DE2759153A1

DE2759153A1 - Stromgeregelte zuendeinrichtung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2759153A1
Application number: DE19772759153
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Schiele; Richard Dipl Ing Schleupen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-12-31
Filing date: 1977-12-31
Publication date: 1979-07-19
Also published as: JPS5496637A; US4231348A; DE2759153C2; JPS6211182B2; GB1601785A

Description

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Stani der Technik

Es ist eine Zündeinrichtung bekannt (DT-AS 2 244 781), die eine befriedigende Regelung der Stromflußdauer zum Aufbau des Magnetfeldes in der Zündspule mit Hilfe einer Schließwinkelsteuerung erzielt. Mit der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung wird ein der Motordrehzahl angepaßter Schließwinkel und damit eine dem Schließwinkel entsprechende Schließzeit erhalten, so daß der Schließwinkel mit steigender Motordrehzahl zunimmt und mit fallender Drehzahl abnimmt. Die bekannte Zündeinrichtung hat den Nachteil, daß lediglich eine drehzahlabhängige Regelung der Stromflußdauer erfolgt, während Änderungen in der Zündspannung und der Entladedauer bei unterschiedlichen Belastungen des Motors, bei erhöhter kapazitiver Last oder Verschmutzungen an den Zündkerzen nicht berücksichtigt werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat im wesentlichen die Vorteile, daß aufgrund der Stromregelung mit überlagerter Funkendauerregelung, die eine Mindestfunkendauer einstellt, die Zündeinrichtung vor allem auch bei unterschiedlichen Belastungen des Motors und bei erhöhter kapazitiver Last infolge unterschiedlicher Kabelkapazitäten oder abgefallener Zündkabel und bei Verschmutzungen an den Kerzen infolge des zu verbrennenden Kraftstoffgemisches einwandfrei arbeitet, so daß keine Zündaussetzer auftreten. Darüber hinaus wird die Zündeinrichtung durch den Verpolschutz besonders geschützt, ohne daß im wesentlichen zusätzliche Verluste im Primärstromkreis des Zündspulenstromes hervorgerufen werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Beschreibung

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anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur die erfindungsgemäße Zündeinrichtung zeigt.

Beschreibung der Erfindung

In der einzigen Figur der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung ist eine Zündspule Zs mit einer Primärwicklung Ll dargestellt, die über eine Schalterstufe 30 an einer über einen Kondensator Cl abgeblockten Spannung UB anliegt und über eine Endstufe 50 mit Masse verbunden ist. Der Steuerpfad der Endstufe 50 ist über einen Spannungsteiler aus Widerständen Rl4, Rl6 mit Masse und mit dem Strompfad einer Tr eiber stufe T¹I verbunden, deren Steuerpfad über einen Widerstand R12 mit einem Verknüpfungspunkt D und über einen Widerstand R13 mit einer Eingangsklemme G verbunden ist, an die beispielsweise eine nicht dargestellte Schließwinkelsteuerung angeschlossen ist, die beispielsweise einen induktiven Geber verwendet, der an einem als Schmitt-Trigger arbeitenden Operationsverstärker angekoppelt ist. Weiterhin ist zwischen der Steuerelektrode und der Emitterelektrode des als Transistor ausgelegten elektronischen Schalters der Treiberstufe ΤΊ ein Kondensator C¹I geschaltet.

Ein Verknüpfungspunkt H zwischen den Widerständen Rl¹I, Rl6 ist über einen Widerstand R15 und Zenerdioden ZD2 bis 5 mit einem Verknüpfungspunkt K des Primärstromkreises des Zündspulenstromes parallel zu einem Kondensator C5 verbunden. Der Primärstromkreis des Zündspulenstromes ist über einen Verknüpfungspunkt F und einen Widerstand R17 der Endstufe 50 an Masse angeschlossen. Eine Diode D5 liegt parallel dem Strompfad der Endstufe 50 zwischen den Verknüpfungspunkten F und K, während ein Kondensator C6 zwischen dem Verknüpfungspunkt K und Masse geschaltet ist.

