DE2623612B2

DE2623612B2 - Hochspannungs-KondensatorzUndvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2623612B2
Application number: DE19762623612
Authority: DE
Inventors: Ingo 5000 Koeln Huettl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-05-26
Filing date: 1976-05-26
Publication date: 1978-08-03
Also published as: DE2623612C3; DE2623612A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Kondensatorzündvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem Zündtransformator, einem Speicherkondensator, der von einer elektrischen Energiequelle aufgeladen wird, einem zusätzlichen induktiven Bauelement, welches den zeitlichen Verlauf der vom Zündtransformator sekundärseitig erzeugten Hochspannung beeinflußt, einem Zündschalter, der zum Zündzeitpunkt den Speicherkondensator zwecks Entladung in Reihe mit dem Zündtransformator und dem induktiven Bauelement schaltet, sowie einer Freilaufdiode, die verhindert, daß der Speicherkondensator im Zuge der auftretenden Entladeschwingung umgekehrt geladen wird.

Um eine zuverlässige Zündung des Brennstoffgemisches unter allen Betriebsbedingungen sicherzustellen, muß einerseits die Hochspannung an der Zündkerze sehr schnell bis zum Funkenüberschlag ansteigen; andererseits muß die Funkenstandzeit genügend groß sein.

Ist der Spannungsanstieg zu langsam, so geht u. U. ein

ίο Großteil der Zündenergie schon vor dem Funkenschlag über Verschmutzungsnebenschlüsse wie Ruß und Bleiverbindungen verloren, so daß es zu Zündaussetzern kommt (bes. im Teillastbetrieb und bei gealterten Kerzen).

Ist andererseits die Funkenstandzeit zu kurz, so ist nicht gewährleistet, daß tatsächlich brennfähiges Gemisch auf den Funken trifft (bes. bei magerer Vergasereinstellung) bzw. daß Wiederzündungen stattfinden (bes. bei stark verwirbeltem Gemisch).

Die Forderung nach schnellem Spannungsanstieg wird bisher nur von Hochspannungs-Kondensatorzündvorrichtungen erfüllt (typisch: <10μ5); ihnen haften aber die Nachteile einer kurzen Funkenbrenndauer (typisch: um 100 \ls) und einem damit verbundenen hohen Funkenstrom an.

Es ist in der Physik bekannt, daß sich die Entladung eines Kondensators durch eine in den Entladekreis eingefügte Spule induktiv verzögern läßt. Das führt jedoch zu keiner brauchbaren Lösung des vorliegenden Problems, weil zwar der Entladestrom und damit der Zündfunke langer anhalten würde, aber zwangsläufig auch der Aufbau der Hochspannung verzögert würde. Daher ist es folgerichtig (FUNK-TECHNIK, 1974, Nr. 23, S. 831 ff), den Kondensatorkreis so in zwei Teile aufzuteilen, daß ein erster Kondensator direkt auf den Zündtransformator wirkt und damit für den schnellen Hochspannup.gsanstieg sorgt, und daß ein zweiter Kondensator über eine Spule verzögert auf den Zündtransformator wirkt und damit einen langandauernden Funkenschwanz erzeugt. Diese Lösung erfordert allerdings erhöhten technischen Aufwand.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Hochspannungs-Kondensatorzündvorrichtungen auf andere, technisch einfachere Weise so zu verbessern, daß der charakteristische schnelle Hochspannungsanstieg in etwa erhalten bleibt, die Funkenstandzeit jedoch erheblich verlängert wird (z. B. um den Faktor 10).

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst nach den Merkmalen nach dem kennzeichnenden Teil des

so Hauptanspruchs.

Um den Elektrodenabbrand zu verringern, läßt eine solcherart veränderte Kondensatorzündvorrichtung in einer weiteren Ausbildung der Erfindung zu, den Speicherkondensator nach der Funkenbildung abzuschalten oder kurzzuschließen.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der zuverlässigen Zündung des Brennstoffgemisches unter allen Betriebsbedingungen: Schadstoffemission und Kraftstoffverbrauch werden vermindert, weil die Gemischeinstellung mager sein kann und weil es weniger Zündaussetzer gibt.

