DE2452150C3 - Zündanlage mit einer zur Speicherung der Zündenergie dienenden Zündspule - Google Patents

Description

F i g. 3 ein Spannungs (Uz)-ZeH ^diagramm, anhand dessen die erste Halbwelle der gedämpften Hochspannungsschwingung näher betrachtet werden soll.

Die in Fig. 1 dargestellte Zündanlage, die für die nicht dargestellte Brennkraftmaschine eiaes ebenfalls s nicht dargestellten Kraftfahrzeuges bestimmt sein soll, wird aus einer Stromquelle 1 gespeist, die beispielsweise die Batterie des Kraftfahrzeuges ist An der Stromquelle 1 geht von dem Pluspol eine einen Betriebsschalter (Zündschalter) 2 enthaltende Versorgungsleitung 3 und von dem Minuspol eine an Masse liegende Verbindung 4 aus. Von der Versorgungsleitung 3 geht eine Verbindung aus, die über die Primärwicklung S einer zur Speicherung der Zündenergie dienenden Zündspule 6 und danach über einen Öffnungsschalter 7 zur is Masse verbindung 4 führt.

Der Öffnungsschalter 7 ist hier durch einen herkömmlichen mechanischen Unterbrecherschalter 8 gebildet, der einen festen Kontakt 9 und einen beweglichen Kontakt 10 aufweist Der, bewegliche M Kontakt 10 befindet sich an dem einen Ende eines Kontaktarmes 11, der entgegen einer Federkraft A um einen am anderen Ende befindlichen Drehpunkt 12 schwenkbar ist und zwar dann, wenn an einem etwa in der Mitte des Kontaktarmes 11 angebrachten Gleitstück 13 sich eine abgerundete Kante 14 eines Nockens 15 vorbeidreht. Zu diesem Zweck sitzt der Nocken 15 auf einem durch die Brennkraftmaschine in Rotation versetzbaren Teil 16, das diesen Nocken 15 in Drehrichtung des Pfeiles B mitnimmt »

Dem Unterbrecherschalter 8 ist ein Funkenlöschkondensator 17 parallel geschaltet. Die zur Zündspuk 6 gehörende Sekundärwicklung 18 liegt mit einem Wicklungsende an der zwischen Primärwicklung 5 und Öffnungsschalter 7 vorhandenen Verbindung und mit dem anderen Wicklungsende an einer einseitig an die Masseverbindung 4 angeschlossenen Zündkerze 19. Selbstverständlich kann die Sekundärwicklung 18 auch mit Hilfe eines nicht dargestellten Zündverteilers in einer vorbestimmten Reihenfolge an mehrere Zündkerzen anschließbar sein.

Mit der Primärwicklung 5 und dem Öffnungsschalter 7 ist eine Induktionsspule 20 in Serie geschaltet die einen Kurzschlußschalter 21 im Nebenschluß hat.

Im Beispielsfall nach F i g. 1 ist der Kurzschlußschal· ter 21 ebenfalls ein mechanischer Schalter 22, der — in gleicher Weise wie der Unterbrecherschalter 8 — einen festen Kontakt 23 sowie einen beweglichen Kontakt 24 aufweist Der bewegliche Kontakt 24 befindet sich an dem einen Ende eines Kontaktarmes 25, der entgegen so einer Federkraft c um einen am anderen Ende befindlichen Drehpunkt 26 schwenkbar ist, und zwar dann, wenn an einem etwa in der Mitte des Kontaktarmes 25 angebrachten Gleitstück 27 sich eine der abgerundeten Kanten 14 des Nocken 15 vorbeidreht. Das Gleitstück 27 liegt dem Gleitstück 13 nicht diametral gegenüber, sondern ist in Drehrichtung B um eine Distanz a versetzt.