Der Verknüpfungspunkt F ist weiterhin Über einen Widerstand Rb mit einem Eingang 6 eines Operationsverstärkers ICl einer

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Stromregelstufe 40 verbunden, die an einem Verknüpfungspunkt L über einen Widerstand Rl an der Spannung UB anliegt. Der Verknüpfungspunkt L ist über eine Zenerdiode ZDl und parallel dazu über einen Kondensator C2 mit Masse verbunden. Ein Eingang 7 des Operationsverstärkers ICl liegt über einen Widerstand R3 an Masse und ist über einen Widerstand R2 mit dem Verknüpfungspunkt L verbunden, der an einem Versorgungspin 3 des Operationsverstärkers ICl angeschlossen ist. Zwischen dem Eingang 7 und einem Verknüpfungspunkt M ist weiterhin ein Widerstand R6 und parallel dazu ein Widerstand R5 mit einem in Reihe liegenden Kondensator C3 geschaltet. Der Verknüpfungspunkt M ist ebenfalls an einem Ausgang 1 des Operationsverstärkers ICl angeschlossen und weiter über einen Widerstand R7 mit dem Verknüpfungspunkt L und mit einer Diode D2 verbunden, die ihrerseits an dem Verknüpfungspunkt N angeschaltet ist, der über eii'.en Widerstand R8 auch mit dem Verknüpfungspunkt L verbunden ist.

Der Verknüpfungspunkt N ist mit dem Steueranschluß eines dritten elektronischen Schalters T3 der Schalterstufe 30 verbunden. Der elektronisch'-. Schalter T3 liegt mit einer Stromelektrode über eine Diode D3 an Masse und mit der anderen Stromelektrode über einen Widerstand R9 am Steueranschluß eines zweiten elektronischen Schalters T2 dessen Steueranschluß über einen Widerstand RIO an einem Verknüpfungspunkt E der Spannungszuleitung des Primärstromkreises des Zündspulenstromes liegt. Außerdem ist eine Stromeleketrode des elektronischen Schalters T2 mit dem Verknüpfungspunkt E verbunden, während seine andere Stromelektrode an dem Steueranschluß eines ersten elektronischen Schalters Tl angeschlossen ist, dessen Strompfad im Primärstromkreis des Zündspulenstromes zwischen dem Verknüpfungspunkt D und der Klemme 15 des Zündspule Zs liegt. Zwischen dem Steueranschluß und der einen Stromelektrode des elektronischen Schalters Tl ist ein Widerstand RIl geschaltet, um Leckströme df^ch den Schalter T2 abzuleiten. Eine Diode DO ist zwischen den Verknüpfungspunkten E und D geschaltet, um einen Verpolschutz vorzusehen.

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Ein Kondensator CO liegt zwischen Masse und dem Verknüpfungspunkt D, der ebenfalls über eine Diode D¹I mit der Klenne 15 der Zündspule Zs verbunden ist. Eine Diode Dl liegt zwischen der Klemme 15 der Zündspule Zs und Masse und bildet mit der Primärwicklung Ll, dem Endtransistors T5 der Endstufe 50 und dem Widerstand R17 einen Haltekreis für die Primärwicklung.

Die Punkendauerregelstufe 20 ist an einer Klemme 1 der Zündspule Zs über den Strompfad eines elektronischen Schalters T7 und einen Widerstand R29 verbunden und an einem Verknüpfungspunkt A angeschlossen der über einen Kondensator C9 und parallel dazu über einen Widerstand R24 und parallel dazu über eine Zenerdiode ZD6 mit Masse verbunden ist. Weiterhin liegt der Verknüpfungspunkt A an einem Eingang 11 eines Operationsverstärkers IC3 an, der ebenfalls über einen Widerstand R22 mit dem Versorgungspin 3 des Operationsverstärkers ICl der Stroraregelstufe 40 verbunden. Der Steueranschluß des elektronischen Schalters T7 ist über einen Widerstand R30 und eine Diode D9 an der Klemme 15 der Zündspule Zs angekoppelt. Ein Eingang des Operationsverstärkers IC3 liegt über einen Widerstand R27 am Verknüpfungspunkt B, der über einen Widerstand R28 und parallel dazu über einen Kondensator C8 mit Masse verbunden ist und über eine Diode D7 und einen Widerstand R23 am Kollektoranschluß der Treiberstufe T¹J angeschlossen ist. Am Verknüpfungspunkt R zwischen dem Widerstand R23 und der Diode D7 ist eine Diode DlO zum Verknüpfungspunkt C zwischen dem Versorgungspin des Operationsverstärkers ICl und dem Widerstand R22 geschaltet, wobei die Diode DlO für die Stabilisierung der Ladespannung des Kondensators C8 dient, während die Diode D7 der Entkopplung des Kondensators C8 in der Sperrzeit der Treiberstufe T^ und der Temperaturkompensation der Diode DlO dient. Weiterhin ist an dem Eingang 10 des Operationsverstärkers IC3 ein Sperrkreis angekoppelt, der für eine Verriegelung bei leitendem Endtransistor T5 sorgt, wobei am Eingang 10 ein elektronischer Schalter T6 im Strompfad an Masse anliegt, während sein Steueranschluß über einen Widerstand R25 an dem Steueranschluß des Endtransistors T5 angekoppelt ist und über einen Widerstand R26

