DE2606890A1 - Hochleistungszuendanlage, insbesondere fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Hochleistungszuendanlage, insbesondere fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
6.2.1976 Ve/Hm
Anlage zur
Patentanmeldung
Patentanmeldung
ROBERT BOSCH GMBH5 7OOQ STUTTGART 1
Die Erfindung betrifft eine HochleistungsZündanlage, insbesondere
für Brennkraftmaschinen, zur Erzeugung von energiereichen Entladungsfunken in Zündstrecken,, vorzugsweise
Zündkerzen, mit einem Hochspannuhgsteil, der Zündimpulse
hoher Spannung liefert und mit einem Leistungsteil, der einen hohen Zündstrom liefert.
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•C.
HochleistungsZündanlagen sind bekannt, bei denen zur Erzielung
eines hohen Funkenstroms ein Hochspannungsteil die Zündung in einer Funkenstrecke (z.B. Zündkerze) auslöst
und danach ein Leistungsteil einen Funkenstrom nachschiebt. Diese bekannten Zündanlagen sind jedoch sehr
aufwendig und der Hochspannungs- und Leistungsteil schwierig aufeinander abzustimmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochleistungszündanlage
mit einem Hochspannungsteil und einem Leistungsteil zu entwickeln, die einfach und billig im
Aufbau ist, gut abzustimmen ist und z.B. nur eine einzige Sekundärwicklung einer Zündspule benötigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine von Zündauslösesignalen gesteuerte Schaltstufe vorgesehen
ist, die in den Primärstromkreis einer Zündspule geschaltet
ist, daß die Sekundärwicklung der Zündspule in zwei Wicklungsbereiche aufgeteilt ist, daß der erste Wicklungsbereich mit vielen Windungen zur Erzeugung von Zündimpulsen
hoher Spannung vorgesehen ist, daß der zweite Wicklungsbereich mit weniger Windungen zur Aufladung eines Kondensators
mit demselben verbunden ist und daß zur gemeinsamen Zuführung der Hochspannungszündimpulse und der Kondensatorladungen
zur Zündstrecke diese sowohl mit dem ersten Wicklungsbereich wie auch mit dem Kondensator verbunden
ist.
Um die Nachentlade zeit des Kondens.ators einstellbar zu
machen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Kondensator und der Zündstrecke eine Drossel
geschaltet.
Zur gleichmäßigen Zündung ist eine konstante Nachentladeenergie wünschenswert. Um dies zu erreichen muß die Kondensatorladung
immer gleich groß sein, unabhängig davon,· ob SpannungsSchwankungen in der Versorgungsspannung vorliegen.
Um dies zu erreichen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zur EinstelJung der Ladezeit des Konden-
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. 30
sators die Schaltstufe als Transistorschalter ausgebildet
und zur Steuerung des Kollektor-Emitterstroms dieses Transistorschalters ist ein Stromregelkreis vorgesehen.
Eine besonders einfache und billige, digitale Ansteuerung der Schaltstufe wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
dadurch erreicht, daß zur Frzeugung von Zündauslösesignalen bzw. Ladesignalen für die Schaltstufe ein vorzugsweise
von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine gesteuerter Geber mit einer Vor-Rüekwärts-Zählstufe verbunden ist,
daß während eines Gebersignals die Zählstufe mit der Frequenz eines mit der Zählstufe verbundenen Frequenzgenerators
aufwärtszählbar ist, daß während einer Signalpause des Gebers
die Zählstufe abwärts zählbar ist, daß eine mit dem Ausgang der Zählstufe verbundene Vergleichsstufe vorgesehen
ist zum Vergleich des Zählstandes mit einem vorgegebenen Wert und "daß bei Übereinstimmung von der Vergleichsstufe ein Ladesignal der Schaltstufe zuführbar ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß zur Verwirklichung einer Hoehleistungszündanlage
mit einem Hochspannungsteil und einen Leistungsteil lediglich eine Zündspule mit einer Sekundärwicklung benötigt
wird. Die Zündanlage wird dadurch sehr einfach und billig in der Herstellung. Auch bei hohem Zündspannungsbedarf, insbesondere
bei Brennkraftmaschinen ist ein sicheres Zünden gewährleistet. Durch den hohen Funkenentladestrom (Plasmazündung)
und die lange, einstellbare Nachentladezeit wird eine Verbesserung des Motorabgases erreicht. Der Leistungstransistor wird thermisch geschont, da durch die Zeitsteuerung
kein Betrieb im eigentlichen Zündzeitpunkt stattfindet. Dies ergibt einen guten Wirkungsgrad der Anlage.