Zudem läßt sich in der weiteren Ausbildung der Erfindung der erhöhte Elektrodenabbrand üblicher Hochspannungs-Kondensatorzündvorrichtungen verringern.

A b b. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Zur Anwendung kommen: ein beliebig aufgebautes Ladeteil LT, der Speicherkon-

densator C, der Zündschalter 5, die Freilaufdiode D, das induktive Bauelement L mit nichtlinearer Kennlinie, der Zündtransformator ZT und die Zündkerze ZK. Die Daten der einzelnen Teile sind dem Anwendungsfall entsprechend zu wählen.

Der Zündtransformator wird zur Vereinfachung als ideal angesehen. Seine Streuinduktivitäten seien im Bauelement L integriert gedacht; seine ohmschen Widerstände seien im Zündkreiswiderstand R₂und seine Wicklungskapazitäten in der Zündkreiskapazität C₂ integriert gedacht. Das Bauelement L soll eine Kennlinie ähnlich der in Abb.2 dargestellten Art aufweisen. Wenn ein solches Bauelement zunehmend von Strom durchflossen wird, so steigt die magnetische Induktion δ zunächst stark an. Dabei wird entsprechend viel Energie gespeichert. Wird aber die Stromstärke und damit die Feldstärke H weiter erhöht, so gelangt das Bauelement in den flachen Kennlinienbereich. Dort ändart sich B kaum noch. Daher wird kaum noch weitere Energie gespeichert, und der induktive Widerstand sinkt auf sehr kleine Werte.

Der Funktionsablauf der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung ist der folgende.

Das Ladeteil lädt den Speicherkondensator auf einige hundert Volt auf. Zum Zündzeitpunkt schließt der Zündschalter auf einen Steuerimpuls von außen (vorzugsweise eine Halbleiteranordnung mit Thyristor oder Transistor). Dadurch wird ein Umladevorgang von C nach C₂ eingeleitet, der durch L und ZT hindurch erfolgt. Zu Beginn der Umladung ist der Umladestrom noch gering, folglich wird L im steilen Kennlinienbereich betrieben. Hier ist der induktive Widerstand von L hoch und verzögert die Umladung, so daß sich die Hochspannung U₂ an C₂ und ZK in Form einer Schwingung nur langsam aufbaut. Trotz des unerwünscht langsamen Spannungsanstieges sind aber die Energieverluste über Nebenschlüsse erträglich, weil die Hochspannung noch gering ist.

Mit dem weiteren Ansteigen des Umladestroms wird L in den flachen Kennlinienbereich gesteuert; der induktive Widerstand wird sehr klein, und die Umladegeschwindigkeit nimmt stark zu.

Nach einem verzögerten Anlaufgebiet, in dem vor allem magnetische Energie gespeichert wird, verschwindet der Einfluß von L, und die erfindungsgemäße Zündvorrichtung verhält sich wie eine übliche Hochspannungs-Kondensatorzündvorrichtung mit dem erwünscht schnellen Hochspannungsanstieg. A b b. 3 verdeutlicht dies.

Nach Ausbildung des Funkens entladen sich C und L so (im flachen Bereich) mit kleiner Zeitkonstante durch R₂ in die Funkenstrecke. Sobald der Strom genügend zurückgegangen ist, gelangt L wieder in seinen steilen Arbeitsbereich. Hier ist die Induktivität hoch und legt zusammen mit R₂ eine wesentlich größere Zeitkonstante fest. Sie bestimmt die Brenndauer des Funkenschwanzes und kann ebenso wie die Funkenstromstärke durch passende Ausbildung von L eingestellt werden. Innerhalb dieser Zeit setzt sich die in L gespeicherte Energie in Form eines Induktionsstromes in die Funkenstrecke um. Hierbei spielt die Freilaufdiode D eine Rolle. Sie leitet den Induktionsstrom und verhindert so ein Aufladen von Cauf umgekehrte Polarität

Ein Nachteil von Kondensatorzündvorrichtungen ist der relativ hohe Entladungsstrom des Speicherkondensators nach Entstehung des Funkens, was zu erhöhtem Elektrodenabbrand der Kerzen führt.

Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung erlaubt es nun ein einer weiteren Ausbildung, den Speicherkondensator nach Einleitung des Funkens vom Zündkreis abzuschalten, weil der Funkenschwanz ja von L aufrechterhalten wird. Dazu muß der Zündschalter SaIs eine solche Schaltungsanordnung ausgebildet sein, die es gestattet, den Umladestrom auch wieder zu unterbrechen. C bleibt bleibt dann u. U. teilweise geladen.

Eine Verringerung des Elektrodenabbrandes läßt sich in einer weiteren Ausbildung der Erfindung auch dadurch erreichen, daß nach Einleitung des Zündfunkens der Speicherkondensator durch eine geeignete Schaltanordnung (vorzugsweise mit Thyristor) zwecks Entladung kurzgeschlossen wird. Die Energiebilanz der Zündvorrichtung wird dadurch nicht verschlechtert, da die Restenergie sonst in den Zündkerzen umgesetzt würde.

Das induktive Bauelement mit nichtlinearer Kennlinie läßt sich im einfachsten Fall durch eine Spule realisieren, deren ferromagnetischer Kern durch den Umladestrom jedesmal bis weit in die Sättigung magnetisiert wird. Von Hystereseerscheinungen sei dabei abgesehen.

Eine weitere Realisierungsmöglichkeit, die nicht mit Sättigungsmagnetisierung arbeitet, ist durch einen Transformator gegeben, dessen Primärwicklung vom Umladestrom durchflossen wird. Erreicht dieser Strom eine bestimmte erwünschte Stärke, so wird die Sekundärwicklung durch eine geeignete Schaltanordnung (vorzugsweise mit Thyristor) kurzgeschlossen. Es tritt dadurch sekundäre Gegeninduktion auf, die bewirkt, daß die Induktion des ganzen Bauteils praktisch nicht mehr ansteigen kann. Beim Absinken der Umladestromstärke unter den kritischen Wert muß die Schaltanordnung den Kurzschluß automatisch wieder aufheben (beim Thyristor z. B. veranlaßt durch die Umpolung der Sekundärspannung in diesem Moment), wodurch das Bauelement in den hochinduktiven Zustand zurückkehrt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochspannungs-Kondensatorzündvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem Zündtransformator, einem Speicherkondensator, der von einer elektrischen Energiequelle aufgeladen wird, einem zusätzlichen induktiven Bauelement, welches den zeitlichen Verlauf der vom Zündtransformator sekundärseitig erzeugten Hochspannung beeinflußt, einem Zündschalter, der zum Zündzeitpunkt den Speicherkondensator zwecks Entladung in Reihe mit dem Zündtransformator und dem induktiven Bauelement schaltet, sowie einer Freilaufdiode, die verhindert, daß der Speicherkondensator im Zuge der auftretenden Entladeschwingung umgekehrt geladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Bauelement (L) eine nichtlineare //-B-Kennlinie der Art aufweist, daß einem steilen Anfangsbereich, in dem die magnetische Induktion B stark von der magnetischen Feldstärke H abhängt, ein wesentlich flacherer Bereich geringer Abhängigkeit folgt, wodurch die sekundärseitig erzeugte Hochspannung zunächst nur mäßig ansteigt, solange bei niedriger Entladestromstärke das induktive Bauelement (L) mit hohem dynamischen Induktivitätswert im steilen Anfangsbereich seiner //-ß-Kennlinie betrieben wird, und dann sehr schnell ansteigt, wenn nach Überschreiten einer gewissen, auf die Zündanlage abgestimmten Entladestromstärke der dynamische Induktivitätswert des induktiven Bauelementes (L) infolge des Übergangs in den flacheren Bereich der //-.B-Kennlinie sehr gering wird, und wodurch die Entladedauer und damit die Zündfunkendauer verlängert wird, wenn nach Zündfunkenbeginn durch die wieder kleiner werdende Entladestromstärke das induktive Bauelement (L) unter Rückkehr in den steilen Anfangsbereich seiner //-ß-Kennlinie einen hohen dynamischen Induktivitätswert zurückerhält.

2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltanordnung den Speicherkondensator (C) vom Entladestromkreis trennt, sobald der Zündfunke steht.

3. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltanordnung den Speicherkondensator (C) zwecks Entladung kurzschließt, sobald der Zündfunke steht.