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Funkenzündungssystem für Brennkraftmotor
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Die Erfindung betrifft ein Funkenzündungssystem für einen Brennkrafmtotor.
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Ein System gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Kombination
von motorbetriebenen Mitteln zum Initiieren jedes Funken und auf eine oder mehrere
Motorbetriebsgrößen ansprechenden Steuermitteln zum Verlängern jedes Funken unter
bestimmten Motorbedingungen.
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In einer Anordnung entlädt ein Kondensator in die Primärwicklung einer
Zündspule zum Initiieren des Funken und wird dann in einen Resonanzkreis eingeschaltet,
zu dem die Wicklung ehört, um den Funken unter den Motorbedingungen zu verlängern.
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In einer anderen Anordnung wird Energie abwechselnd in zwei Induktoren
gespeichert, die unter den bestimmten Motorbedingungen abwechselnd mit einer Zündkerze
verbunden werden, um den Funken zu verlängern.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind: Fig. 1
bis 3 Schaltbilder, die Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen.
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Gemäß Fig. 1 ist der Minuspol einer Batterie 11 eines Kraftfahrzeugs
an Masse angelegt, und der Peluspol ist mit einer
Versorgungsleitung
12 verbunden. Die Leitung 12 ist mit einem Ende jeder von zwei Primärwicklungen
13, 14 verbnnden, die Teile von Zündspulen 15 bzw. 16 bilden. Die Spulen 15 und
16 enthalten Sekundärwicklungen 17 und 18, und ein Ende der Wicklung 17 ist durch
eine Mehrahl von reihengeschalteten Dioden 19 mit einem herkömmlichen Verteiler
21 v rbunden, der den Zündkerzen 23 des Motors nacheinander Funken zuführt. xin
Ende der Wicklung 18 ist in gleicher Weise durch einen Satz reihengeschalteter Dioden
23 mit dem Verteiler 21 verbunden, wobei die Dioden 19 und 23 die Sekundärwicklungen
voneinander trennen. Die anderen Enden der Wicklungen 13 und 17 sind miteinander
und mit dem Kollektor eines n-p-n-Transistors 24 verbunden, und die anderen Enden
der Wicklungen 14, 18 sind miteinander und mit dem Kollektor eines n-p-n-Transistors
25 verbunden. Die Smissionselektroden der Transistoren 24 und 25 sind an Masse angelegt,
zur Emissionselektrode und zur Steuerelektrode des Transistors 24 sind ein Widerstand
26 und eine Diode 27 in Parallelschaltung parallelgeschaltet, und zur Emissionselektrode
und zur Steuerelektrode des Transistors 25 sind ein Widerstand 28 und eine Diode
29 in Parallelschaltung parallelgeschaltet.
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Die Leitung 12 ist weiter durch eine Reihenschaltung an Masse angelegt,
zu der ein Widerstand 31, ein motorbetriebener Kontaktunterbrecher 32 und ein Widerstand
33 gehören. Die Verbindung zwischen dem Kontaktunterbrecher 32 und dem Widerstand
33 ist mit der Steuerelektrode eines n-p-n-Transistors 34 verbunden, dessen Emissionselektrode
an Masse angelegt ist und dessen Kollektor über einen Widerstand 35 mit dem Kollektor
des Transistors 24 verbunden sind.
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Die Steuerelektroden der Transistoren 24 und 25 sind mit einem Signalgeber
36 verbunden, der eine Rechteckwellenform erzeugt, derart, daß dann, wenn ein Transistor
24 oder 25 a ngeschaltet ist, der andere ausgeschaltet ist. Der Geber 36 ist zwischen
die Leitung 12 und Masse geschaltet, und eine Triggerverbindung ist zum Geber von
der Leitung 12 aus durch den Widerstand 31
her,estellt, und er kann
nur arbeiten, wenn der Kontaktunterbrecher 32 offen ist, weil dann, wenn der Kontaktunterbrecher
32 schließt, die positive Triggerversorgung vom Geber 36 weggenommen wird. Ferner
empfängt der Geber 36 einen weiteren Eingang von einer Steuervorrichtung 37, die
zwischen die Leitung 12 und Masse geschaltet ist. Die Vorrichtung 37 erhält Ein-Gänge
von liotorbetriebsgrößenwandlern in einer Weise, die noch zu beschreiben sein wird.