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an Masse liegt. Ein Ausgang 13 des Operationsverstärkers IC3 ist über ein Integrierglied aus einem Widerstand R2O und einem Kondensator C7 mit einem Eingang 9 eines als Puffer dienenden Operationsverstärkers IC2 verbunden. Weiterhin liegt ein Koppelwiderstand R21 zwischen dem "Open-Collector-" -Ausgang 13 des Operationsverstärkers IC3 und dem Verknüpfungspunkt C. Der Widerstand R21 und der Kondensator C7 stellen ein Zeitglied dar, das den Abschaltstrom so lange absenkt, bis die zulässige Mindestfunkendauer erreicht wird. Ein Ausgang lh des Operationsverstärkers IC2 ist auf seinen Eingang 8 rückgekoppelt, wobei der "Open-Collector-" -Ausgang 14 ebenfalls über einen Arbeitswiderstand R19 mit dem Versorgungspin 3 und über eine Entkopplungsdiode De und einen Widerstand Rl8 mit dem Eingang 6 des Operationsverstärkers ICl der Stromregelstufe ¹JO verbunden ist.

Die erfindungigemäiöe Zündeinrichtung arbeitet als Mindestfunkendauerregelung, da eine Funkendauerregelung ohne Einstellung einer Mindestfunkendauer gelegentlich zu Zündaussetzern führt, und zwar insbesondere bei ungleichen Kabelkapazitäten an den einzelnen Zylindern. Solange die Funkendauer über einem vorgegebenen Sollwert als Mindestfunkendauer liegt, wird der Istwert der Stromregelung mit großer Zeitkonstante (z.B. Rp₁ . C₇ = 2s) nach unten, d.h. zu kleineren Werten hin verschoben. Das geschieht so lange, bis der Funkendauersollwert bei irgend einem Zylinder unterschritten wird. Eine Erhöhung des Sollwertes der Stromregelung, was als Istwertverschiebung in Richtung "Null" geschaltet ist, wird mit etwa 100 mal kleinerer Zeitkonstante als bei einer Verringerung des Wertes durchgeführt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß bei zu kurzer Funkendauer spätestens der nächste Funke wieder die Mindestfunkendauer erreicht. Dadurch wird der nichtstetige Bereich, der nach dem Abschalten des Zündspulenstromes entsteht, im wesentlichen überbrückt.

Bei Mehrzylindermotoren stellt sich aufgrund der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung die Funkendauer an den einzelnen Zylindern so ein, daß die kleinste Funkendauer etwas unter dem vorgegebenen mit Vorhalt versehenen Sollwert der Mindestfunkendauer liegt.

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Dabei ist der Sollwert der Mindestfunkendauer die Zeit, die vergeht, bis sich der Kondensator C8 über den Widerstand R28 auf die bei gesperrtem elektronischen Schalter T7 am Verknüpfungspunkt A zwischen den Widerständen R22 und R24 anliegende Spannung entladen hat. Ein Nachschwingen der Zündspule Zs wirkt sich nicht nachteilig aus, da bei einer Funkendaueristzeit ungefähr gleich der Funkendauersollzeit ein Nachschwingen den Ausgang 13 des Operationsverstärkers IC3 nicht beeinflußt. Darüber hinaus sorgt der elektronische Schalter T6 während der Schließzeit des Endtransistors T5 dafür, daß der Ausgang 13 des Operationsverstärkers IC3 stets positiv bleibt, indem der Eingang 10 durch den elektronischen Schalter T6 gesperrt wird.