Die Dimensionierung der Zündspule ist unkritisch, da durch die hohe, gespeicherte Energie im Kondensator die Energie
im Kern der Zündspule leicht für den Hochspannungszündimpuls
ausreicht. Durch Umdrehen der Dioden und Änderung des Wicklungssinns der Sekundärspulen ist in einfacher Weise
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eine Ausgangsspannung mit umgedrehter Polarität zu erhalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es
zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer HoehleistungsZündanlage
und
Fig. 2 ein Spannungs- bzw. Stromdiagramm zur Erläuterung
der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Geber 10 mit dem Eingang einer Impulsformerstufe 11
verbunden, die vorzugsweise als Schmitt-Trigger ausgebildet ist. Ein solcher Geber kann z.B. für den Betrieb einer
Brennkraftmaschine als Unterbrecherkontakt oder bei einer kontaktlosen Zündung als induktiver Geber ausgebildet sein,
der für jeden Zündvorgang der Brennkraftmaschine wenigstens
einen Geberimpuls erzeugt. Der Ausgang der Impulsformerstufe 11 ist über ein erstes UND-Gatter 12 mit dom Vorwärts-Zähleingang
13 einer Zählstufe 14 verbunden. Ein zweiter
Eingang des ersten UND-Gatters 12 ist mit dem Ausgang eines Frequenzgenerators 15 verbunden, der Zählimpulse einer
bestimmten Frequenz fl liefert. Der Ausgang der Impulsformerstufe
11 ist weiterhin über eine Umkehrstufe 16 mit einem Eingang eines UND-Gatters 17 verbunden, dessen
Ausgang an einen Rückwärts-Zähleingang 18 der Zählstufe Ik angeschlossen ist- Ein zweiter. Eingang des zweiten
UND-Gatters 17 ist mit dem Ausgang eines zweiten Frequenzgenerators 19 verbunden, der Zählimpulse einer zweiten
Frequenz f2 erzeugt. Der Ausgang der Impulsformerstufe
ist weiterhin über die Reihenschaltung eines Widerstands 20 mit einer Diode kj>
und mit einem Kondensator 21 mit Masse verbunden. Der Verknüpfungspunkt zwischen der Diode
*J3 und dem Kondensator 21 ist an einem Eingang eines
dritten UND-Gatters 22 angeschlossen. Der Ausgang der Umkehrstufe 16 ist mit einem weiteren Eingang des drit-
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3 O S 5
ten UND-Gatters 22 verbunden. Eine VergleiQhsstufe 23
verbindet den Ausgang der Zählstufe 14 mit einem weiteren Eingang des dritten UND-Gatters 22. Die Vergleichsstufe
dient zum Vergleich des Zählerstands am Ausgang der Zählstufe 14 mit einem Wert, der über eine Anschlußklemme 24
einem weiteren Eingang der Vergleichsstufe 23 zuführbar ist. Diese Vergleichsstufe 23 ist als Schwellwertschalter
ausgebildet, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn der
Zählerstand unter den Wert absinkt, der an der Klemme 24 anliegt. Der an der Klemme 24 anliegende Wert kann
entweder fest programmiert sein, oder aber das Ausgangssignal einer in Fig. 1 nicht näher dargestellten Einrichtung
sein, die den Sollwert an der Klemme 24 in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung oder von anderen Betriebsdaten,
z.B. einer Brennkraftmaschine,einstellt.
Der Ausgang des UND-Gatters 22 ist mit einem Eingang eines Regelverstärkers 25 verbunden, dessen Ausgang an den
Stouereingang einer Schaltstufe 26 angeschlossen ist. Für eine solche Schaltstufe 26 ist im einfachsten Fall ein
Transistor vorgesehen. Eine mit dem positiven Pol einer Versorgungsspannungsquelle verbundene Anschlußklemme
27 ist über die Reihenschaltung der Primärwicklung 28 e.">.ner Zündspule 29 mit der Schaltstrecke der Schaltstufe
26 und einem Widerstand 30 mit Masse verbunden. Der Verknüpfungspunkt der Schaltstufe 26 mit dem Widerstand 30
ist an einem zweiten Eingang des Regelverstärkers 25 angeschlossen.