Die Zündanlage nach F i g. I hat folgende Wirkungsweise: bO

Nach Schließen des Betriebsschalters 2 ist die Zündanlage funktionsbereit Sind Öffnungsschalter 7 und Kurzschlußschalter 21 geschlossen, so wird die Primärwicklung 5 der Zündspule 21 geschlossen, so wird die Primärwicklung 5 der Zündspule 6 vom Strom i>> durchflossen und dort magnetische Energie für den bevorstehenden Zündvorgang gespeichert. Wird im Zündzeitpunkt durch öffnen des Öffnungsschalters 7 der Strom in der Primärwicklung 5 unterbrochen, so entsteht in der Sekundärwicklung 18 eine gedämpfte Hochspannungsschwingung, die einen elektrischen Oberschlag (Zündfunken) an der Zündkerze 19 hervorruft Dabei ist für eine wirksame Entflammung des ϊτι Zylinder der Brennkraftmaschine komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches die erste Halbwelle dieser Hochspannungsschwingung maßgebend. Die erste Halbwelle soll möglichst rasch auf ihren Scheitelwert ansteigen, um einer Behinderung der Zündung durch Ruß oder anderen Ablagerungen an der Zündkerze entgegenzuwirken.

Mit Hilfe eines Oszillographen wurde festgestellt daß, wenn die Induktionsspule 20 nicht vorhanden ist die erste Halbwelle der Hochspannungsschwingung den in Fig.3 mit gestricheltem Linienzug dargestellten Verlauf 28 hat Es ist also zunächst ein steiler Anstieg vorhanden, der aber dann bei der Spannung U\ in eine Abflachung übergeht und schließlich erst relativ spät den Scheitelwert Us erreicht Legt man die Induktionsspule 20 in den Stromkreis der Primärwicklung 5, ohne jedoch dabei besondere Vorkehrungen hinsichtlich ihres Wirkungseinsatzes zu treffen, so erhält die erste Halbwelle der Hochspannungsschwingung den mit strich-punktiertem Linienzug dargestellten Verlauf 29. Es ist hier ein gleichmäßiger Anstieg bis zum Scheitelwert Us vorhanden, der im Vergleich zum Kurvenverlauf 28 früher liegt. Allerdings wird nicht der steile Anstieg erreicht wie das im Anfangsabschnitt des Kurvenverlaufes 28 der Fall ist. Damit nun dieser steile Anfangsabschnitt bis zum Scheitelwert Us fortgesetzt, das heißt, der mit vollem Linienzug dargestellte Kurvenverlauf 30 erreicht wird, ist bei vorliegender Zündanlage im Stromkreis der Primärwicklung 5 eine erhöhte Induktivität dann wirksam, wenn sich die erste Halbwelle der Hochspannungsschwingung dem Scheitelwert U nähert, also beginnend bei oder etwas vor dem Spannungswert U\. Diese erhöhte Induktivität setzt sich dann aus der Induktivität der Primärwicklung 5 und der Induktivität der Induktionsspule 20 zusammen.

Der soeben beschriebene Vorgang ist gemäß F i g. 1 in prinzipieller und einfacher Weise dadurch realisiert, daß durch entsprechende Lage und Justierung des Öffnungsschalters 21 der bewegliche Kontakt 23 erst in bzw. etwas vor dem Zeitpunkt (1 (F i g. 3) von dem festen Kontakt 24 abgehoben wird.

Die Zündanlage nach F i g. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach F i g. 1 dadurch, daß der Zündvorgang elektronisch gesteuert wird, wofür die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme besonders geeignet ist. Soweit hinsichtlich der Wirkung und der schaltungsmäßigen Lage gleiche Schaltungselemente wie in F i g. 1 vorhanden sind, finden hierfür gleiche ßezugszeichen Verwendung. Bei der Ausführung nach F i g. 2 wird der Öffnungsschalter 7 durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 31 und der Kurzschlußschalter 2i durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 32 gebildet. Im Nebenschluß der den Öffnungsschalter 7 bildenden Emitter-Kollektor-Strecke ist zum Schutz gegen Überbeanspruchung die Parallelschaltung eines Kondensators 33 und einer von der Stromquelle 1 in Sperrichtung beanspruchten Zenerdiode 34 vorgesehen.

