DE2505649A1

DE2505649A1 - Zuendanordnung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2505649A1
Application number: DE19752505649
Authority: DE
Inventors: Yasunori Mori
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-02-12
Filing date: 1975-02-11
Publication date: 1975-09-04
Also published as: DE2505649B2; US4019484A; DE2505649C3

Description

Patentanwälte DIpl.-lng. R. B E ETZ sen. Dipl.-lng. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. B E E T Z Jr.

8 München 22, steinsdorfstr. 10 Tel. (O89) 2272OI /227244/295910

Telegr. Allpatent München Telex 522048

81-23.772P

11. 2. 1975

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Zündanordnung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündanordnung für eine Brennkraftmaschine, und insbesondere auf eine Zündanordnung mit einem Regelglied, das die Zeitdauer konstant hält, während der der Primärstrom in der Zündspule fließt.

Gewöhnlich muß ein Strom vorbestimmter Stärke in die Primärwicklung der Zündspule gespeist werden, damit eine ausreichende Zündspannung ari der Zündkerze einer Brennkraftmaschine liegt. Wenn der Primärstrom größer ist als der Strom, der zur Anlegung einer ausreichenden Zündspannung erforderlich ist, oder wenn der Strom Inder

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Primärwicklung unnötig lang fließt, wird eine beträchtliche Menge des von der Stromquelle für die Zündspannung eingespeisten Stromes verloren. Daher muß die Zeit, während der der Primärstrom fließt, auf einen Festwert eingeregelt werden. Bei einer herkömmlichen Zündanordnung dieser Art wird ein Anwachsen des Stromes im Leistungstransistor in der letzten Stufe zum Leiten und Abschalten des Primärstromes behindert, während er gleichzeitig durch Gegenkopplung einer gewissen Regelung in der Zeit unterliegt, in der der Strom in der Primärwicklung fließt. Genauer ausgedrückt: Eine derartige Anordnung bewirkt keine Regelung, durch die die Zeit, in der der Primärstrom fließt, konstant gehalten wird, und bei ihr ist ein Regeln des Stromes um dessen Anwachsen zu verhindern, sowie eine Lösung der Schwierigkeiten erforderlich, die auf der im Leistungstransistor in der letzten Stufe erzeugten Wärme beruhen.

Wenn die Stromflußzeit genau konstant geregelt würde, wären überhaupt keine anderen Regelanordnungen erforderlich, wodurch es möglich wäre, eine sehr günstige Zündanordnung zu erhalten, die nur sehr wenig Wärme erzeugt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die oben erwähnten Nachteile der herkömmlichen Zündanordnungen zu vermeiden und eine Zündanordnung für eine Brennkraftmaschine anzugeben, bei der die Durchflußzeit des Primärstromes in der Zündspule zum Zünden der Maschine unabhängig von deren Drehzahl auf einen Festwert regelbar ist. dabei soll die

Verzögerungszeit zwischen einem Zündsignal von einer Sondenspule und einem Ist-Zündfunken kürzer sein.

Erfindungsgemäß ist eine Zündanordnung vorgesehen, die aufweist: eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signales (Erregungszeitsignal-Gene-

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rator), das die Zeit darstellt, während der der Strom in der Zündspule fließt, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bezugsoder Pührungszeitsignales entsprechend einer optimalen Durchflußzeit des Primärstromes und eine Einrichtung zur Erfassung des Unterschiedes zwischen dem Erregungszeitsignal und dem Führungszeitsignal und zur Gegenkopplung von deren Unterschied in den Erregungszeitsignal-Generator. Weiterhin zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß ein Zündsignal von einer Sondenspule durch ein Bauelement mit hoher Eingangsimpedanz, z. B. einen Operationsverstärker, empfangen wird. Gewöhnlich hat eine Sondenspule einen großen Blindwiderstand, da die Windungszahl erhöht ist, um die Zündsignal-Spannung der Sondenspule, insbesondere bei niedriger Drehzahl der Maschine, zu steigern. Daher eilt der in der Sondenspule fließende Strom der Spannung aufgrund des Blindwiderstandes der Sondenspule nach, und die Ist-Funkeneinstellung eilt ebenfalls der Soll-Einstellung nach. Eine derartige Verzögerung kann verringert werden, indem die Eingangsimpedanz des Bauelements, wie z. B. eines Vergleichers, das das Zündsignal von der Sondenspule empfängt, erhöht wird.

