd des Anlassens der Maschine. Die graphische Darstellung
entspricht der Legung der Einrichtung mit einer niedrigeren Batteriespannung und
bei einer Anlaßdrehzahl von 60 U/min., was einem Kaltstartanlassen entspricht. Die
Erhöhung der Spannung, die durch die Linie 100 dargestellt ist, ist das Ergebnis
einer Anfangsladung, die durch das vorausgehende Zünden der ZUndkerze getriggert
worden ist. Dieser Ladungspegel reicht nicht aus, und deshalb wird nach einem kurzen
Intervall die Kopplungsvorrichtung 12 durch die Spannungsabfuhleinrichtung und die
Steuereinrichtung 10 getriggert, damit eine zusätzliche Ladung aus der Batterie
18 in den Kondensator 16 gegeben wird, wie durch die Linie 102 dargestellt ist.
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Eine dritte Ladungsstufe wird in der gleichen Weise vorgenommen, wie
durch die Linie 104 gezeigt ist. Dieser dritte Ladungszyklus bringt den Funkenenergiespeicherkondensator
16 auf einen entsprechenden Ladungspegel. Die Einrichtung zur Triggerung des Ladungszyklus
benötigt somit keine zusätzliche Ladung. Die Neigung der Linie 106 stellt die geringe
Spannungsobnehme dar, die dadurch hervorgerufen wird, daß Strom von dem Kondensator
16 Uber den Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen 62 und 40 entnommen wird.
Die Linie 106 endet, wenn ein zweiter Funke erzeugt wird, der die Ableitung der
gesamten Energie in den Fu nkenenergiespeicherkondensator und die unmittelbare Einleitung
des AuffUllladezyklus ergibt.
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Eine weitere Betriebsweise ist in Figur 3 dargestellt. Es handelt
sich hier um den Wartebetrieb, bei dem die Kondensatoren durch die Einrichtung aufgeladen
worden sind, der Anlaßvorgang jedoch noch nicht begonnen hat. Die in Figur 3 dargestellte
Zeitdauer ist ein Vielfaches der Zeitdauer fUr die Ladevorgönge nach Figur 2. Die
Linie 108 stellt das Abklingen der Spannung am Kondensator 16 dar, das durch den
Spannungsteiler und andere außre Einflüsse z.B. den Abfluß Uber die Entladungsschaltung
verursacht wird. Wenn die Ladung in dem Funkenenergiespeicherkondensator 16 auf
einen unzulössigen Wert fällt, gibt die Ladungspegelanzeigeschaltung
einen
Energieimpuls, der den Kondensator wieder auf einen entsprechenden Pegel auflädt,
wie dies durch die Anfangsteile der Linie 110 gezeigt ist.