DE2723781A1

DE2723781A1 - Zuendanlage mit einer mechanisch nicht bewegten hochspannungsverteilung

Info

Publication number: DE2723781A1
Application number: DE19772723781
Authority: DE
Inventors: Ernst-Olav Dr Pagel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-05-26
Filing date: 1977-05-26
Publication date: 1978-12-07
Also published as: JPS53147136A; FR2396175A1; US4167928A

Description

27.¹J-1977 Vo/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Zündanlage mit einer mechanisch nicht bewegten Hochspannungsverteilung

Zusammenfassung

Es wird eine Zündanlage mit einer mechanisch nicht bewegten Hochspannungsverteilung vorgeschlagen, die dazu dient, die durch die Zündanlage erzeugte Hochspannung ohne mechanisch bewegte Vorrichtung auf mehrere Zündstrecken, insbesondere Zündkerzen einer Brennkraftmaschine, zu verteilen. Die Zündanlage umfaßt wenigstens zwei, durch elektrische Schalter gesteuerte Zündspulen, wobei jeder Zündspule wenigstens eine Zündstrecke, bzw. Zündkerze, zugeordnet ist. Ein elektrischer Schalter hoher Schaltleistung ist in Reihe zu der Parallelschaltung der Primärwicklungen der Zündspulen geschaltet, wobei in Reihe zu jeder Primärwicklung ein gesonderter Schalter geringer Schaltleistung vorgesehen ist. Diese Schalter geringer Schaltleistung werden nur im sperrenden Zustand des elektrischen Schalters hoher Schaltleistungen betätigt.

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Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage mit einer mechanisch nicht bewegten Hochspannungsverteilung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Zündanlage aus dem SAE-Paper Nr. 760 265, 23. bis 27. Februar 1976, Seite 11, bekannt. Die dort gezeigte Anordnung für eine Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine benötigt zwei Zündspulen, von denen jede jeweils gleichzeitig Zündfunken an zwei Zündkerzen erzeugt. Dieses Verhalten stört nicht, da sich immer nur in einem der beiden Zylinder ein zündfähiges Gemisch befindet. Der jeweils andere Zylinder befindet sich in der Ausstoßphase. Man benötigt daher für eine Brennkraftmaschine mit η Zylindern n/2 Zündspulen. Jeder dieser Zündspulen muß ein,Leistungstransistor zugeordnet werden, der sehr teuer ist. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit vielen Zylindern ist dieses Prinzip daher aus Kostengründen nicht akzeptabel.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß nur ein einziger Leistungstransistor zur Ansteuerung einer beliebigen Anzahl von Zündspulen eingesetzt werden muß. Die Schalttransistoren in den parallel geschalteten Primärstromkreisen der Zündspulen brauchen keine hohe Schaltleistung und keine hohe Kollektorsperrspannung besitzen, da diese Transistoren nur im stromlosen Zustand bei gesperrtem Leistungstransistor geschaltet werden, wodurch keine induzierten Spannungsspitzen auftreten. Die im Zündmoment entstehende hohe Kollektorspannung am Leistungstransistor wird durch Dioden abgeblockt. Lediglich diese Dioden müssen die hohe Abschaltspannungsspitze vertragen. Anstelle eines Schalttransistors mit Diode können auch Thyristoren eingesetzt werden, da diese Bauelemente in Sperrichtung eine hohe Sperrspannung besitzen. Durch die Verwendung

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eines einzigen Leistungstransistors auch bei vielzylindrischen Brennkraftmaschinen ergibt sich einmal eine kostengünstige Endstufe und weiterhin die Möglichkeit der Verwendung einer einzigen Schließwinkel-Steuervorrichtung, bzw. einer einzigen Zündwinkel-Berechnungsstufe.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündanlage möglich. Besonders vorteilhaft ist es, mehrere Zündspulen auf einen einzigen, mehrschenkligen Transformatorenkern aufzubringen. Dabei sollte der magnetische Widerstand im Mittelschenkel, durch den der Fluß sämtlicher Spulen hindurchgeht, klein sein im Vergleich zum magnetischen Widerstand der Seitenschenkel. Hierdurch kann der Streufluß durch die zweite Spule klein gehalten werden, und somit auch die in dieser Spule induzierte Spannung.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine, Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Sechs-Zylinder-Brennkraftmaschine und Fig. k eine Anordnung mehrerer Zündspulen auf einem Kern.