Die Erfindung sieht also eine Zündanordnung für eine Brennkraftmaschine vor, bei der die Erregungszeit der Primärwicklung der Zündspule unabhängig von der Drehzahl der Maschine konstant gehalten wird, wobei die Maschine mit einem Führungszeitsignal-Generator ausgestattet ist. Das durch den FÜhrungszeitsignal-Generator erzeugte Führungszeitsignal wird mit einer Ist-Erregungszeit verglichen, und deren Unterschied wird zum Erregungszeitsignal-Generator gegengekoppelt, wodurch die Erregungszeit so geregelt wird, daß sie immer in der Nähe der Führungs- oder Ist- oder Bezugszeit ist.

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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. I ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebes des in der Fig. 2 dargestellten Schaltbildes,

Fig. 4 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

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Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des in der Fig. 4 dargestellten Schaltbildes, und

Fig. 6 ein Schaltbildeines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung . .-".;"".

In der Fig. 1, die ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt, sind vorgesehen: eine Einrichtung 1, die synchron mit der Maschine angesteuert ist, um ein Zündstartsignal zu erzeugen, ein Erregungszeitsignal-Generator 2 zur Erzeugung eines Erregungszeitsignales synchron mit dem Ausgangssignal des Startsignal-Generators 1 und ein Verstärker 3, dufch den das Ausgangssignal vom Erregungszeitsignal-Generator 2 zu den Zündspulen 4 übertragen wird.

Weiterhin sind vorgesehen ein Führungszeitsignal-Generator 5 zur Erzeugung eines Führung szeitsignales synchron mit dein Ausgangssignal des Erregungszeitsignal-Generators. Ein Zeitdifferenz-Detektor 6 vergleicht das Ausgangssignal des Erregungszeitsignal-Generators 2 mit dem Ausgangssignal des Führungszeitsignal-Generators 5 und erfaßt so die Differenz dazwischen. Die der durch den Zeitdifferenz-Detektor 6 erfaßten Zeit entsprechende Spannung wird durch einen Zeit-

■ - - J

differenz-Spannungs-Umwandler oder -Umsetzer 7 erzeugt, dessen Ausgang zum Erregungszeitsignal-Generator 2 gegengekoppelt ist.

Die Erregungszeit der Zündspulen 4 wird im wesentlichen unabhängig von der Maschinendrehzahl konstant gehalten, da sie immer so geregelt ist, daß sie in der Nähe des Zeit-Ausgangssignales des Führungszeitsignal-Generators 5 ist.

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Ein genaueres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 2 erläutert. In dieser Figur ist eine Sondenspule 10 zur Erzeugung eines Wechselstromsignales vorgesehen, deren Ausgangssignal am Eingangsanschluß eines Vergleichers 20 über einen Widerstand R und einen Kondensator C liegt. Weiterhin ist eine Diode D vorgesehen. Eine Parallelschaltung aus einem Widerstand R und einem Kondensator C bildet den Zeitdifferenzsignal-Spannungs-Umsetzer 7 zur Erzeugung einer Führungsspannung für den Vergleicher 20. Der Führungszeitsignal-Generator 5 hat einen Vergleicher 50 und ein Konstantzeitglied mit einem Widerstand R und einem Kondensator C . Der Vergleicher 50

j 1 O

vergleicht die Kathodenspannung der Diode D mit der Spannung am Teilungspunkt zwischen Widerständen R und R , wobei Widerstände

Oa O O

R__o und R_„ vorgesehen sind. Ein NOR-Glied aus Widerständen R^₁, R,„ 52 53 61 o2

und R.„ sowie ein Vergleicher 60 bilden den Zeitdifferenz-Detektor 6,

OO

dessen Ausgangssignal über die Diode D_ft am Zeitdifferenz-Spannungs-Umsetzer 7 liegt.

