DE2624782A1

DE2624782A1 - Zuendeinrichtung fuer eine innenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2624782A1
Application number: DE19762624782
Authority: DE
Inventors: Arthur George Birchenough
Original assignee: US Department of Health and Human Services
Current assignee: US Department of Health and Human Services
Priority date: 1975-06-03
Filing date: 1976-06-02
Publication date: 1976-12-16
Also published as: JPS5211342A; US4033316A; SE7606191L; FR2313575A1

Description

The Government of the United States

represented by the Administrator of the National Aeronautics

and Space Administration

Washington D.O., U.S.A.

Zündeinrichtung für eine Innenbrennkraftmaschine

In den letzten Jahren sind viele Anstrengungen unternommen worden, um bestimmte Schadstoffe, die im Abgas verschiedenartiger Innenbrennkraftmaschinen von Fahrzeugen ausgeworfen werden, zu vermindern oder zu eliminieren. Solche Schadstoffe sind u.a. Kohlenmonoxid, verschiedene Kohlenwasserstoffe und Stickoxide.

Leider führen Modifizierungen an Motoren mit Funkenzündung, die zur Verminderung des Ausstoßes an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen vorgenommen werden, im allgemeinen zu einer vermehrten Emission an Stickoxiden, und umgekehrt. Zur Zeit scheint es möglich, den Ausstoß an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid durch Geräte wie etwa katalytische Umsetzer zu begrenzen oder durch den Einbau von Vorverbrennungskammern

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unter Kontrolle zu halten, in denen ein reiches Gemisch mittels Funken entzündet wird, um dann mit der von der Vorverbrennungskammer kommenden Flamme ein armes Gemisch im Hauptbrennraum zu entzünden.

Eine Möglichkeit zur Verminderung der Stickoxidemissionen eines Motors mit Funkenzündung besteht darin, mit einem Verbrennungsgemisch zu arbeiten, bei dem das Verhältnis von Kraftstoff zu Luft extrem gering ist. Ein solcher Betrieb mit armem Gemisch führt sowohl zu einem höheren Wirkungsgrad des Motors als auch zur Verminderung der Schadstoffemission. Arme Gemische sind gedoch schwer zu zünden, und je ärmer das Gemisch wird, desto häufiger werden Fehlzündungen, was wiederum zu höheren Mengen an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen im Abgas führt.

Bei Drehkolbenmotoren und bei Motoren mit geschichteter Ladung ist das Erreichen einer zufriedenstellenden Zündung ein noch größeres Problem. In manchen Wankelmotoren werden zwei Zündkerzen und zwei Zündanlagen verwendet, um den notwendigen Verbrennungsablauf zu erreichen. Bei einem Motor mit geschichteter Ladung ist es schwer, die Kraftstoffladung mittels eines einzigen Funkens oder mittels mehrerer kurzdauernder Funken auf zufriedenstellende Weise zu zünden.

Um einen Zündermotor (Motor mit Funkenzündung) mit armem Gemisch betreiben zu können, ohne dabei die große Kompliziertheit und die hohen Kosten von Vorverbrennungskammern in Kauf nehmen zu müssen, hat man Zündanlagen entwickelt, die heißere und bessere Funken an den Funkenstrecken der Zündermotoren bringen. Hierunter ist insbesondere die mit kapazitiver Entladung arbeitende Zündeinrichtung bekannt, bei der an die Funkenstrecke ein Spannungsimpuls mit scharfer Vorderflanke und einer Amplitude gelegt wird, die ein Mehrfaches der bei den herkömmlichen Zündeinrichtungen auftretenden Impulsamplituden beträgt. Der bei der Zündeinrichtung mit Kapazitätsentladung entstehende Funke ist extrem kurz, mit ihm können zwar verschmutzte Kerzen zum Zünden gebracht werden und Hochspannungsverluste infolge undichter Kabel und halbleitender AbIa-

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gerungen an den Funkenstrecken gering gehalten werden, andererseits bewirkt er jedoch keine optimale Zündung des armen Kraftstoff/Luft-Gemischs·

Es sind auch verschiedene andersartige Zündeinrichtungen entwickelt worden, die sich mehrmals wiederholende Funken an den Funkenstrecken erzeugen, um ein kraftstoffarmes Gemisch mit größerer Wahrscheinlichkeit zu zünden· Es hat sich jedoch herausgestellt, daß weder die mit kapazitiver Entladung arbeitende Zündeinrichtung noch die mit Mehrfachfunken arbeitende Zündeinrichtung ein armes Kraftstoff/Luft-Gemisch in einem Zündermotor so wirkungsvoll zu zünden vermag, wie ein Funke mit verlängerter Dauer.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zündschaltung für einen Zündermotor zu schaffen, die ein ärmeres Gemisch zünden kann als die bisher bekannten Zündeinrichtungen und die eine überragend gute Zündung in Drehkolbenmotoren und in Motoren mit geschichteter Ladung bewirkt·

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Schaltungsanordnung für einen Zündermotor, mit der sich ein Funke jeder gewünschten Dauer an der Funkenstrecke (oder den Funkenstrecken) eines solchen Motors erzeugen läßt.

Ferner soll es möglich sein, die erfindungsgemäße Zündschaltung den Zündschaltungen herkömmlicher Bauart auf relativ einfache Weise hinzuzufügen.

Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung soll eine Schaltungsanordnung geschaffen werden, welche die Dauer des Zündfunkens ungefähr verdoppelt, wenn der Motor mit etwa der halben höchstzulässigen Drehzahl läuft.