Die Sekundärwicklung 31 der Zündspule 29 ist durch eine mit Masse verbundene Anzapfung 32 in zwei Wicklungsbereiche
33 und 34 unterteilt. Der erste Wicklungsbereich 33 niit
vielen Windungen ist über eine erste Entkopplungsdiode 35
und die in Reihe dazu geschaltete Zündstrecke 36 mit Masse verbunden. Als Zündstrecke 36 ist für eine Brennkraftmaschine
gewöhnlich eine Zündkerze vorgesehen. Der zweite Wicklungsbereich 34 ist über die Reihenschaltung
einer ersten Drossel 37, einer Sperrdiode 38, einer
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3 O ti 5
zweiten Drossel 39 und einer zweiten Entkopplungsdiode 40 ebenfalls mit der Zündstrecke 36 verbunden. Die Drosseln
37» 39» die in der Zeichnung als induktive Drosseln
dargestellt sind, können wahlweise auch als RC-Kombination ausgeführt sein. Der Verknüpfungspunkt zwischen der
Sperrdiode 38 und der zweiten Drossel 39 ist über einen
Kondensator 4l und eine dazu parallel geschaltete Freilaufdiode 42 mit Masse verbunden.
Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels besteht darin, daß Gebersignale des Gebers 10
über die Impulsformerstufe 11 am anderen Ausgang erscheinen.
Liegt ein Signal A am ersten UND-Gatter 12 an, so können Zählimpulse fl vom ersten Frequenzgenerator 15
zum Vorwärtszähleingang 13 der Zählstufe 14 gelangen. Gleichzeitig ist durch die Umkehrstufe 1β der Rückwärtssähleingang
l8 der Zählstufe 14 ohne Signal. Am Ende -jedes Signales A sperrt das UND-Gatter 12 und das zweite
UND-Gatter 17 läßt Zählimpulse f2 des zweiten Frequenzgene rators 19 zum Rückwärtszähleingang l8 gelangen. Die Zählstufe
14 zählt also während eines Signales A mit der Frequenz fl vorwärts und während einer Signalpause mit der
zweiten Frequenz f2 rückwärts. Ist das Tastverhältnis der
Signalfolge A gleich 1, so können die Frequenzen fl und f2 identisch sein, d.h., es wird nur ein Frequenzgenerator
benötigt. Das Verhältnis der Frequenzen fl zu f2 richtet
sich also nach dem Tastverhältnis der Signalfolge A. Zu Beginn jedes neuen Signales A sollte der Zählerstand der
Zählstufe 14 wieder auf Null gesetzt werden oder einem konstanten Wert entsprechen.
Der Zählerstand B am .Ausgang der Zählstufe 14 wird in
der Vergleichsstufe 23 mit einem Schwellwert Us verglichen,
der an der Anschlußklemme 24 anliegt. Sinkt der Zählerstand B unter den Schwellwert Us, so wird ein
709834/0528 ~?~
3 Q « 5
•/f/.
Ausgangssignal der Vergleichsstufe 23 dem UND-Gatter 22
zugeführt. Am Ausgang des UND-Gatters 22 erscheint jedoch nur dann ein Signal C, wenn gleichseitig ein Ausgangssignal
der Umkehrstufe 16 an einem Eingang des UND-Gatters 22 anliegt, d.h. nur dann, wenn gleichzeitig
kein Signal A besteht. Die Signaldauer jedes Signals C beträgt To. Die Anordnung des Kondensators 21 mit dem
Widerstand 20 und der Diode 43 soll verhindern, daß in
Zeiten, in denen keine Zündung stattfinden soll, jedoch die Versorgungsspannung eingeschaltet ist, kein unnötiger
Ruhestrom durch die Sehaltstufe 26 fließen kann. Dies geschieht dadurch, daß zu Zeiten, in denen keine Zündung
stattfinden soll, keine Signale A erzeugt werden. Der Kondensator 21 ist entladen und das UND-Gatter 22 dadurch
gesperrt. Erst nach einigen Impulsen A wird der Kondensator 21 über den Widerstand 20 und die Diode '43 aufgeladen und
am Ausgang des UND-Gatters 22 erscheint erst dann ein Signal C, wenn die Ladespannung des Kondensators 21 die Ansprechspannung
des UND-Gatters 22 erreicht hat. Bleiben Signale A aus, so entlädt sich der Kondensator 21 wieder über den
Eingangswiderstand des Gatters 22,und unterhalb der erwähnten
Ansprechspannung sperrt das UND-Gatter 22 wieder.