Der Ausgangsanschluß des Vergleichers 20 ist mit dem Widerstand R^ des NOR-Gliedes und mit dem Vergleicher 30 des Verstärkers 3

verbunden. Der Ausgangsanschluß des Vergleichers 30 ist mit der Basis eines Verstärker-Transistors 31 verbunden, dessen Kollektor seinerseits an die Basis eines Darlington-Gliedes 32 angeschlossen ist, das in Reihe mit der Primärwicklung 40 der Zündspule 4 liegt, während mit dem Bezugszeichen 8 eine Zündkerze versehen ist.

Der Betrieb dieser Schaltung wird weiter unten näher erläutert.

In der Fig. 3, die das Ausgangssignal V der Sondenspule 10 zeigt,

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-Ja -

wird der Zündzeitpunkt auf einem Punkt der Kurve mit einem steilen negativen Gradienten ausgewählt. Indem die Zeitkonstante, die auf dem Widerstand R und dem Kondensator C beruht, auf einen größeren Wert als die Zündfrequenz eingestellt wird, wird der Kondensator C. über die Diode D während der negativen Halbperiode der Detektor-Ausgangsspannung aufgeladen und entsprechend der Zeitkonstanten aufgrund des Widerstandes R und des Kondensators C gehalten, mit dem Ergebnis, daß sich das Eingangssignal V parallel in das Signal V (Fig. 3) ändert, das von Null ansteigt. Ein Führungssignal V\ für den Vergleicher 20, das auf der Rückkopplung von der folgenden Stufe beruht, wird mit der Eingangsspannung V₀ im Vergleicher 20 verglichen-Wenn V größer als V, ist, wird das Ausgangssignal V des Vergleichers 20 Null, während V gleich zur Quellenspannung V„ ist, wenn V kleiner als V_A ist. Mit anderen Worten: Es wird die in der Fig. 3 dargestellte Signalform V erhalten. Die Erfindung zielt darauf ab, daß die Führungsspannung V, des Vergleichers 20 automatisch so erzeugt

wird, daß die Zeitdauer t, während der die Spannung V· Null ist, insbesondere die Zeitdauer, während der ein Strom i in der Zündspule fließt, konstant ist. Unter dieser Bedingung wird die Kathodenspannung der Diode allgemein höher, und deshalb ist die Ausgangsspannung V des Vergleichers 50 Null. Wenn die Ausgangs spannung V des Vergleichers 20 von einem positiven Wert auf Null abfällt, bewirkt das Konstantzeitglied aus dem Widerstand R und dem Kondensator C , daß das Ausgangssignal des Vergleichers 50 von Null auf einen positiven Wert so ansteigt, wie dies durch das Signal V in der Fig. 3 dargestellt ist. Eine so erzeugte feste Zeitdauer wird als bereits beschriebene Führungszeit V verwendet. Wenn das Signal V für die Führungszeit und das Ausgangssignal V des Vergleichers 20 in das NOR-Glied des Zeitdifferenz-

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Detektors 6 eingespeist werden, wird ein Ausgangssignal V lediglich während der Zeitdauer positiv, die der Differenz zwischen der Führungszeit und der Zeit entspricht, während der das Ausgangssignal V des Vergleichers 20 Null ist, wie dies durch das Signal V in der Fig. 3 dargestellt ist.