Weiterhin läßt sich über das Widerstandsverhältnis der Widerstände R23, R28, R27 die Funkendauer zusätzlich gegenüber der Drehzahl verändern. Die Ladespannung des Kondensators C8 wird über die Diode DlO stabilisiert, die über die Diode D7 temporaturkompensiert wird, die wiederum den Kondensator C8 während der Sperrzeit der Treiberstufe Ti entkoppelt.

Der in der Funktodauerregelstufe 20 vorgesehene zweite Operationsverstärker IC2 wirkt als Puffer, wobei die Diode D8 die überlagerte Funkendauerregelung gegenüber der Stromregelung entkoppelt. Gleichzeitig wird über den Widerstand RI8 der notwendige Hub für die Funkendauerregelung festgelegt.

Durch die erfindungsgemäße Zündeinrichtung wird die Verlustleistung im Stellungsgeber und der Zündspule im wesentlichen dadurch auf ein Mindestmaß beschränkt, indem die Funkendauer auf den unbedingt erforderlichen Wert eingeregelt wird. Dadurch werden die Nachteile beseitigt, die pich.aufgrund einer Funkendauerregelung ohne Mindestfunkendauer bei Mehrzylindermotoren mit unterschiedlicher kapazitiver Belastung und verschiedender Ansprechspannung der einzelnen Zylinder ergeben. Dabei ist die angegebene Schaltungsanordnung ruhestromfrei. Außerdem wird bei Abfall des Impulsgeberkabels oder irgendeiner

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sonstigen Störung, die zum st.,anfügen Leiten des Endtransistors T5 führt,, der St roni durch die Zündspule nach einer durch ein Zeitglied aus dem Widerstand Hi? 1 und dem Kondensator C7 bestimmten Zeit auf den durch HiH festgelegten Minimal wert reduziert. Die erf indungs;-/. mane Zündeinrichtung arbeitet bei beliebigen Sporrzeit.cn immer so, daß am Ende der Sperrzeit der Funkenstrom iiul 1 .ist, da der Funkendauersollwert für sehr kleine Sperrzeit et,'was, kl einer wird als die sich im Stromgeber über die Schaltungsanordnung ergebende Sperrzeit. Alternativ kann im Bereich de]' R^stcnergieausnutzung über die positive Flanke am Verzweigungspunkt A geregelt werden. Bei kleinen Abschaltströmen bzw. kleiner Restenergie erscheint die positive Flanke verzögert, was zur Anhebung des Stromsollwerts führt. Hierbei ist am Ende der .Sperrzeit der Funkenstrom nicht Null. Es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Anfladestrom am Kondensator " ' C7 übe]' die Widerstände R21, R20 und dem während der Verzögerungszeit der positiven Flanke &m Verzögerungspunkt A aus C7 durch R20 nach Masse fließenden Entladestrom ein.

Bleibt nun ein Funke aus, so nimmt die Restenergio stark ab und die Verzögerungszeit der positiven Flanke am Verzweigungspunkt der positiven Flanke am Verzweigungspunkt A stark zu. Dies führt zur sofortigen Erhöhung des Abschaltstroms.

Bei einer Abwandlung der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung läßt sich das Kraftstoff-Luft-Verhältnis bei Gemischaufbereitungsanlagen für Ottomotoren durch den Abschaltstrom der Zündung beeinflussen, der bei Zündeinrichtungen mit Mindestfunkendauerregelung eine Funktion des Zündspannungsbedarfs ist. Bei abgemagertem Gemisch steigt z.B. der Abschaltstrom. Durch eine Verknüpfung des Abschaltstromes mit dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Gemischaufbereitungsanlage läßt sich, bei vorgegebenem Wert des Abschaltstroms eine Nachregelung der Gemischeinstellung durchführen. Dabei wird bei geregelten Zündein richtungen vorzugsweise die erste oder zweite Ableitung des Abschaltstrom-Sollwertes als Regelgröße verwendet.