Beide Transistoren 31, 32 werden durch einen gei.-.einsamen, mit der Brennkraftmaschine gekuppelten Signalgeber 35 gesteuert, der im Beispieisfall ebenfalls ein nockengesteuerter Unterbrecherschalter 36 ist. Der Unterbrecherschalter 36 ist mit einem Anschluß an die

Masseverbindung 4 und mit dem anderen Anschluß über cineh Widerstand 37 an die Versorgungsleitung 3 angeschlossen. Der zwischen Unierbrccherschallcr 36 und Widerstand 37 vorhandene Leilungszug ist über einen Strombegrenzungswiderstand 38 an die Basis eines Steuertransistors 39 angeschlossen, der mit seinem (Imitier an der Masseverbindung 4 und mit seinem Kollektor über einen Kollektorwiderstand 40 an der Versorgungsleitung 3 liegt. Außerdem ist dieser Kollektor über die Serienschaltung eines Widerstandes 41 und einer Blockierdiode 42 an die Basis des Transistors 32 und über einen Strombegrenzungswiderstand 43 an die Basis des Transistors 31 angeschlossen. Die Basis des Transistors 31 liegt noch über einem die Schaltschwclle bestimmenden Widerstand 44 an der Masseverbindung 4.

Um den an seiner Emitter-Kollektor-Strecke den Kurzschlußschalter 21 bildenden Transistor 32 einfach und sicher im geeigneten Zeitpunkt umsteuern zu können, steht dieser Transistor 32 an seiner Basis über ein mit gestricheltem Linienzug angedeutetes Zeitschaltglied 45 mit dem zwischen Unterbrecherschalter 36 und Widerstand 37 vorhandenen Leitungszug in Verbindung. Als Zeitschaltglied 45 findet im bevorzugten Fall ein monostabiler Multivibrator 46 Verwendung, der mit einem Eingangstransistor 47 und einem Ausgangstransistor 48 bestückt ist. Der Eingangstransistor 47 ist an seiner Basis über einen Strombegrenzungswiderstand 49 mit dem zwischen Unterbrecherschalter 36 und Widerstand 37 vorhandenen Leitungszug verbunden, während der Emitter an der Masseverbindung 4 und der Kollektor über einen Kollektorwiderstand 50 an der Versorgungsleitung 3 liegt. Außerdem ist der Kollektor des Eingangstransistors 47 an dem einen Anschluß eines Kondensators 51 angeschlossen, dessen anderer Anschluß an der Basis des Ausgangstransistors 48 und über einen Widerstand 52 an der Versorgungsleitung 3 liegt. Der mit seinem Emitter an der Masseverbindung 4 liegende Ausgangstransistor 48 ist an seinem Kollektor über einen Kollektorvorwiderstand 53 mit der Versorgungsleitung 3 und über eine Blockierdiode 54 mit der Basis des Transistors 32 verbunden.

Die Zündanlage nach F i g. 2 hat folgende Wirkungsweise:

Bei geschlossenem Betriebsschalter 2 und ebenfalls geschlossenem Unterbrecherschalter 36 fließt sowohl am Steuertransistor 39 als auch am Eingangstransistor 47 kein Steuerstrom über die Basis-Emitter-Strecke. Die Emitter-Kollektor-Strecke des Steuertransistors 39 so befindet sich also im stromsperrenden Schaltzustand, so daß über die Widerstände 40, 43 der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 31 Steuerstrom zugeführt wird. Die den Öffnungsschalter 7 bildende Emitter-Kollektor-Strecke befindet sich somit im stromdurchlassenden Schaltzustand, wodurch der Stromkreis der Primärwicklung 5 geschlossen ist und in der Zündspule 6 Energie für die bevorstehende Zündung gespeichert wird.