Wenn die Ausgangs spannung V_ des Vergleichers 20 positiv ist, wird der Kondensator C_ über einen Widerstand R.„ und eine Diode D,

<L ld, O

aufgeladen, wobei die Ladungsmenge proportional zu der Zeitdauer ist, während der die Ausgangsspannung V positiv ist. Der Kondensator C wird bei einer vorbestimmten Zeitkonstanten mittels des Widerstandes

R_n entladen, der parallel angeschlossen ist, so daß die Spannung V Δ . ο

mit wachsender Abweichung von der Führungszeit steigt. Als Ergebnis wird die Ausgangsspannung V des Vergleichers 20 für eine kürzere Zeitdauer Null gehalten, wodurch die Abweichung durch Gegenkopplungsregelung möglichst klein gemacht wird. Das so geregelte Signal V wird zur Verstärkung in den Vergleicher 30 eingespeist und weiter im Transistor 31 verstärkt. Das Ausgangs signal des Transistors 31 wird in die Basis eines Schalt-Leistungstransistors 32 eingespeist, so daß dieser in Übereinstimmung mit dem Signal V betätigt wird, wodurch ein Strom i in die Primärwicklung 40 der Zündspule 4 eingespeist wird. Eine Hochspannung V wird auf der Sekundärseite der Zündspule 4 im Abschaltzeitpunkt des Transistors 32 erzeugt, wodurch ein Funken in der Zündkerze 8 erzeugt wird.

Entsprechend dem oben erläuterten Schaltbild wird die Durchflußzeit des zu der Zündspule gespeisten Stromes unabhängig von der Maschinendrehzahl konstant gehalten, und daher wird ein Stromverlust in

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ν-

der Zündspule vermieden, wodurch die durch die Anordnung insgesamt erzeugte Wärme möglichst klein gemacht wird. Da kein Stromverlust im Schalt-Leistungstransistor auftritt, brauchen keine besonderen Einrichtungen gegen die erzeugte Wärme vorgesehen werden, wodurch es möglich ist, einen Transistor mit geringstem Aufwand zu verwenden. Weiterhin kann ein Strombegrenzer-Widerstand, der sonst in Reihe mit der Zündspule vorgesehen sein muß, weggelassen werden. Da schließlich der Stromverbrauch proportional zur Maschinendrehzahl ist, kann ein erhöhter Wirkungsgrad bei niedriger Drehzahl im Vergleich mit einer herkömmlichen Anordnung ohne Regler erhalten werden.

Obwohl sich die obigen Erläuterungen auf ein Ausführungsbeispiel beziehen, bei dem die Quellenspannung als konstant angenommen wird, so ist diese bei Brennkraftmaschinen doch Schwankungen unterworfen. Es sollen bezeichnet werden: mit L die Induktivität der Zündspule, mit R deren Widerstand und mit V die Quellenspannung. Dann kann der Primärstrom I der Zündspule durch die folgende Gleichung angegeben werden:

ν ' -^t

Es muß deshalb die Führungszeit unter Beachtung von Änderungen der Quellenspannung geregelt werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit derartigen Regeleigenschaften ist in der Fig. 4 dargestellt. Ein wesentliches Merkmal des betrachteten Ausführungsbeispiels liegt darin, daß der Führungszeit-Generator 5 mit dem Vergleicher 50, den Widerständen R bis R₅, den Dioden D und D und einer Z-Diode (Zenerdiode) ZD ein Ausgangssignal erzeugt, das sich mit der Quel-

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— Jf —

lenspannung V ändert. Das Diagramm der Fig. 5 zeigt die Spannungssignale V bis V , die an verschiedenen Punkten der erwähnten

X V/ X O

Schaltung auftreten.

Wenn sich bei dem Führungs zeit-Generator 5 der Fig. 4 die Spannung V von V_ nach Null ändert, so ändert sich die Spannung V

Xv/ V_-. . X X

von V + V nach V , wobei V die Spannung an der Z-Diode ZD Zj rU cLj Z 5

und V den Spannungsabfall in Durchlaßrichtung an der Diode D be-

rJJ b

deuten.