Beschreibung der Erfindung

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist eine vorzugsweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundene Geberanordnung mit einer vorzugsweise als Schmitt-Trigger ausgebildeten

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Impulsformerstufe 11 verbunden. Die Geberanordnung 10 ist in der Darstellung als induktiver Geber ausgebildet, jedoch ist z.B. auch eine Ausführung als Unterbrecherkontakt, als Hall-Geber oder als optischer Geber möglich. Der Ausgang der Impulsformerstufe 11 ist mit dem Vorsetzeingang S eines D-Flipflops 12 verbunden und dient zur einmaligen Synchronisierung des Flipflops 12 am Anfang des Betriebes, bzw. bei einer Störung. Arbeitet das Flipflop störungsfrei, ist immer gewährleistet, daß das Flipflop den logischen Zustand "1" beim Eintreffen der Marke des Gebers 10 beinhaltet.

Ein Ausgang des Flipflops 12 ist mit dem Steuereingang eines ersten Schalttransistors 1*1 und der zweite, komplementäre Ausgang des Flipflops 12 mit dem Steuereingang eines weiteren Schalttransistors 15 sowie mit dem D-Eingang des Flipflops 12 verbunden. Eine mit dem positiven Pol einer Versorgungsspannungsquelle verbundene Klemme 16 ist über die Reihenschaltung der Schaltstrecke des Transistors 14 mit einer Leistungsdiode 17 und der Primärwicklung einer ersten Zündspule 18 mit dem Kollektor eines Leistungstransistors 19 verbunden. Parallel zur Reihenschaltung 14, 17, 18 ist eine weitere Reihenschaltung der Schaltstrecke des Schalttransistors 15 mit einer weiteren Leistungsdiode 20 und der Primärwicklung einer zweiten Zündspule 21 geschaltet. Die beiden Anschlüsse der beiden Sekundärwicklungen der Zündspulen 18, 21 sind jeweils über zwei Zündstrecken 22, 23 bzw. 24, 25 mit Masse verbunden. Die Zündstrecken 22 bis 25 sind bei einer Brennkraftmaschine als Zündkerzen ausgebildet.

Der Ausgang der Impulsformerstufe 11 ist über eine elektronische Gebermarken-Erzeugungsstufe 13 sowie über ein Schaltgerät einer beliebigen, üblichen, elektronischen Zündanlage,

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26, insbesondere Transistorzündanlage, mit dem Steuereingang des Leistungstransistors 19 verbunden, dessen Emitter an Masse angeschlossen ist. Weiterhin ist der Steuereingang des Leistungstransistors 19 mit dem Takteingang C des Flipflops 12 verbunden. Eine elektronische Gebermarken-Erzeugungsstufe 13 ist z.B. aus der DT-OS 23 29 046 bekannt und dient zur elektronischen Erzeugung weiterer Gebermarken, wie sie für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen benötigt werden. Die im ersten Ausführungsbeispiel gezeigte Anordnung für eine Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine benötigt zwei, zueinander um l80° versetzte Gebersignale. Die Erzeugung von Gebersignalen in bestimmten Winkelabständen kann natürlich auch durch Gebermarken des Gebers 10 selbst erfolgen. Eine elektronische Zündanlage 26 kann z.B. eine Zündwinkel-Berechnungsstufe aufweisen, wie sie aus der DT-OS 2 501 843 (US-Anmeldung 660 858 vom 24.2.1976) bekannt ist; weiterhin kann vorzugsweise auch eine Schließwinkel-Steuervorrichtung enthalten sein, wie sie aus der DT-OS 22 44 781, bzw. aus der entsprechenden US-PS 3 88I bekannt ist. Eine Vorrichtung zur Einstellung des Zündwinkels kann auch in üblicher, mechanischer Ausführung in der Gebervorrichtung 10 enthalten sein.

Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels soll im folgenden anhand des in Fig. 2 dargestellten Signaldiagramms erläutert werden. Durch jedes Zündsignal (Rückflanke des Signals E) am Takteingang C ändert sich der logische Zustand des rückgekoppelten Flipflops 12. Dadurch werden an den beiden komplementären Ausgängen abwechselnd Signale B und D erzeugt. Für Brennkraftmaschinen mit mehr als vier Zylindern ist eine logische Anordnung mehrerer Flipflops erforderlich, um die Signale auf eine entsprechende Anzahl Schalttransistoren zu verteilen. Durch die Signale B, D ist immer einer der beiden Schalttransistoren 14, 15 stromleitend und der andere gesperrt. Während eines Schließwinkel-Signals E des elektronischen Steuergeräts 26 ist der Leistungstransistor 19 stromleitend und baut in einer der beiden Zündspulen l8, 21 ein magnetisches Feld auf. Am Ende eines Signals E sperrt der Leistungstransistor

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19 und löst durch eine der beiden Zündspulen 18, 21 Zündvorgänge entweder in den Zündkerzen 22 und 23 oder in den Zündkerzen 2k, 25 aus.

Wesentlich für die Funktion ist es, daß während des Schaltvorgangs einer der Schalttransistoren Ik, 15 der Leistungstransistor 19 gesperrt ist, so daß die Transistoren I¹I, 15 immer im stromlosen Zustand schalten.