Eine wiederum andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zündeinrichtung zu schaffen, bei welcher der Zündfunke durch eine Hochspannung von nur einigen iOOO Volt aufrecht

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erhalten wird, so daß die Beanspruchung der Kabelisolierung und der Hochspannungsbedarf von der Quelle selbst geringer werden.

Eine erfindungsgemäße Zündeinrichtung für eine Innenbrenn-Kraftmaschine und zahlreiche Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen dieser Einrichtung sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet. Mit der Erfindung wird eine Schaltungsanordnung geschaffen, um der Hochspannungs-Sekundärseite eines Hochspannungstransformators einer Funkenzündeinrichtung zu vorgeschriebenen Zeiten eine Hochspannung hinzuzufügen, um den Funken an einer Funkenstrecke für eine gewünschte Zeitspanne aufrecht zu erhalten. Zeitsignalgeneratoren und Steuerschaltungen sorgen dafür, daß die Hochspannung zur jeweils richtigen Zeit hinzugefügt wird.

In der erfindungsgemäßen Einrichtung ist eine Quelle für eine gleichgerichtete Hochspannung in Reihe mit einer Sekundärwicklung eines Hochspannungs-Aufwärtstransformators und mit einer Funkenstrecke wie z.B. einer Zündkerze geschaltet. Die Hochspannungsquelle kann entweder ständig eingeschaltet sein oder durch eine Steuerschaltung wie etwa einen Festkörperschalter ein- und ausgeschaltet werden, der seinerseits auf einen Zeitr· geber anspricht. Der Zeitgeber kann beispielsweise eine Gruppe von Zündkontaktpunkten enthalten oder ein magnetischer Impulsgenerator sein, der synchron mit einem funkengezündeten Motor läuft. Der Zeitgeber liefert außerdem Signale an eine Stromschalteinrichtung, die den durch eine Primärwicklung des Hochspannungstransformators fließenden Strom zu derjednigen vorgeschriebenen Zeit unterbricht, bei welcher ein Funken an der Funkenstrecke erscheinen soll.

Die Steuerschaltung kann gewünschtenfalls sowohl einen Schalter als auch einen Multivibrator enthalten, falls der Zeitgeber ein magnetischer Impulsgenerator ist.

Nähere Einzelheiten und Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen erläutert.

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Figur 1 ist das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Funkenzündschaltung;

Figur 2 zeigt in einem detaillierten Schaltbild den inneren Aufbau der einzelnen in Figur 1 dargestellten Blöcke;

Figur 3 zeigt in graphischer Darstellung verschiedene Wellenformen, wie sie bei der erfindungsgemäßen Zündschaltung auftreten;

Figur 4- ist das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung, bei welcher der Zeitgeber und die Steuerschaltung etwas anders ausgebildet sind als im Falle der Figur 1;

Figur 5 zeigt das Blockschaltbild einer Zündschaltung, die gegenüber der Schaltung nach Figur 1 etwas modifiziert ist;

Figur 6 zeigt in einem Blockschaltbild die elementarste Form der erfindungsgemäßen Schaltung;

Figur 7 zeigt in einem Blockschaltbild eine Modifikation der Schalttung nach Figur 6_C

Die in Figur 1 dargestellte Zündschaltung enthält eine Zündspule T (Zündtransformator) mit einer Niederspannungs-Primärwicklung 10 und einer Hochspannungs-Sekundärwicklung 11. Das eine Ende der Sekundärwicklung 11 ist mit einem Pol einer Spannungsquelle 12 verbunden, die eine gleichgerichtete Hochspannung liefert. Der andere Pol der Hochspannungsquelle 12 ist mit Masse (13) verbunden. Das andere Ende der Sekundärwicklung 11 ist über eine Funkenstrecke 12 ebenfalls mit Masse 13 verbunden. Wie an sich bekannt, kann im Falle eines Motors mit mehreren Zylindern ein Verteiler zwischen der Sekundärwicklung 11 und mehreren Funkenstrecken wie 14 vorgesehen sein, um jeder Funkenstrecke zum jeweils richtigen Zeitpunkt Spannung anzulegen. Da die Masseteile 13 zusammengeschlossen sind, d.h. in elektrischer Hinsicht ein- und denselben Punkt darstellen, liegt

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die Hochspannungsquelle 12 praktisch in Reihe mit der Sekun därwicklung 11 und der Funkenstrecke

Um an der Funkenstrecke 14 einen Funken zu erzeugen, um das Kraftstoff/Luft-Gemisch während des Betriebs eines funkengezündeten Motors zu vorbestimmten Zeiten zu zünden, muß der aus einer geeigneten Schalteinrichtung 15 kommende und durch die Primärwicklung 10 fließende Strom unterbrochen werden. Diese Unterbrechung führt zum Zusammenbruch des durch die Primärwicklung 10 aufgebauten Magnetfeldes, wodurch in der Sekundärwicklung 11 eine Hochspannung in der Größenordnung von 10 kV bis 40 kV oder mehr induziert wird. Um die gewünschte Unterbrechung des Stroms in der Primärwicklung 10 der Zündspule T zu bewirken, ist ein Zeitsignalgeber 16 vorgesehen, der synchron mit dem Motor läuft, für den der Zündfunke erzeugt werden soll. Der Zeitgeber liefert außerdem ein Signal für eine Steuerschaltung 17, um die Hochspannungsquelle zur Abgabe einer Hochspannung an ihrem Ausgang einzuschalten, welche der ■ Hochspannung aufaddiert wird, die beim Unterbrechen des Stroms der Primärwicklung 10 in der Sekundärwicklung 11 induziert wird.