Gleichzeitig wird auch ein SteuerstromfluB über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 32 geführt, der <><> über die Schaltungselemente 2, 3, 40, 41, 42, 5, 7 und 4 verläuft und für den stromdurchlassenden Schaltzustand an der den Kurzschlußschalter 21 bildenden Emitter-Kollektor-Strecke sorgt Die Speicherung der Zündenergie wird daher nicht durch die Induktionsspule 20 ··? abgeschwächt.

Der Ausgangstransistor 48 ist an seiner Basis-Emitter-Strecke ebenfalls über den Widerstand 52 mit Steuerstrom beaufschlagt und somit an seiner Kmitlcr-Kollektor-Strecke leitend, was aber infolge der Blockicrdiode 54 keine Wirkung verursacht.

Wird nun im Zündzeitpunkt der Unterbrecherschallcr 36 geöffnet, so erhalten der Stcucrtransistor 39 und der Eingangstransistor 47 an ihrer Basis-Emilter-Strcckc Steuerstrom, so daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Stcuertransistors 39 und des Eingangstransistors 47 in den stromdurchlasscnden Schaltzustand gelangt. Der Steuerstrom über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 31 wird daher unterbunden, so daß die den üffnungsschalter 7 bildende Emiuer-Kollekior-Slreckc in den stromsperrenden Schaltzustand gelangt und den über die Primärwicklung 5 geführten Strom unterbricht. Abhängig davon wird in der Sekundärwicklung 18 die gedämpfte Hochspannungsschwingung erzeugt, die an der Kerze 19 den elektrischen Überschlag hervorruft. Dabei bleibt bei der Erzeugung der ersten Halbwolle die den Kurzschlußschalter 21 bildende Emitter-Kolleklor-Strecke noch leitend und die Induktionsspule 20 noch kurzgeschlossen, bis «Biese Spannungswelle mindestens nahezu den Spannungswert IA (Fig.3) erreicht hat. Dies ist dadurch realisiert, daß die mit Öffnen des Unterbrecherschalters 36 leitend gewordene Emitter-Kollektor-Strecke des Eingangstransistors 47 eine Umladung des Kondensators 51 über den Widerstand 52 bewirkt, wodurch am Ausgangstransistor 48 der Basis die Vorspannung entzogen und die Emitter-Kollektor-Strecke in den stromsperrenden Schaltzustand gesteuert wird. Demzufolge wird der Transistor 32 an seiner Basis über den Widerstand 53 und die Diode 54 weiterhin positiv vorgespannt und an seiner den Kurzschlußschalter 21 bildenden Emitter-Kollektor-Strecke leitend gehalten. Im Zeitpunkt /1 (Fig.3) isi dann die Umladung des Kondensators 51 so weil fortgeschritten, daß der Ausgangstransistor 48 an seiner Emitter-Kollektor-Strecke wieder leitend wird, was einen Entzug der positiven Vorspannung an der Basis des Transistors 32 und den Übergang der den Kurzschlußschalter 21 bildenden Emitter-Kollektor-Strecke in den stromsperrenden Schaltzustand zur Folge hat. Durch Zuschalten der Induktionsspule 20 ir den Stromkreis der Primärwicklung 5 erhält auch hier die erste Halbwelle der gedämpften Hochspannungsschwingung den besonders wirksamen Kurvenverlaul 30(F ig. 3).

Durch die zwischen Versorgungsleitung 3 und Basi« des Transistors 32 vorhandene, über die Schaltungselemente 40, 41, 42 verlaufende Verbindung ist sichergestellt, daß mit Schließen des Unterbrecherschalters 3f und daher mit dem Übergang der Emitter-Kollektor-Strecke des Steuertransistors 39 in den stromdurchlassenden Schaltzustand der Kurzschlußschalter 21 gleich zeitig mit dem Öffnungsschalter 7 in den stromdurchlas senden Schaltzustand übergeht wodurch der Stroman stieg in der Primärwicklung 5 durch die Induktionsspule 20 nicht behindert wird. Wäre das nicht der Fall, se würde bei höheren Drehzahlen die Zündenergie nich mehr für einen wirkungsvollen Zündfunken ausreichen.