Danach wächst die Spannung V nach einem Abfall in Stufenform

von V + V nach V mit einem Gradienten an, der durch die Zeit Z FD I'D

konstante des Widerstandes R „ und des Kondensators C bestimmt ist

Wenn diese Spannung die Zener-Spannung V überschreitet, wird der

Zt

Vergleicher 50 umgekehrt, und er erzeugt eine Spannung mit einer Zeitdauer t wie die Spannung V . Die Beziehung zwischen den oben erwähnten Spannungen ist gegeben durch:

C R

Da V ^ V gilt, kann die Gleichung (2) auch ausgedrückt wer-C- FD

den durch:

v_z = v_c (1-6 ^{b 52} ) (3)

Die Gleichungen (l) und (3), die ähnliche Formen besitzen, stimmen ganz überein, wenn die Schaltungskonstanten so bestimmt sindj daß

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sie die Gleichungen (4) erfüllen (vgl. unten). Als Ergebnis wächst die Führungszeit t mit abfallender Quellenspannung V an, und umgekehrt, wodurch der Primär-Abschaltstrom I^ konstant gehalten wird.

^VZ -

^L/R - ^C5 ^R52

Die Gleichung (4) muß jedoch nicht genau erfüllt sein. Zur Verwirklichung der oben erwähnten Regelung wird das im Führungszeitsignal-Generator erzeugte Führungszeitsignal, wie oben erwähnt, in den Eingang des Spannungsvergleichers 20 wie bei einer herkömmlichen Anordnung eingespeist und mit der Durchflußzeit des .Primärstromes in der Zündspule verglichen, die durch die Sondenspule 10 erfaßt und geregelt wird. Das Ausgangs signal des Vergleichers 20 wird in das Darlington-Glied 32, das einen Leistungstransistor bildet, über den Vergleicher 30 und· den Transistor 31 eingespeist, wodurch die Durchflußzeit des Primärstromes in der Zündspule 4 geregelt wird.

Auf diese Weise ist es möglich, einen konstanten Primär-Abschaltstrom zu erzeugen, so daß eine gegenüber Änderungen in der Quellenspannung im wesentlichen konstante Spannung und Energie auf der Sekundärseite der Zündspule 4 erzeugt werden kann.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 6 gezeigt. Das Ausgangssignal des Vergleichers 20 des Erregungszeitsignal-Generators 2 wird über eine Diode D zum Eingang des Vergleichers

des Zeitdifferenz-Detektors 6 gespeist, während das Ausgangs signal des

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-M-

Vergleichers 50 des Führungszeit-Generators 5 in den Eingangsanschluß des Vergleichers 60 des Zeitdifferenz-Detektors 60 über einen Kondensator C und einen Widerstand R eingespeist wird.

Das Ausgangssignal des Zeitdifferenz-Detektors 6 liegt über einen Kondensator C, am Zeitdifferenz-Spannungs-Umwandler, wodurch es in ein Signal umgewandelt wird, das der Größe der Zeitdifferenz entspricht.

Der Vergleicher 30 des Vergleichergliedes 3 bildet eine logische Summe aus dem Ausgangssignal des Vergleichers 50 und dem Ausgangssignal des Vergleichers 60. Dies ist gleichwertig zur direkten Einspeisung des Ausgangssignales des Vergleichers 20 in den Eingang des Vergleichers 30, mit der Ausnahme, daß bei einer Regelanordnung, bei der das Ausgangssignal des Vergleichers 20 direkt in den Vergleicher 30 eingespeist wird, das Ausgangssignal des Vergleichers 20 selbst dann konstant erzeugt wird, wenn die Maschine mit fließendem Primärstrom anhält, was oft zu einem Energieverlust in der Primärspule führt. Im Gegensatz zu einer derartigen herkömmlichen Anordnung treten die Vergleicher 50 und 60 nach dem Anhalten der Maschine in einen stabilen Zustand ein, und es wird von ihnen kein Ausgangssignal erzeugt, mit dem Ergebnis, daß kein Strom in der Primärwicklung fließt, unabhängig davon, ob ein Ausgangssignal vom Vergleicher 20 erzeugt oder nicht erzeugt wird.