Bei der in funkengezündeten Motoren allgemein üblichen Weite der Funkenstrecke muß die an der Sekundärwicklung 11 der Zündspule T- induzierte Spannung in der Größenordnung von 10 kV bis 40 kV oder mehr liegen, um an der Funkenstrecke einen Lichtbogen zu erzeugen. Wenn dieser Lichtbogen oder Funke einmal begonnen hat, reicht jedoch eine viel geringere Spannung aus, um ihn aufrecht zu erhalten. Dementsprechend hat sich bei der Schaltungsanordnung nach Figur 1 gezeigt, daß die Hochspannungsquelle nur eine Spannung in der Größenordnungvon etwa 1 kV bis 4 kV zu liefern braucht. Mit einer solchen Auslegung bleibt der Lichtbogen an der Funkenstrecke so lange erhalten, wie die Hochspannungsquelle am Ausgang ihre Hochspannung liefert«

Die Figur 2 zeigt ein Detailschaltbild der in der Schaltung nach Figur 1 verwendeten Bauteile; die den Blöcken in Figur 1 entsprechenden Teile sind in Figur 2 mit entsprechenden Bezugszahlen bezeichnet. Der Zeitgeber 16 besteht aus einer Gruppe von Zündkontakten 18, die jedesmal, wenn an der Funkenstrecke (oder den Funkenstrecken) ein Funke erzeugt werden soll, mittels

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einer Nockenscheibe 19 geöffnet werden. Die Nockenscheibe dreht sich synchron mit dem funkengezündeten Motor 20. Über die Zündkontakte 18 kann der übliche Kondensator 21 geschaltet sein, um leicht zur ursprünglichen Einrichtung zurückkehren zu können. Die Zündkontakte 18 sind über eine Leitung 22 mit der Schalteinrichtung 15 verbunden, die nachstehend beschrieben wird.

In der Schalteinrichtung 15 wird eine Verbindung des einen Endes der Primärwicklung 10 der Zündspule T. über einen geeigneten Ballast- oder Stabilisierungswiderstand R. mit einer positiven Spannung V. z.B. bei 24· hergestellt, während das andere Ende der Primärwicklung 10 über die Kollektor- Emitter-Stecke eines NPN-Transistors Q. mit Masse 13 verbunden ist. Zwischen der Kollektorelektrode des Transistors Q. und Masse liegen zwei hintereinander geschaltete Zenerdioden Z, und Zp , und zwischen dieselben Endpunkte ist außerdem ein Kondensator C geschaltet, um den Transistor Q. vor zerstörenden Spannungen zu schützen, die unter Umständen beim Ausschalten des durch die Primärwicklung 10 fließenden Stroms auftreten können.

Um die Leitfähigkeit des Transistors Q^ zu steuern, ist dessen Basiselektrode über einen Widerstand Rp mit einem zwischen einen Widerstand R^ und einem NPN-Transistor Q₂ liegenden Punkt verbunden. Der Widerstand R-, und die Kollektor-Emitter-Strecke

des Transistors Q₂ liegen in Reihe zueinander zwischen der positiven Gleichspannung bei 24- und Masse· Die Basiselektrode des Transistors Q₂ ist über Widerstände R^, und R₁- mit der Spannung V. bei 24- verbunden. Die von der Kontakt gruppe 18 kommende Leitung 22 ist an einen Punkt zvi sehen den Widerständen R₁, und Rr angeschlossen. Wie noch erläutert wird, wird der Transistor Q₂ beim öffnen der Kontakte leitend, um den Transistor Q. zu sperren, womit an der Sekundärwicklung 11 der Zündspule T- eine Hochspannung erzeugt wird.

Die Quelle 12 für die gleichgerichtete Hochspannung umfaßt eine Oszillatorstufe 25, eine Leistungsstufe 26 und eine Gleichrichterstufe 27· Die Oszillatorstufe 25 enthält einen Transfor-

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mator T~ mit einer mittelabgezapften Primärwicklung 28, einer mittelabgezapften Rückkopplungswicklung 29 und zwei Treiberwicklungen 30 und 31 * die sich auf einem sättigbaren Kern 32 befinden. Wie man in der Zeichnung erkennen kann, ist das obere Ende der Wicklung 28 über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors Q, mit Masse verbunden, während das untere Ende dieser Wicklung über die Kollektor-Emitter-Strecke eines NPN-Transistors Q^ mit Masse verbunden ist. Die Basiselektroden der Transistoren Q-, und O₁, sind an die Enden der Rückkopplungswicklung 29 angeschlossen. Die Transistoren Q-, und Q₁, erhalten ihren Betriebsstrom über die Mittelabzapfung der Wicklung 28, die über einen Widerstand Rg mit dem positiven Potential V bei 24· verbunden ist. Der Wicklung 28 kann ein Widerstand R₇ parallelgeschaltet sein, um wilde Schwingungen zu unterdrücken.

Die Leistungsstufe 26 der Hochspannungsquelle 12 enthält einen Hochspannungs-Aufwärtstransformator T₇. mit einer Niederspannungs-Primärwicklung 33 und einer Hochspannung-Sekundärwicklung 34-, sowie NPN-Transistören Q₁- und Qg. Die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren Q₁- und Qg liegen in Reihe zueinander zwischen einem positiven Potential Vp wie bei 35 und dem gemeinsamen Masseanschluß 13· Die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren Q₁- und Qg sind in der gezeigten Weise an die Treiberwicklungen J>0 und 31 des Transformators T₂ in der Oszillatorstufe geschaltet.