Selbstverständlich kann im Beispielsfall nach Fig.ί der Signalgeber auch ein optischer Signalgeber, ein mi einem magnetfeldabhängigen Schaltungselement z-B mit einer Feldplatte, versehener Geber oder ein nacl Art eines Wcchselstromgenerators arbeitender Gebei sein, wobei es in einem solchen Fall zweckmäßig seil wird, zum Zwecke der Auslösung des Zündvorgange: dem Geber einen Schwellwertschalter, z. B. eine« Schmitt-Trigger, und/oder eine nach Art eines monosta

bilen Multivibrators arbeitende Kippschaltung nachzuschalten.

Die Induktionsspule 20 kann eisenlos ausgeführt sein. Im bevorzugten Fall wird sie jedoch einen Eisenkern haben, der Topf-, Stab- oder Mantelform aufweisen kann. Da diese Spule 20 nicht allzu große Abmessungen aufweist, kann sie mit der Zündspule 6 baulich vereinigt werden, indem man sie beispielsweise anstelle des

üblichen Isolationssteines einsetzt. Denkbar wäre aber auch die Unterbringung der Induktionsspule 20 in dem bei transistorisierten Zündanlagen vorhandenen Schaltgerät, das aus wenigstens einer von einem Gehäuse umgebenen, die Schaltungselemente aufnehmenden Leiterplatte besteht, die gleichzeitig Träger dieser Spule 20 sein könnte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Zündanlage mit einer zur Speicherung der Zündenergie dienenden Zündspule, deren Primärwicklung in einem Stromkreis liegt, der im Zündzeitpunkt durch einen Öffnungsschalter unterbrochen wird, und deren Sekundärwicklung in Abhängigkeit davon eine gedämpfte Hochspannungsschwingung für den elektrischen Oberschlag an einer Zündkerze zur Verfugung stellt, wobei im Stromkreis der Primärwicklung zu bestimmten Zeiten eine erhöhte Induktivität wirksam ist und sich diese erhöhte Induktivität aus der Induktivität der Primärwicklung und der Induktivität einer in Serie zu der Primärwicklung sowie dem Öffnungsschalter liegenden Induktionsspule zusammensetzt und wobei außerdem der Induktionsspule ein Kurzschlußschalter parallelgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (20) lediglich mit der Primärwicklung (5) galvanisch verbunden, nicht aber induktiv gekoppelt ist. und daß ferner die erhöhte Induktivität dann wirksam ist, wenn sich die erste Halbwelle der gedämpften Hochspannungsschwingung ihrem Scheitelwert (Us) nähert, indem nämlich der Kurzschlußschalter (21) gegenüber dem Öffnungsschalter (7) eine spätere Umsteuerung in dem stromsperrenden Schaltzustand aufweist.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsschalter (7) ein herkömmlicher Unterbrecherschalter (8) ist, der sich von einem durch die Brennkraftmaschine in Rotation versetzbaren Nocken (15) öffnen und schließen läßt, und daß der Kurzschlußschalter (21) ebenfalls ein mechanischer Schalter (22) ist, dessen Umsteuerung durch diesen Nocken (15) erfolgt

3. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsschalter (7) durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (31) und der Kurzschlußschalter (21) ebenfalls durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (32) gebildet ist, wobei beide Transistoren (31,32) einen gemeinsamen, mit der Brennkraftmaschine gekuppelten Steuersignalgeber (35) haben.

4. Zündanlage nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuersignalgeber (35) und dem an seiner Emitter- Kollektor-Strekke den Kurzschlußschalter (21) bildenden Transistor (32) ein Zeitschaltglied (45), vorzugsweise ein monostabiler Multivibrator (46), vorgesehen ist und daß dieses Zeitschaltglied (45) nach Auslösung des Zündvorganges noch vorübergehend dem stromdurchlassenden Schaltzustand an der den Kurzschlußschalter (21) bildenden Emitter-Kollektor-Strecke aufrechterhält.