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Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 2, 4 und 6 wird das Zündsignal von der Sondenspule 10 zum Eingangsanschluß des einen Operationsverstärker aufweisenden Vergleichers 20 gespeist. Der Vergleicher 20 hat eine große Eingangsimpedanz, und der für den Betrieb erforderliche Eingangsstrom ist sehr klein. Insbesondere kann der Vergleicher 20 als Bauelement betrachtet werden, das auf die Spannung der Sondenspule 10 anspricht. Wenn die Verzögerung des in der Sondenspule 10 fließenden Stromes zu deren Spannung aufgrund des hohen Blindwiderstandes der Sondenspule zu groß wird, wird diese Verzögerung durch Verwendung des Operationsverstärkers als Vergleicher ausgeschlossen.

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Claims

Patentansprüche

1./ Zündanordnung für Brennkraftmaschine zur Regelung der Erregung der Zündspulen-Primärwicklung durch Erzeugung eines Erregungssignales aus einem synchron mit der Brennkraftmaschinen-Drehzahl erzeugten Signal,

gekennzeichnet durch

einen Führungszeitsignal-Generator (5) zur Erzeugung eines vorbestimmten Führungszeitsignales synchron zum Erregungssignal, wobei die Zeitdifferenz zwischen dem Führungszeitsignal und dem Erregungssignal zu einem Erregungssignal-Generator (2) gegengekoppelt ist, um die Zeitdifferenz zwischen dem Erregungssignal und dem Führungszeitsignal möglichst klein zu machen.

2. Zündanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Signal-Generator zur Erzeugung eines Signales synchron zur Brennkraftmaschinen-Drehzahl, einen Führungsspannungs-Generator zur Erzeugung einer Führungsspannung, wobei der Erregungssignal-Generator (2) ein Signal erzeugt, das die Erregungszeit der Zündspule durch Vergleich des Ausgangssignales des Signal-Generators mit dem Ausgangssignal des Bezugsspannungs-Generators festlegt, und wobei der Führungszeitsignal-Generator (5) das Führungszeitsignal synchron zum vom Erregungssignal-Generator (2) erzeugten Signal erzeugt,

einen Zeitdifferenz-Detektor (6) zur Ermittlung der Zeitdifferenz zwischen der Dauer des Ausgangssignales des Führungszeitsignal-Genera-

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tors (5) und der Zeitdauer des Ausgangssignales des Erregungssignal-Generators (2), und

eine Einrichtung (7) zur Änderung der Führungsspannung des Führungsspannung s-Generators entsprechend der Größe der Ausgangsspannung des Zeitdifferenz-Detektors (6).

3. Zündanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszeitsignal-Generator (5) ein Glied zur Änderung der Zeitdauer des Führungszeitsignales entsprechend der Größe der Quellenspannung aufweist,

4. Zündanordnung für Brennkraftmaschine, mit einer Gleichstromquelle, mit einer Zündspule einschließlich einer Primärwicklung, mit einer Sondenspule zur Erzeugung eines Wechselstrom-Zündsignales in Takt zur Maschinen-Drehzahl, mit einem Führungsspannungsgenerator, mit einem Vergleicher, der das Zündsignal von der Sondenspule mit der Führungsspannung vergleicht, mit einem Schalt-Transistor, der einen in die Primärwicklung der Zündspule von der Gleichstromquelle fließenden Strom leitet oder sperrt, und mit einer Einrichtung, die auf das Ausgangssignal des Vergleichers anspricht und den Schalt-Transistor betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (20) einen mit dem Zündsignal und der Führungsspannung beaufschlagten Operationsverstärker hat.

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