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Die Zündspule 15 kann als die Hauptzündspule für das Funkenzündungssystem
angesehen werden, und wenn für den Moment der Geber 36 außer acht gelassen wird,
ist die Arbeitsweise die folgende. Wenn der Kontaktunterbrecher 32 sc}dießt, fließt
Strom durch den Widerstand 31, um den Transistor 34 einzuschalten, so daß Strom
von der Leitung 12 durch die Primärwicklung 13, den Widerstand 35 und den Transistor
34 zur Masse fließt.
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Wenn der Kontaktunterbrecher öffnet, schaltet sich der pransistor
34 ab, und ein Funken wird in der üblichen Weise erzeugt.
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Unter diesen Umständen hängt die Funkendauer von der Energie ab, die
in der Wicklung 13 gespeichert worden ist.
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Um die Abgasverschmutzung zu kontrollieren, ist es erforderlich, daß
sichergestellt wird, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch immer zufriedenstellend gezündet
wird. Es gibt Umstände, bei denen das Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht homogen ist,
und 1mter solchen Umständen ist es möglich, daß die Funkendauer in einer herkömmlichen
Zündspule nicht ausreicht, um sicherzustellen, daß eine Zündung vonstattengeht.
Der Zweck der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist der, eine Verlängerung des Funken
bis zu einer IIöchstdauer zu ermöglichen, die gleich der Zeitdauer ist, während
der der Kontaktunterbrecher 32 offen ist. Wenn also der Kontaktunterbrecher 32 zum
erstenmal öffnet, wird der Funken durch die Zündspule 15 initiiert, wie das erläutert
wodrden ist. Zur gleichen Zeit beginnt der Geber 36 zu arbeiten und schaltet den
Transistor 25 ein, so daß Energie in der Wicklung 14 gespeichert wird. Zu einer
Zeit erheblich vor dem Ende des normalen Funken schaltet der Geber 36 den Transistor
25
aus und den Transistor 24 ein. Zu diesem Zeitpunlct ist immer noch etwas Energie
in der Wicklung t3 espeichert, aber die Zündspule 16 liefert nun Energie an die
Kerze, während die volle Enerfrie wieder in der Wicklung 13 gespeichert wird.
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Nach einer weiteren Zeitdauer, jedoch erheblich vor Abfließen der
gesamten Energie, die in der Wicklung 14 gespeichert worden ist, schaltet sich der
Transistor 24 ab, und der Transistor 25 schaltet sich ein, so daß die Zündspule
15 den Funken erzeugt, während die Zündspule den vollen Energiewert in ihrer Primärwicklung
14 erneut entstehen läßt. Der Funken wird also verlängert, und er wird weiter an
der Kerze erzeugt bis sich der Kontaktunterbrecher 32 wieder schließt, außer wenn
wahrend der Zeit, während der der Kontalstunterbrecher 32 offen ist, die Steuervorrichtung
37 einen Eingang an den Geber 36 liefert, um die Funktion des Gebers 36 zu beenden.
Die 3edinn';en, unter denen das geschieht, werden für den betreffenden Motor bestimmt,
der gesteuert wird. Es versteht sich, daß die Vorricntung 37 eine einfache Logikanordnung
sein kann, die Eingänge von verschiedenen Wandlern empfängt und den Geber 36 außer
Funktion setzt, wenn die Eingänge bestimmte Werte oder Bereiche haben.