Damit an der Primärwicklung 35 eine Spannung in Form einer Rechteckwelle erzeugt wird, ist das obere Ende dieser Wicklung mit einem Punkt zwischen der Emitterelektrode des Transistors Qr- und der Kollektorelektrode des Transistors Q^ verbunden, während das untere Ende dieser Wicklung in der gezeigten Weise mit einem Punkt zwischen zwei Kondensatoren O₀ und C-, verbunden ist, die in Reihe zueinander zwischen einem positiven Potential V₂ bei 35 und Masse liegen. Den Kollektor-Emitter-Streeken der Transistoren Q₁- und Qg sind Dioden D und D_p parallel geschaltet, um die Transistoren vor eventuellen zerstörenden Spannungen zu schützen. Ebenfalls zwischen das posi-

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— Q —

tive Potential bei 35 und Masse 13 ist ein weiterer Kondensator G^ geschaltet, um irgend welche Spannungsspitzen zu unterdrücken, die unter Umständen in der positiven Spannung V^ am Punkt 35 auftreten können.

Die Sekundärwicklung 34 des Transformators T-, ist mit ihrem oberen Ende an einen gleichstromsperrenden Koppelkondensator C,- der Gleichrichterstufe 27 angeschlossen, während das untere Ende dieser Wicklung mit Masse 13 verbunden ist. Das rechteckwellenförmige Hochspannungssignal wird an der Sekundärwicklung 34 des Transformators T^ erzeugt, und zwar infolge des durch den Oszillator 25 gesteuerten Schaltbetriebs der Transistoren Qc und Qg. Dieses Hochspannungssignal wird über den Kondensator G₁. auf die Gleichrichterstufe 27 gegeben·

In der Gleichrichterstufe liegen zwei Gleichrichter D^ und D^ in Reihe zueinander zwischen einer Leitung 36 und Masse 13· Die Leitung 36 ist einerseits mit dem Kondensator C,- der Leitungsstufe und andererseits über Gleichrichter Dc und Dg mit einer Hochspannungs-Ausgangsleitung 37 verbunden. Die Gleichrichter D^, D^, D₁- und D,- sind jeweils durch einen Kondensator Cg bzw. C„ bzw. Cg bzw. Cq überbrückt, um zerstörende Spannungsspitzen zu absorbieren. Zur Glättung der Hochspannungsimpulse, die im Normalfall auf der Leitung 37 infolge der Wirkung der Gleichrichter D-, bis D_g erscheinen, ist zwischen die Leitung 37 und Masse 13 ein Siebkondensator 10 geschaltet.

Die gezeigte Anordnung der Gleichrichter D-,, D₂,, D₁. und Dg mit den Kondensatoren G.~ und C,- bildet einen Spannungsverdoppler. Die Verwendung einer solchen Spannungsverdopplerschaltung hat den Vorteil, daß die Größe der Sekundärwicklung 34· des Transformators T, kleiner gehalten werden kann. Natürlich können auch Gleichrichterschaltungen mit einem anderen Spannungsvervielfachungsfaktor verwendet werden, jedoch muß dabei abgewogen werden zwischen der Größe und dem Gewicht der erforderlichen Kondensatoren einerseits und den Vorteilen der Größenverminderung des Kondensators T^. So läßt sich beispielsweise eine bekannte Cockröft-Walton-Spannungsvervielfacher-

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schaltung verwenden, die jedoch eine große Anzahl an Gleichrichtern und Kondensatoren benötigt.

Um dafür zu sorgen, daß der Oszillator 25 der Hochspannungsquelle 12 "beim Öffnen der Kontakte 18 des Zeitgebers 16 zu schwingen anfängt, ist eine Steuerschaltung 17 vorgesehen. Die Steuerschaltung 17 besteht aus einem Schalter oder Verknüpfungsglied (Torschaltung), beispielsweise einem PHP-Transistor Q„. Die Kollektorelektrode des Transistors Q₁-, ist mit der Mittelabzapfung der Rückkopplungswicklung 29 des Transformators T_ in der Oszillatorstufe 25 verbunden, während die Emitter-Elektrode dieses Transistors über einen Widerstand Ro und eine Leitung 23 mit den Kontakten 18 verbunden ist. Die Basiselektrode des Transistors Q₁₇ ist über einen Widerstand Rq nach Masse 13 geführt. Wie noch zu erläutern ist, wird der Transistor Q₁₇ leitend gemacht, wenn der Kontakt 18 des Zeitgebers 16 öffnet, so daß dann Rückkopplungsstrom zu · den Basiselektroden der Transistoren 0, und Q/. der Oszillatorstufe 25 fließen kann. Wenn die Oszillatorstufe 25 mit der Erzeugung eines oszillierenden Stroms beginnt, wird auf der Hochspannungs-Ausgangsleitung 37 eine Hochspannung erzeugt.

Die Arbeitsweise der in Figur 2 gezeigten Schaltung sei nun anhand der Wellenformen nach igur 3 erläutert. Es sei zuerst angenommen, daß die Kontakte 18 geschlossen sind und das untere Ende des Widerstands R,- in der Schalteinrichtung 15 an Masse liegt. Somit liegen auch die Basiselektrode des Transistors Qp der Schalteinrichtung 15 und die Emitter-Elektrode des Transistors Q₁₇ der Steuerschaltung 17 auf Massepotential, und keiner dieser beiden Transistoren leitet. Da der Transistor Qp nicht-leitend ist, herrscht an der Basiselektrode des Transistors Q^. eine positive Spannung, so daß dieser Transistor voll leitend ist. Es fließt somit ein Strom vom Spannungspunkt V. bei 24 über den Widerstand R^, die Primärwicklung 10 der Zündspule T und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 0, nach Masse 13· Dieser Zustand wird repräsentiert durch die Basislinien 38, 39 und 40 der Kurven in Figur 3* die in dieser Reihenfolge den Schaltzustand der Kontakte, die Spannung über