Der Regelverstärker 25 regelt den Strom durch die Bauteile 26, 28, 30, indem die am Widerstand 30 abgegriffene Spannung
einem Eingang des Regelverstärkers 25 zugeführt wird. Das Signal C hat einen konstanten Wert, so daß bei Absinken
des Stroms durch den Widerstand 3Ö, d.h. bei geringerem Spannungsabfall am Widerstand 30 der Regelverstärker 25
die Schaltstufe 26 weiter öffnet, so daß der Strom durch
die Schaltstrecke der Schaltstufe' 26 wieder erhöht wird.
Während der Zeiten To, in denen ein Strom durch die Primärwicklung
28 der Zündspule 29 fließt wird der Kondensator 4l nach dem Durchflußprinzip auf eine konstante Spannung
aufgeladen. Die Ladespannung des. Kondensators 21 ergibt
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sich aus der Ladezeit und dem Windungsverhältnis der
Primärwicklung 28 zum zweiten Wicklungsbereich 34 der Sekundärwicklung 31. Es ergibt sich ein Spannungsverlauf
D am Kondensator 4l. Zusätzlich wird während To Energie im magnetischen Kern der Zündspule 29 gespeichert. Bei
sperrender Schaltstufe 26, also am Ende der Zeit To, steigt durch die gespeicherte magnetische Energie die
Spannung am ersten Wicklungsbereich 33 stark an und wird als Zündspannung über die Diode 35 der Zündstrecke 36
zugeleitet. Der Spannungsverlauf am ersten Wicklungsbereich 33 ist in Fig. 2 als E dargestellt. Während dieser
hohen Spannung kann sich der Kondensator kl nicht entladen, da die Diode 38 zur Zündspule hin sperrt und die
Diode kO zur Zündstrecke 36 hin. Nach erfolgter Zündung liegt die Brennspannung an der Zündstrecke 36 niedriger
als die Spannung des Kondensators 4l, so daß sich der Kondensator 21 über die Drossel 39 und die Diode 40
über die Zündstrecke 36 entladen kann. Die Entladegeschwindigkeit kann durch Dimensionierung der Drossel
39 eingestellt werden. Dieser Brennstrom ist in Fig. 3 als F dargestellt. Durch die Entladediode 42 wird der
Kondensator kl vor jedem Freilaufdiode völlig entladen, um eine konstante, immer gleichbleibende Ladespannung
zu erreichen. Durch die Drossel 37 kann der zeitliche Verlauf der Ladespannung zur Schonung des Kondensators
kl und der Schaltstufe 26 verzögert werden.
Für die Anwendung in einer Brennkraftmschine kann die Zündspule 29 z.B. so dimensioniert werden, daß die im
ersten Wicklungsbereich 33 erzeugte Zündspannung 30 KV und die Aufladespannung des Kondensators 2 KV beträgt,
was ausreicht, um den Brennstrom durch die Zündstrecke 36 aufrechtzuerhalten.
Die Ausführung der Steuerschaltung für die Schaltstufe 26 ist nicht auf die digitale Technik beschränkt, sondern
kann auch in analoger Technik ausgeführt werden. In
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3,
diesem Fall müßte der Zähler 14 durch einen Kondensator
ersetzt werden und statt Prequenzgeneratoren müßten Konstantstromquellen vorgesehen werden. Vom Prinzip her
können auch noch andere, bekannte Zündsteuerschaltungen zur Steuerung der Schaltstufe 26 herangezogen werden.
Ebenso ist es denkbar, daß die beschriebene Steuerschaltung auch zur Steuerung weiterer Zündauslösestufen eingesetzt
werden kann.
Als Äquivalent zu der Ausführung der Zündspule mit einer einzigen Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung ist auch
die Ausführung mit zwei Sekundärwicklungen anzusehen.