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Es versteht sich, daß jedesmal mit dem Öffnen des Kontaktunterbrechers
32 und bei Einschalten des Transistors 25 zum erstenmal keine Energie in der Wicklung
14 gespeichert wird. Aus diesem Grund muß jedesmal dann, wenn der Kontaktunterbrecher
öffnet, der erste Ausgangsimpuls vom Geber 36 länger als die übrigen Ausgangsimpulse
vom Geber 36 sein. Zu diesem Zweck besteht der Signalgeber 36 in einem typischen
Beispiel aus einer monostabilen Schaltung und einem Rechteckwellenimpulsgeber. Der
Triggerimpuls betätigt die monostabile Schaltung, um einen Ausgangsimpuls bestimmter
Länge entstehen zu lassen, und wenn dieser Impuls endet, arbeitet der Rechteckwellengeber,
um die übrigen Impulse zu liefern, deren Länge etwas kürzer ist, um die Tatasache
in Betracht zu ziehen, daß bereits etwas Energie in der Wicklung 14 gespeichert
ist. Zu beachten ist, daß ein Rechteckwellenimpulsgeber
gegenüber
einem Geber mit quadratischer wellenform bevorzugt wird, weil dann, wenn ein Quadratwellenausranr;
geliefert wird, nachdem eine monostabile Schaltung in Betrieb gewesen ist, die Transistoren
24 und 25 und deren zugehörige Bauteile abgeglichen werden müssen, wenn jede Hälfte
des Kreises gleich zum Funkenstrom beitragen soll. Indem sichergestellt wird, daß
einer der Transistoren 24, 25 etwas länger als der andere eingeschaltet ist, wird
die Ausführung der Schaltung vereinfacht.
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Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung arbeitet in vieler Hinsicht in gleicher
Weise wie die nach Fig. 1, und gleiche Bauteile haben die gleichen Bezugszahlen
erhalten. Hier ist eine einzige Ziindspule 94 mit einer Primärwicklung 43 und einer
Sekundärwicklung 45 vorgesehen, von der ein Ende mit den Kerzen 22 durch den Verteiler
21 verbunden ist und das andere Ende über einen Widerstand 51 an Hasse angelegt
ist. Die Wicklungen 13 und 14 in Fig. 1 sind nun Energiespeicherinduktoren, und
deren obere sonden sind mit den inden der Wicklung 43 durch Dioden 41 und 42 verbunden,
obgleich die Diode 42 auch weggelassen werden kann. Der Widerstand 35 ist zum Kollektor
des Transistors 24 durch die Diode 41 zurückgeführt. Die Reihenschaltung aus der
Diode 41 und der Wicklung 13 liegt parallel zu drei Widerständen 52, 53, 54 in Reihe,
wobei der Widerstand 52 zum Anodenj1orweg eines Thyristors 55 parallelgeschaltet
ist, dessen Kathode mit der Verbindung zwischen den Widerständen 53 und 54 verbunden
ist. Die Reihenschaltung aus der Diode 42 und der Wicklung 14 liegt parallel zu
drei Widerständen 56, 57, 58 in Reihe, wobei der Widerstand 56 zum Anoden-Torweg
eines Thyristors 59 parallelgeschaltet ist, dessen Kathode mit der Verbindung zwischen
den Widerständen 57, 58 verbunden ist.
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Während in Fig. 1 die Wicklungen 13 und 14 ihre Energie zu ihren betreffenden
Sekundärwicklungen 17, 18 überleiten, eleiten in Fig. 2 die Wicklungen 13 und 14
ihre Energie zu den Kerezen über die Zündspule 44. Abgesehen davon ist die Arbeitsweise
ähnlich
der nach Fig. 1. Der Signalgeber 36 besteht wiederum aus einer monostabilen Schaltung
zusammen mit einem Rechteckwellengeber, und wie zu sehen ist, ist eine Rückkopplungsverbindung
zum Geber 36 vom Widerstand 51 vorgesehen, um das Impulstastverhältnis des Rechteckwellenausgangs
zu ändern, um für eine automatische Kompensation für Stromstärkenänderungen zu sorgen.
Die Thyristoren 55, 59 und die zugeordneten Widerstände schützen die Transistoren
2t, 25.