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die Funkenstrecke und den Strom über die Funkenstrecke zeigen. Zu irgend einem Zeitpunkt t. wird der Zündkontakt geöffnet, so daß Strom über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Qo und über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q₁₇ fließt, womit diese Transistoren leitend werden. Wenn der Transistor Qp eingeschaltet (leitend) wird, geht die Basiselektrode des Transistors Q. nahe Massepotential, und der Transistor Q. sperrt. Hierdurch bricht das von dem in der Primärwicklung 10 der Zündspule T, fließenden Strom erzeugte Magnetfeld zusammen, womit eine hohe Spannung in der Sekundärwicklung 11 induziert wird. Diese Hochspannung führt zur Bildung eines Funken m der mit der Sekundärwicklung 11 verbundenen Funkenstrecke.

Die anfängliche Spannungsspitze, die an der Funkenstrecke zur Herbeiführung des Durchschlags erzeugt wird, ist bei 4-1 in Figur 3 gezeigt. Nachdem äch der Funke oder Lichtbogen eingestellt hat, fällt die Spannung auf den bei 42 in Figur 3 gezeigten Wert ab und dauert normalerweise bis zum Zeitpunkt tp fort. Der Spitzenwert, auf den der Lichtbogenstrom ansteigt, ist bei 43 dargestellt, und das normale Abklingen des Stroms auf den der Basislinie 40 entsprechenden Wert 0 ist bei 44 dargestellt.

Wenn der Transistor Q₇ aus einem nicht-leitenden Zustand gleichzeitig mit dem Transistor Q₂ in einen voll-leitenden Zustand übergeht, wird den Basiselektroden der Transistoren Q^ und Q₂, Rückkopplungsspannung angelegt. Der eine oder der andere der Transistoren Q^ und Q* beginnt zu leiten, bis der Kern 32 des Transformators T~ gesättigt ist, woraufhin sich der Betrieb umkehrt und der andere Transistor leitet. Dies führt zu rechteckwellenförmigen Spannungen an den Treiberwicklungen 30 und 31· Die Frequenz der Schwingung der Oszillatorstufe 25 liegt in der Größenordnung von 10 Kilohertz.

Die Transistoren Q,- und Q₆ werden natürlich infolge der den Treiberwicklungen §0 und 31 aufgeprägten Rechteckspannung abwechselnd ein- und ausgeschaltet, wodurch eine rechteckwellenförmige Spannung an der Primärwicklung 35 und der Sekundärwicklung 34 des Transformators T, entsteht. Somit wird dem Konden-

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sator Cj- eine hochfrequente rechteckförmige Wechselspannung zugeführt.

Die hochfrequente rechteckförmige Wechselspannung wird durch

die Dioden D,, D.., D_n und D_c und mit den Kondensatoren O₁- und 2* η-⁷ pb ρ

C
10 gleichgerichtet und verdoppelt und führt zu einer ausgangs-

seitigen Hochspannung auf der Leitung 37» die mit einem Ende der Sekundärwicklung 11 der Zündspule T_x. verbunden ist.

Wegen der vom Ausgang der Hochspannungsquelle 12 gelieferten Hochspannung bleibt der Lichtbogen an der Funkenstrecke bestehen, wie es bei 45 in Figur 3 gezeigt ist, bis der Oszillator zum Zeitpunkt t-, unwirksam gemacht wird. Die Spannung an der Funkenstrecke bleibt somit aufrecht erhalten, bis der Kontakt 18 wieder schließt. Wie in Figur 3 zu erkennen ist, wird die Dauer des Lichtbogens oder Funkens an der Funkenstrecke vom Zeitpunkt tp bis zum Zeitpunkt t-, verlängert. Die Dauer des Funkens ist somit zwei- bis viermal größer als in herkömmlichen Fällen, wenn der funkengezündete Motor mit einer Drehzahl irgendwo im Bereich von etwa 4o bis 60$ seiner Maximaldrehzahl läuft.

Da die Schaltung 12, welche die gleichgerichtete Hochspannung liefert, die Eigenschaft einer Stromquelle hat, bleibt der Strom ab dem Zeitpunkt, wo er über die Funkenstrecke zu fließen beginnt, mit Ausnahme eines anfänglichen Abfalls, im wesentlichen konstant, wie es bei 46 in Figur 3 zn erkennen ist. Bei 44 ist gezeigt, wie der Strom bei einer herkömmlichen Zündeinrichtung absinkt. Die schraffierte Fläche 47 veranschaulicht die erhöhte Leistung im Lichtbogen, die ungefähr vier- bis zehnmal so groß wie die normale Lichtbogenleistung bei herkömmlichen Zündeinrichtungen ist.

Statt der in der Schaltung nach Figur 2 enthaltenen Hochspannungsquelle, die aus einem Oszillator 25 mit sättigbarem Magnetkern, einer Leistungsstufe 26 und einer Gleichrichterschaltung 27 besteht, können auch andere geeignete Schaltungsanordnungen zur Erzeugung der gleichgerichteten Hochspannung verwendet

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werden· So kann beispielsweise eine Anordnung Verwendung finden, die ähnlich wie der Rücklauf-Hochspannungsgenerator eines Fernsehgeräts ausgebildet ist, jedoch mit einer wesentlich niedrigeren Spannung arbeitet· Eine Gleichrichterschaltung, die als Spannungsverdoppler, Spannungsverdreifacher oder als Spannungsvervielfacher mit einem anderen Multiplikationsfaktor geschaltet ist, wandelt die periodischen Spannungsimpulse wie bei der Ausführungsform nach Figur 2 in Gleichstrom um·