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Claims (12)
- 30 ς 5-ier-Ansprüohe( l.jHochleistungsZündanlage, insbesondere für Brennkraftmaschinen, zur Erzeugung von energiereichen Entladungsfunken in Zündstrecken, vorzugsweise Sündkerzen, mit einem Hochspannungsteil, der Zündimpulse hoher Spannung liefert und mit einem Leistungsteil, der einen hohen Zündstrom liefert, dadurch gekennzeichnet, daß eine von Zündauslösesignalen gesteuerte Schaltstufe (26) vorgesehen ist, die in den Primärstromkreis einer Zündspule (29) geschaltem ist, daß die Sekundärwicklung (31) der Zündspule (29) in zwei Wicklungsbereiche (33, 34) aufgeteilt ist, daß der erste Wicklungsbereich (33) mit vielen Windungen zur Erzeugung von Zündimpulsen hoher Spannung vorgesehen ist, daß der zweite Wickiungsbereich (3*0 mit weniger Windungen zur Aufladung eines Kondensators (41) mit demselben verbunden ist, und daß zur gemeinsamen Zuführung der Hochspannungszündimpulse und der Kondensatorladungen zur Zündstrecke (36) diese sowohl mit dem ersten Wickiungsbereich (33) wie auch mit dem Kondensator (4l) verbunden ist.
- 2. HochleistungsZündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entkopplung des Hochspannungsteils vom Leistungsteil in den Zuführungen der Zündstrecke (36) zum Kondensator (41) und zum ersten Wickiungsbereich (33) Entkopplungsdioden (40, 35) vorgesehen sind.709834/052830 ε
- 3. HochleistungsZündanlage nach Anspruch loder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Entladezeit zwischen dem Kondensator (4l) und der Zündstrecke (36) eine Drossel (39) geschaltet ist.
- 4. HochleistungsZündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur vollständigen Entladung des Kondensators (4l) vor jedem Aufladevorgang parallel zum Kondensator (41) eine Freilaufdiode (42) geschaltet ist.
- 5. HochleistungsZündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnets daß zwischen dem Kondensator (4l) und dem zweiten Wicklungsbereich (34) eine Sperrdiode (38) zur Verhinderung der Entladung des Kondensators (41) über den zweiten Wicklungsbereich (34) geschaltet ist.
- 6. HochleistungsZündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Ladezeit des Kondensators (41) zwischen dem zweiten Wicklungsbereich (34) und dem Kondensator (4l) eine weitere Drossel (37) geschaltet ist.
- 7. HochlexstungsZündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Ladezeit des Kondensators (41) die Schaltstufe (26) als Transistorschalter ausgebildet ist und daß zur Steuerung709834/0528-12-•5.des Kollektor-Emitter-Stroms dieses Transistorschalters ein Stromregelkreis (25, 26, 30) vorgesehen ist.
- 8. HochleistungsZündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Zündauslösesignalcn bzw. Ladesignalen für die Schaltstufe (26) ein vorzugsweise von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine gesteuerter Impulsgeber(10) mit einer Vor-Rückwärts-Zählstufe (14) verbunden ist, daß während eines Gebersignals die Zählstufe (14) mit der Frequenz (fl) eines mit der Zählstufe (14) verbundenen Frequenzgenerators (15) aufwärts zählbar ist, daß während einer Signalpause des Gebers (10) die Zählstufe (14) abwärts zählbar ist,-daß eine mit dem Ausgang der Zähl- . stufe (l4) verbundene Vergleichsstufe (23) vorgesehen ist zum Vergleich des Zählstandes (B) mit einem vorgegebenen Wert (Us) und daß bei Übereinstimmung von der Vergleichsstufe (23) ein Ladesignal (C) der Schaltstufe (26) zuführbar ist.
- 9. HochleistungsZündanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Frequenzgeneratoren (15, 19) verschiedener Frequenz (fl, f2) mit der Zählstufe (14) verbunden sind, von denen der eine zum Vorwärtszählen und der andere zum Rückwärts zählen der Zählstufe (14) vorgesehen ist.
- 10. HochleistungsZündanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen (fl, f2) in Abhängigkeit zum Tastverhältnis des aufbereiteten Gebersignals (A) stehen.70983A/0B28
- 11. HochlexstungsZündanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Vergleichsstufe (23) mit einem Eingang eines UND-Gatters (22) und der Geberausgang über eine Umkehrstufe (16) mit einem zweiten Eingang des UND-Gatters (22) verbunden ist, dessen Ausgangssignal (C) zur Steuerung der Zündauslösesehaltstufe (26) vorgesehen ist.
- 12. HochleistungsZündanlage, insbesondere nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (10) über einen Widerstand (20) und eine Diode (43) mit einem Kondensator (21) verbunden ist und daß die Kondensatorspannung zur Verhinderung eines Ruhestroms im Primärzündkreis einem weiteren Eingang des UND-Gatters (22) zuführbar ist.709834/0528
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ID=5970441
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