5. Zündanlage nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsteuerung der den Kurzschlußschalter (21) bildenden Emitter-Kollektor-Strecke in den st.omdurchlassenden Schattzustand spätestens zu dem Zeitpunkt gewählt ist, indem die den Öffnungsschalter (7) bildende Emitter-Kollektor-Strecke in ihrem stromdurchlassenden Schaltzustand übergeht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündanlage mit einer zur Speicherung der Zündenergie dienenden Zündspule, deren Primärwicklung in einem Stromkreis liegt der im Zündzeitpunkt durch einen öffnungsschalter unterbrochen wird, und deren Sekundärwicklung in Abhängigkeit davon eine gedämpfte Hochspannungsschwingung für den elektrischen Oberschlag an einer Zündkerze zur Verfügung stellt, wobei im Stromkreis der Primärwicklung zu bestimmten Zeiten eine erhöhte Induktivität wirksam ist und sich diese erhöhte Induktivität aus der Induktivität der Primärwicklung und der Induktivität einer in Serie zu der Primärwicklung sowie dem Öffnungsschalter liegenden Induktionsspule zusammensetzt und wobei außerdem der Induk-

ls tionsspule ein Kurzschlußschalter parallel geschaltet ist

Es ist (nach der US-PS 32 93 492) eine Zündanlage der

vorerwähnten Art bekannt bei der die Induktionsspule in Form einer Zusatzwicklung durch einen dem

Kurzschiußschalter entsprechenden Startschalter in den

Stromkreis der Primärwicklung eingeschaltet wird, so daß diese Zusatzwicklung während des gesamten Startvorganges ständig in den Stromkreis der Primärwicklung wirksam ist Bei dieser Zündanlage wird daher mit Hilfe dieser Zusatzwicklung lediglich dafür gesorgt daß auch während des Startvorganges, während dem die Speisespannung relativ stark abfällt, noch eine wirksame Zündung vorhanden ist Dieser Zündanlage haftet — wie auch allen anderen bekannten Spulenzündanlagen — der Nachteil an, daß die erste Halbwelle der gedämpften (Zünd-) Hochspannungsschwingung nicht immer rasch genug auf ihren Scheitelwert ansteigt und somit die Entflammung des im Zylinder der Brennkraftmaschine komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches dann unsicher wird, wenn Ruß oder andere Ablagerun gen an der Zündkerze einen relativ niedrigen Neben schlußwiderstand bilden. Außerdem ist bei der bekannten Ausführung die Zusatzwicklung mit der Primärwicklung und der Sekundärwicklung induktiv gekoppelt, was bedeutet, daß sie baulicher Bestandteil der Zündspule sein muß. Da nun das Gehäuse einer normalen

Zündspule durch die zugehörigen Bauelemente optimal

ausgefüllt ist, bringt hier die Unterbringung der

Zusatzwicklung Schwierigkeiten mit sich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Zündanlage der

<5 eingangs erwähnten Art zu schaffen und dabei die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Induktionsspule lediglich mit der Primärwicklung galvanisch verbunden, nicht aber induktiv gekop- pelt ist, und daß ferner die erhöhte Induktivität dann wirksam ist wenn sich die erste Halbwelle der gedämpften Hochspannungsschwingung ihrem Scheitelwert nähert, indem nämlich der Kurzschlußschalter gegenüber dem Öffnungsschalter eine spätere Um steuerung in den stromsperrenden Schaltzustand aufweist.

Die Erfindung weiter ausbildende Einzelheiten und Merkmale werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

W) Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Zündanlage, bei welcher der die Primärwicklung der Zündspule enthaltende Stromkreis durch einen mechanischen Schalter unterbrochen wird,

hi F i g. 2 eine erfindungsgemäße Zündanlage, bei welcher der die Primärwicklung der Zündspule enthaltende Stromkreis durch einen elektronischen Schalter unterbrochen wird.