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Es versteht sich, daß eine Reihe von Abwandlungen in den beschriebenen
Anordnungen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann es während des Andrehens
wünschenswert sein, einen Teil des Widerstands 35 oder den ganzen Widerstand 35
und einen Teil des Widerstands 31 kurzzuschließen, um für einen zufriedenstellenden
Initialfunken zu sorgen. Gleichzeitig kann es zweckmäßig sein, die Arbeitsfrequenz
des Gebers 36 zu verringern, so daß die Stromstärken in den Wicklungen 13 und 14
im wesentlichen konstant gehalten werden. Obgleich in Fig. 1 und 2 außerdem ein
Kontaktunterbrecher 32 gezeigt ist, kann das Timing auch rein elektronisch erfolgen,
wobei ein Signal vom Computer 37 die Funktion des Signalgebers 36 triggert, der
dann einen dritten Ausgang zum Schalten des Transistors 24 er zeugt, um damit den
Transistor 34 entfallen zu lassen.
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In dem in Fig. 3 gezeigten Ausfünrungsbeispiel ist der Minuspol einer
Fahrzeugbatterie 61 mit einer Versorgungsleitung 62 verbunden, die an Masse angelegt
ist, und der Pluspol derBYatterie ist mit einem Stromversorgungskreis 63, einem
Oszillator 64 und einer Steuereinheit 65 verbunden. Der Kreis 63 liefert eine geschaltete
Stromversorgung an eine 300-Volt-Stromleitung 66 und eine weitere Stromversorgung
an eine 100-Volt-Stromleitung 67. Die Spannung an der Leitung 67 wird durch einen
Kondensator 68 stabilisiert, der zwischen die Leitungen 67, 62 geschaltet ist, und
die Leitung 67 ist mit dem Kollektoren zweier n-p-n-Transistoren 69, 71 verbunden,
wobei der Transistor 69 mit seiner Steuerelektrode und Emissionselektrode durch
eine Sekundärwicklung 72 einer Spule 73 zusammengeschlossen
ist,
deren Primärwicklung 74 mit dem Ausgang des Oszillators 64 verbunden ist. Die Emissionselektrode
des '£ransistors 69 ist mit der Steuerelektroede des Transistors 71 und weiter über
einen Widerstand 75 mit der Ernissionselektrode des Transistors 71 verbunden. Die
Emissionselektrode des Transistors 71 ist weiter mit einem Punkt in der Schaltung
verbunden, der zweckmäßig durch die Bezugszahl 76 bezeichnet ist, und der Punkt
76 ist mit den Kollektoren zweier n-p-n-Transistoren 77, 78 verbunden. Die Steuerelektrode
und die Emissionselektrode des Transistors 77 sind durch eineweitere Sekundärwicklung
79 der Spule 73 miteinander verbunden, die Emissionselektrode des Transistors 77
ist mit der Steuerelektrode des Transistors 78 und weiter mit der Emissionselektrode
des Transistors 78 über einen Widerstand 81 verbunden, und die Emissionselektrode
des Transistors 78 ist mit der Leistung 62 verbunden. Der Punkt 76 ist mit dem Kollektor
des Transistors 71 über eine Diode 82 und mit dem Kollektor des Transistors 78 über
eine Diode 83 und weiter mit der Leitung 62 durch eine Reihenschaltun; verbunde,
zu der ein Kondensator 84, die Primärwicklung 85 einer Zündspule 86, deren Sekundärwicklung
87 mit den Kerzen nacheinander in der üblichen Weise verbunden wird, und der Anoden-Kathodenweg
eines Thyristors 88 gehören, zu dem eine Diode 89 parallelgeschaltet ist. Das Tor
des Thyristors 88 ist über einen Widerstand 91 mit der Leitung 62 verbunden.
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Die Steuereinheit 65 erzeugt einen Ausgang an zwei Leitungen 92, 93,
und die Anordnung ist eine solche, daß immer dann, wenn ein positiver Ausgang an
einer der Leitungen 92, 93 vorhanden ist, ein negativer Ausgang an der anderen Leitung
92, 93 vorhanden ist. Zu beachten ist, daß die positive Flanke der Spannungswellenform
an der Leistung 93 etwas in bezug auf die an der Leitung 92 verzögert werden muß,
um eine ausreichende Zeit für ein Abschalten des Thyristors 88 sicherzustellen,
ehe die Leitung 66 positiv wird. Die Leitung 92 liefert einen Eingang zum Oszillator
64, und sie ist auch mit dem Tor des Thyristors 88 gekoppelt. Die Leitung 93 liefert
eAen Eingang zum Kreis 63, und sie ist außerdem mit der Steuerelektrode des
thyristors
78 verbundene Die Einheit 65 empfängt Eingangssignale vom Motor, und in dem Augenblick,
in dem ein Funken berinnen soll, treibt die Einheit 65 die Leitung 92 ins Positive
und die Leitung 93 ins Negative. Unter bestimnrten Motorbedingungen kann die Dauer
des Funken verlängert werden, und die einheit 65 bestimmt die benötigte Funkenlänge
und treibt die Leitung 92 ins Negative und die Leitung 93 ins Positive, wenn der
Funken enden soll.