Da die Last (der Lichtbogen) der Hochspannungsquelle eine im wesentlichen konstante Spannung hat, sollte der Umrichter Konstantstromverhalten zeigen oder strombegrenzt sein. Dieses Merkmal ist von Natur aus in den Rücklauf-Umrichtern enthalten und wird beim Umrichter nach Figur 2 durch die Impedanz der Transformator/Gleichrichter-Anordnung erreicht·

Eine der Anordnung nach Figur 1 ähnliche Zündschaltung ist in Figur 4· dargestellt, worin Teile, die Teilen der Anordnung nach Figur 1 entsprechen, mit denselben Bezugszahlen wie dort bezeichnet sind· Bei der Schaltung nach Figur 4- besteht der Zeitgeber 16 aus einem synchron mit dem funkengezündeten Motor rotierenden Zahnrad und einer Fühlspule, die an die Schalteinrichtung 15 einen Spannungsimpuls sendet, um die Erzeugung eines Funkens an der Funkenstrecke 14- zu veranlassen· Da dieser Spannungsimpuls nicht genügend lang ist, um die Hochspannungsquelle 12 für die gewünschte Zeitdauer zu aktivieren, ist ein monostabiler Multivibrator 48 vorgesehen, um einen Ein/Aus-Schalter 4-9 zu steuern, der dem Transistor Qr₇ in Figur 2 entspricht· Der Multivibrator 4-8 wird mit demselben Spannungsimpuls getriggert, der auch der Schalteinrichtung 15 zugeführt wird·

Ein monostabiler Multivibrator ist ein Gerät mit zwei Transistoren, von denen im Normalzustand des Geräts der eine leitend und der andere gesperrt ist· Ein Eingangsimpuls führt dazu, caß die Transistoren für eine kurze Zeitdauer ihre Betriebszustände umkehren, wonach sie wieder in ihren Normalzustand zurückkehren.

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Bei der speziellen Anordnung nach Figur 4 ist der Multivibrator 48 so geschaltet, daß er nach Empfang eines Eingangsimpulses vom Zeitgeber 16 ein Ausgangssignal für eine gegebene Zeitdauer an den Ein/Aus-Schalter 49 liefert. Bekanntlich wird die Dauer des Ausgangssignals des Multivibrators 48 durch verschiedene Zeitkonstanten und Komponenten des Multivibrators 48 bestimmt, die im vorliegenden Fall so bemessen werden, daß das Ausgangssignal die richtige Dauer erhält. Obwohl die Schaltung nach Figur 4 einen monostabilen Multivibrator 48 zwischen dem Zeitgeber 16 und dem Schalter 49 enthält, ist dieser Multivibrator nicht in jedem Falle notwendig. Die von den meisten magnetischen Zeitimpulsgebern gelieferten Spannungsimpulse haben eine ausreichend lange Dauer, so daß mit ihrer Zuführung zum Schalter 49 die Hochspannungsquelle für einen genügend langen Teil des Arbeitszyklus¹ eingeschaltet wird, um die Funkendauer wesentlich über das bei herkömmlichen Schaltungen erreichte Maß hinaus zu verlängern. Die Figur 5 zeigt eine andere Zündschaltung, die den Anordnungen nach den Figuren 1 und 4 ähnlich ist. In Figur 5 sind diejenigen Teile, die Teilen der Anordnungen nach den Figuren 1 und 4 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen wie dort versehen. Ein magnetisches Zahnrad 50 dreht sich synchron mit einem funkengezündeten Motor 20 und bewirkt jedesmal einen Spannungsimpuls zunächst in einer Fühlspule 51 und kurze Zeit später in einer Fühlspule 52, wenn ein Zahn des Rades 50 an den Fühlspulen vorbeiläuft. Der frühere, an der Fühlspule 51 erscheinende Impuls wird auf die Schalteinrichtung 15 gegeben und bewirkt, daß ein Funke an der Funkenstrecke 14 überspringt. Derselbe Spannungsimpuls wird auch auf einen ersten Eingang 53 eines bistabilen Multivibrators 54 (Flipflop) gegeben und veranlaßt diesen Multivibrator, daß er von seinem Ausgang 55 ein Einschaltsignal an den Ein/Aus-Schalter 49 liefert. Wenn der Schalter 49 eingeschaltet ist, erzeugt die Hochspannungsquelle 12 eine gleichgerichtete Ausgangsspannung, die der an der Sekundärwicklung 11 der Zündspule T erscheinenden Spannung hinzugefügt wird. Die Hochspannungsquelle 12 liefert so lange eine Ausgangsspannung zur Aufrechterhaltung des Funkens an der Funkenstrecke 14, wie der Flipflop-Multivibrator 54 ein Ausgangssignal liefert. Wenn sich

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also das Rad 50 dreht, werden zu vorbestimmten Zeiten während jedes Arbeitszyklus¹ des Motors von diesem Rad ein erster und ein zweiter Spannungsimpuls hervorgerufen.