Die Leistungsdiode 17» 20 halten die im Zündmoment entstehende hohe Kollektorspannung am Leistungstransistor 19 von den Transistoren Ik, 15 ab. Diese Dioden 17, 20 müssen für die hohe Abschaltspannungspitze ausgelegt sein.

Das in Fig. 3 dargestellte, zweite Ausführungsbeispiel einer Zündungsendstufe ist für eine Sechs-Zylinder-Brennkraftmaschine vorgesehen. Die Beschaltung der beiden Zündspulen 18, 21 mit dem Leistungstransistor 19 ist analog dem ersten Ausführungsbeispiel, jedoch sind die beiden Transistor-Dioden-Kombinationen Ik, 17, bzw. 15, 20 durch Thyristoren 30, 31 ersetzt. Ein weiterer Thyristor 32 und eine dritte Zündspule 33 sind als drittes System parallel zu den beiden anderen geschaltet. Die Sekundärwicklung der dritten Zündspule 33 ist mit zwei Zündstrecken J>k, 35 verbunden. Eine mit dem Steuereingang des Leistungstransistors 19 verbundene Klemme 36 ist mit dem Schaltgerät 26 der elektronischen Zündanlage verbunden. Die mit den Steuerelektroden der Thyristoren bis 33 verbundenen Klemmen 37 bis 39 sind z.B. mit einer Verknüpfungsschaltung mehrerer Flipflops, insbesondere mit einer Zähler-Dekoder-Kombination verbunden, wie sie z.B. als Bauteil SN 7^ 1^2 im Handel erhältlich ist. Dabei gibt das Signal A wieder eine Anfangsbedingung vor, und die Rückflanken der Signale E wirken als Taktimpulse. Die Deko-

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dierausgänge steuern die einzelnen Schalter 30 bis 32. Auf diese Weise kann eine praktisch beliebige Anzahl von Zündspulen nacheinander betätigt werden.

In Fig. 4 ist die Anordnung zweier Zündspulen l8, 21 auf einem gemeinsamen Eisenkern 40 gezeigt. Dabei weisen zwei rechteckförmige Teilkerne ¹Jl, 42 einen gemeinsamen Mittelschenkel 43 auf. Die Zündspulen 18, 21 weisen Primärwicklungen I8O bzw. 210 und Sekundärwicklungen I8I bzw. 211 auf. Der Primärfluß z.B. der Zündspule l8 wird im wesentlichen durch den Mittelschenkel 43 fließen bis auf einem geringen Streufluß durch den Teilbereich 42 des Gesamtkerns. Der magnetische Widerstand des Mittelschenkels 43 muß dazu klein sein im Vergleich zum magnetischen Widerstand der Seitenschenkel. Wird der Primärstrom in der Spule l8 unterbrochen, so reicht der Streufluß durch den Kernbereich 42 nicht aus, um in der Sekundärwicklung 211 eine Zündspannung zu erzeugen, wohl aber in der Sekundärwicklung I8I. Für die Zündspule 21 gelten die gleichen Überlegungen.

Weitere Teilkernbereiche können sich bei einer erforderlichen dritten oder weiterer Zündspulen z.B. sternförmig um den Mittelschenkel 43 anordnen.

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Claims

27-4.1977 Ve/Hm ROBERT BOSCH GHBH, 7OOO STUTTGART 1 Ansprüche

1. Zündanlage mit einer mechanisch nicht bewegten Hochspannungsverteilung, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit wenigstens zwei, durch elektrische Schalter gesteuerte Zündspulen, wobei jeder Zündspule wenigstens eine Zündstrecke zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Schalter (19) hoher Schaltleistung in Reihe zu der Parallelschaltung der Primärwicklungen der Zündspulen (18, 21, 33) geschaltet ist, wobei in Reihe zu jeder Primärwicklung ein gesonderter Schalter (I¹I, 15, 30, 31, 32) geschaltet ist, der nur im gesperrtem Zustand des elektrischen Schalters (19) hoher Schaltleistung betätigbar ist.

2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Schalter (14, 15) geringer Schaltleistung zwischen diese und die Primärwicklungen der Zündspulen (18, 21) jeweils eine Diode (17, 20) geschaltet ist.

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3. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter geringer Schaltleistung als Thyristoren (30, 31, 32) ausgebildet sind.

4. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit zwei Zündspulen, insbesondere für eine Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden, den Zündspulen (18, 21) zugeordneten Schalter (1*1, 15) durch eine Schaltvorrichtung (12) mit komplementären Ausgangssignalen steuerbar sind, die durch eine rotierende Geberanordnung (10) synchronisierbar ist.

5. Zündanlage, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zündspulen (l8, 21) auf einem einzigen, mehrschenkligen Transformatorenkern (40) aufgebracht sind.

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