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Um die Arbeitsweise zu verstehen, sei die Situation unmittelbar vor
dem Positivwerden der Leitung 92 zum Erzeugen eines Funken betrachtet. In dieser
Phase arbeitet der Oszillator 64 nicht, weil die Leitung 92 nicht unter positiver
Spannung steht, und der Thyristor 88 ist abgeschaltet. Die Bettung 93 steht unter
positiver Spannung, und damit ist der Transistor 78 eingeschaltet, und der Stromversorgungskreis
63 wird geschaltet, um die Leitung 66 mit Strom zu versorgen. Der Transistor 77
ist abgeschaltet, und der Kondensator 84 wird durch einen Widerstand 94, der die
Leitung 66 mit der Anode des Thyristors 88 koppelt, die Wicklung, 85, den Punkt
76 und den Transistor 78 geladen. Wie zu sehen ist, wird der Kondensator 84 auf
etwa 300 Volt aufgeladen.
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In dem Moment, in dem ein Funken benötigt wird, wird die Leitung 92
positiv, und die Leitung 93 wird negativ. Die Stromzuleitung zur Leitung 66 hört
auf, und der Transistors 78 schaltet sich aus. Das positive Signal an der Leitung
92 startet den Oszillator 64 und schaltet auch den Thyristor 88 ein.
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Der Oszillator schaltet die Transistoren 69, 71 ein, so daß der Punkt
76 mit der 100-Volt-Stromleitung 67 verbunden wird, und die Spannung an der Primärwicklung
85 steigt sofort auf etwa 400 Volt. Der Kondensator 84 entlädt sich schnell durch
die Primärwicklung 85, den Thyristor 88 und den Transistor 71, um einen Funken erheblicher
Energie entstehen zu lassen. Die Oszillation geht durch die Wicklung; 85, die Diode
89 nnd die Diode 82 weiter, nm die Ladung am Kondensator 84 umzukehren, um den Thyristor
88 abzuschalten und um den Funken zu verlängern.
Mi diesein Punkt
schaltet der Oszillator 64 jedoch den Transistor 69 und den Transistor 71 aus und
schaltet die Transistoren 77 und 78 ein. Der Kondensator 84 entlädt sich nun durch
die Transistor 78, die Diode 89 und die Primärwicklung 85, um den Funken zu verlängern,und
er lädt sich umgekehrt durch den Thyristor 88 wieder auf, der nun wieder leiten
kann, weil er vorgespannt ist. Diese Arbeitsfolge setzt sich fort, solane die Einheit
65 einen Ausgang erzeugt, und damit wird die Dauer eines Funken um ein Maß verlängert,
das von den Eingängen zur Einheit 65 bestimmt wird.
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Die Funkenstromstärke kann durch Frequenzmodulation des Oszillatorausganas
gesteuert werden, um damit die effektive Impedanz zu ändern, die de Oszillator geboten
wird.
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Die Spannungsüberschwingung als Folge der Resonanz der Spulensekundärkapazität
mit Leckinduktivität kann benutzt werden, um eine lückspannung zu liefern, wenn
die Funkenstromstärke schwankt. Wenn jedoch ein Quadratwellenoszillator fixer Frequenz
benutzt wird, kann jedoch durch Wählen einer Frequenz, die ein Drittel der Eigenfrequenz
der Sekundärkapazität und eckinduktivität ist, die Rückspannung erhöht werden. In
diesem Fall kann die Funkenstromstärke dadurch geändert werden, daß zusatzlicher
Reihenwiderstand in den Primärwicklungskreis der Spule eingeführt wird.