Der von der Fühlspule 52 erzeugte Spannungsimpuls,der dem von der Spule 51 erzeugten Impuls folgt, wird auf einen zweiten oder Rücksetzeingang 56 des Flipflop-Multivibrators 54 gegeben, um den Multivibrator in seinen ursprünglichen Zustand zurückzusetzen, bei welchem er an seinem Ausgang 55 kein Ausgangssignal an den Ein/Aus-Schalter 4-9 liefert. Man erkennt somit, daß in der Schaltungsanordnung nach Figur 5 ein erster oder ein Schaltimpuls den Flipflop-Multivibrator 54 ein Ausgangssignal erzeugen läßt und gleichzeitig die Schalteinrichtung 15 veranlaßt, den Stromfluß durch die Primärwicklung 10 der Zündspule T zu unterbrechen, um einen Funken an der Funkenstrecke 14 hervorzurufen. Ein zweiter oder Ausschaltimpuls von der Fühlspule 52 stellt den Flipflop-Multivibrator 54 zurück, um dessen Ausgangssignal zu beenden, womit die gleichgerichtete Hochspannung vom Ausgang der Hochspannungsquelle12 aufhört und der Funke an der Funkenstrecke 14 erlischt.

Die Figur 6 zeigt als Blockschaltbild die elementarste Form der Erfindung. Teile der Figur 6, die Teilen in den anderen Figuren entsprechen, sind mit demselben Bezugszeichen wie dort versehen. In der Zündeinrichtung nach Figur 6 veranlaßt der Zeitgeber 16 die Schalteinrichtung 15, den Stromfluß durch die Primärwicklung 10 der Zündspule T. zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während des Betriebs eines funkengezündeten Motors zu unterbrechen. Dies führt zu einem Funken an der Funkenstrecke 14.

Sobald an der Strecke 14 ein Funke überspringt, reicht die von der ständig eingeschalteten Hochspannungsquelle gelieferte Hochspannung aus, den Funken für eine relativ lange Zeitspanne am Erlöschen zu hindern. Der normale Arbeitszyklus des Motors wie z.B. das Auspuffen, Ansaugen oder Verdichten führt jedoch dazu, daß der Funke rechtzeitig vor dem gewünschten Auftreten

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des nächsten Zündfunkens erlischt.

Die Eigur 7 zeigt eine Einrichtung ähnlich derjenigen nach Figur 6 mit dem Unterschied, daß mehrere Zündkerzen 14-a, 14b, 14e Tmrt i4d zusätzlich mit einem Terteiler 57 vorgesehen sind. Das eine Ende der Sekundärwicklung 11 der Zündspule T. ist mit der Hochspannungsquelle 12 verbunden, während das andere Ende dieser Wicklung an einen Rotor 58 des Verteilers 57 angeschlossen ist. Der Verteilerrotor dreht sich synchron mit dem Motor 20, wie es mit der gestrichelten Linie 59 angedeutet ist, während die Abhängigkeit des Zeitgebers 16 von der Drehung des Motors 20 mit der gestrichelten Linie 60 angedeutet ist.

Wenn sich der Rotor 58 von einem Kontakt 60a zu einem Kontakt 60b bewegt, unterbricht er den von der Hochspannungsquelle 12 und der Wicklung 11 kommenden Stromweg,um den Funken an der Funkenstrecke 14a zu löschen. In ähnlicher Weise verlöschen die an den Funkenstrecken 14b, 14c und I4d überspringenden Funken, wenn sich der Rotor 58 von den Kontakten 60b bzw. 60c bzw. 6Od fortbewegt. Somit wird in der Anordnung nach Figur 7 die Dauer der Funken durch den Verteiler 57 gesteuert, der zwischen der Sekundärwicklung 11 und den Funkenstrecken 14a, 14b, 14c und I4d liegt, obwohl die Hochspannungsquelle 12 eine kontinuierliche Ausgangsspannung liefert.

Natürlich können die vorstehend beschriebenen Zündschaltungen verschiedene Änderungen und Abwandlungen erfahren, ohne den allgemeinen Gedanken und den Bereich der Erfindung zu verlassen, dessen Umfang in den Patentansprüchen darzustellen versucht wird« Beispielsweise kann für den Zeitgeber 16 statt der beschriebenen mit Kontakten oder mit magnetischer Impulserzeugung arbeitenden Geräte ein fotoelektrisches Gerät verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

Zündeinrichtung für eine Innenbrennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine spannungs—aufwärtstransformierende Spule (T_x.) mit einer Primärwicklung (10) und mit einer Sekundärwicklung (11),die ein erster Ende hat und ein zweites Ende aufweist, welches über eine Funkenstrecke (14) an eine gemeinsame Masse der Einrichtung angeschlossen ist, um an der Funkenstrecke einen Funken zu erzeugen, wenn der durch die Primärwicklung fließende Strom zu gesteuerten Zeiten periodisch unterbrochen wird; eine Anordnung (15, 16), welche der Primärwicklung einen periodisch unterbrochenen Strom zuführt; eine zwischen das erste Ende der Sekundärwicklung und die Masse geschaltete Quelle (12) für eine gleichgerichtete Hochspannung.

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung (16, 17), welche die Hochspannungsquelle (12) einschaltet, wenn der durch die Primärwicklung (10) fließende Strom ausgeschaltet wird, jedoch bevor der Funke an der Funkenstrecke aufhört, und welche die Hochspannungsquelle wesentlich später als zum normalen VerlöschungsZeitpunkt des Funkens abschaltet·

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Einschalten und Abschalten der Hochspannungsquelle (12) eine mit der Hochspannungsquelle gekoppelte Steuereinrichtung (17) enthält und einen Zeitgeber (16) aufweist, um der Steuereinrichtung zu bestimmten von der Umdrehung abhängigen Zeiten während des Betriebs der Kraftmaschine ein Zeitsignal zuzuführen·

4-, Zündeinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber ein Satz von Kontakten (18) ist, die sich

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in zeitlicher Beziehung zur Umdrehung der Kraftmaschine (20) öffnen und schließen.

5· Zündeinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (16) ein fotoelektrischer Schalter ist, der synchron mit der Kraftmaschine (20) betätigt wird,

6. Zündeinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (16) ein magnetischer Impulsgenerator ist.

7. Zündeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (17) eine Torschaltung (4-9) und einen monostabilen Multivibrator (4-8) mit mindestens einem Eingang und einem Ausgang enthält und daß der Eingang des monostabilen Multivibrators mit dem magnetischen Impulsgenerator (16) verbunden ist und daß der Ausgang des monostabilen Multivibrators mit der Torschaltung verbun den ist, die ihrerseits zur Steuerung mit der Hochspannungsquelle (12) gekoppelt ist·

8. Zündeinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (16) ein magnetischer Impulsgenerator (50» 51» 52) ist, der während jedes Betriebszyklus¹ der Kraftmaschine (20) erste und zweite Spannungsimpulse erzeugt; daß die Steuereinrichtung (1?) eine Torschaltung (4-9) und einen Flipflop-Multivibrator (5*0 mit einem ersten und einem zweiten Eingang (53 und 56) und einem Ausgang (55) enthält; daß der erste Eingang (53) des Flipflop-Multivibrators (54-) jeden der ersten Spannungsimpulse empfängt und der zweite Eingang (56) des Flipflop-Multivibrators jeden der zweiten Spannungsimpulse empfängt; daß der Ausgang(55)des Flipflop-Multivibrators mit der Torschaltung verbunden ist, die zur Steuerung mit der Hochspannungsquelle (12) gekoppelt ist.

9. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (12) für die gleichgerichtete Hochspannung

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einen. Rücklauf-Hochspannungsgenerator für Wechselspannung ttnxL einen Gleichrichter enthält.

10. Zündeinrichtung nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch eine Steueranordnung zum Ausschalten und Einschalten des Rücklauf-Hochspannungsgenerators und einen Zeitgeber, der zu vorbestimmten Zeiten während des Betriebs der Kraftmaschine ein.Zeitsignal an die Steueranordnung sendet·

11. Zündeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber einen Satz von Kontakten enthält, die sich in zeitlicher Beziehung zur Umdrehung der Kraftmaschine öffnen und schließen und die zwischen der gemeinsamen Masse und der Steueranordnung liegen.

12. Zündeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber ein magnetischer Impulsgenerator ist, der mit der Steueranordnung zu deren Steuerung gekoppelt ist.

13· Zündeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber ein magnetischer Impulsgenerator ist, der periodisch einen ersten Spannungsimpuls gefolgt von einem zweiten Spannungsimpulserzeugt; daß die Steueranordnung aus einer Torschaltung und einem Plipflop-Multivibrator mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang besteht, wobei der erste Eingang jeden der ersten Impulse und der zweite Eingang jeden der zweiten Impulse empfängt und der Ausgang mit der Steueranordnung verbunden ist, die mit der Hochspannungsquelle zu deren Steuerung gekoppelt ist.

Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (12) für die gleichgerichtete Hochspannung einen Oszillator (25) mit einer Rückkopplungsschaltung und einen Gleichrichter (2?) enthält; daß in der Rückkopplungsschaltung eine Torschaltung (Q^, Q₂,, Q₇) vorgesehen ist; daß ein Zeitgeber (16) vorgesehen ist, der die

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Torschaltung zu vorbestimmten Zeiten während des Betriebs der Kraftmaschine (20) öffnet, um ein Rückkopplungssignal in der Rückkopplungsschaltung entstehen zu lassen.

15· Zündeinrichtung nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (16) ein Satz von Kontakten (18) ist, die sich in zeitlicher Beziehung zur Umdrehung der Kraftmaschine (12) öffnen und schließen und die zwischen der gemeinsamen Masse (13) und dem Steueranschluß (23) der Torschaltung liegen.

16. Zündeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (16) ein magnetischer Impulsgenerator ist.

17. Zündeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen monostabilen Multivibrator mit mindestens einem Eingang und einem Ausgang enthält, wobei der Eingang mit dem magnetischen Impulsgenerator und der Ausgang mit einem Steueranschluß der Torschaltung verbunden ist.

18. Zündeinrichtung für einen funkengezündeten Motor,gekennzeichnet durch:

a) eine Zündspule (T-) mit einer Primärwicklung (10) und einer Sekundärwicklung (11);

b) mindestens eine Funkenstrecke (14-);

c) eine Quelle (12) für gleichgerichtete Hochspannung, die in Reihe mit der Sekundärwicklung der Zündspule und der Funkenstrecke geschaltet ist;

d) eine Stromschalteinrichtung (15)* die mit der Primärwicklung der Zündspule verbunden ist, um Strom durch diese Wicklung fließen zu lassen;

e) eine mit der Hochspannungsquelle verbundene Steuereinrichtung (17) zum Einschalten und Abschalten der

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Hochspannungsauelle;

f) einen Zeitgeber (16), der ein in Zusammenhang mit der Stellung des Motors stehendes Signal an die Schalteinrichtung und an die Steuereinrichtung liefert, um die Schalteinrichtung zu veranlassen, den durch die Primärwicklung der Zündspule fließenden Strom zu unterbrechen, und um die Steuereinrichtung zu veranlassen, die Hochspannunssquelle für einen vorbestimmten Teil jedes "Betriebszyklus' des Motors einzuschalten.

19· Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Sekundärwicklung (11) der Zündspule (T.) und eine Vielzahl von Funkenstrecken (14a bis 1M) ein Verteiler (57) geschaltet ist, um in einer mit der der Drehung des Motors in Beziehung stehenden vorbestimmten Folge Stromwege zwischen der Sekundärwicklung und verschiedenen der Funkenstrecken herzustellen und zu unterbrechen.

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