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Bei einer weiteren Abwandlung der erfindungsgemäßer Zündeinrichtung läßt sich die Zündenergie in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors anpassen, wodurch ein Schutz der Zündeinrichtung gegen zu hohe thermische Belastung gegeben ist. Dabei wird durch Vorgabe unterschiedlicher Sollwerte (variabler Schv/ellwert) bei geregelten Zündeinrichtungen das Zündspannungsangebot optimal an den Zündspannungsbodarf angepaßt. Zu diesem Zweck lassen sich als Meßwertaufnehmer in bekannter Weise Stellungsgeber (Anlasser-Klemme 50, Leerlauf-, Vollastkontakt usw.), und der Druckgeber sowie Temperaturfühler (Warmlauf, thermische Überlastung) heranziehen.

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Claims

Ansprüche

1. Strorngeregelte Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Zündspule, mit einem zur Primärwicklung der Zündspule in Reihe liegenden elektronischen Schalter einer Endstufe, dessen Schaltdauer im leitenden Zustand dem Schließwinkel entspricht, gekennzeichnet durch eine Stromregelstufe (¹JO) mit einem Zeitglied (R5, C3), das den Sperrzustand einer Schalterstufe (7-0) im Primärstromkreis vor der Zündspule während der besonders starken Änderung des abgeschalteten Zündspulenstrones aufrechterhält, eine Funkendauerregelstufe (20), die das Einstellen tiner Mindestfunkendauer vorsieht und am Kollektoranschluß einer Treiberstufe (T¹I), am Basisanschluß des Endtransistors (T5) und im Primärstromkreis an der Zündspule über ein Netzwerk angekoppelt ist, das ein Signal liefert, das an einer Vergleichsschaltung anliegt, die an der Stromregelstufe (¹IO) angeschlossen ist, und einen verlustarmen Verpolschutz (DO, CO), der in den Primärstromkreis des Zündspulenstromes vor einem ersten elektronischen Schalter (Tl) der Schalterstufe (30) und der Treiberstufe (T¹I) eingeschaltet ist.

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkendauerregelstufe (20) im Primärstromkreis an der Zünd-

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spule über ein Netzwerk aus einem elektronischen Schalter (T7) angekoppelt ist, dessen Steuerelektrode über einen Widerstand (R30) und eine Diode (D9) eingangsseitig an der Zündspule und dessen eine der beiden anderen Stroinelektroden ausgangsseitig an der Zündspule angeschlossen ist, während die andere Stromelektrode über einen Spannungsteiler (R29, R2O mit Masse verbunden ist und der Schalter im Takt des Zündspulenstronflusses schaltet.

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung der Funkendauerregelstufe (20) im wesentlichen aus zwei in Kaskade ges.halteten Operationsverstärkern (IC2, 3) besteht, indem ein Ausgang (13) des einen Operationsverstärkers (IC3) mit einem positiven Eingang (9) des anderen Operationsverstärkers (IC2) über ein Siebglied (R20, C7) verbunden ist, während ein positiver Eingang (11) des einen Operationsverstärkers (IC3) am Verknüpfungspunkt (A) des Spannungsteilers (R29j R24) und an einem Versorgungspin (3) eines Operationsverstärkers (ICl) der Stromregelstufe (¹JO) über einen Widerstand (R22) anliegt und ein negativer Eingang (10) des Operationsverstärkers (IC3) mit einem Verknüpfungspunkt (B) einer über einen Widerstand (R27) zwischen dem Kollektoranschluß der Treiberstufe (T^) und Masse liegenden Widerstands-Dioden-Kombination (R23, D7, R28), an einem Zeitglied (C8, R28) zur Bestimmung eines Sollwertes (Minde.stfunkendauer) verbunden ist und an einem Sperrkreis (T6, R25» R26) zur Verriegelung des Operationsverstärkers (IC3) bei leitender End-

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stufe (T5) angeschlossen ist, und daß ein Ausgang (14) des als Puffer wirkenden Operationsverstärkers (IC2) über eine Diode (De) zur Entkopplung gegenüber der überlagerten Stromregelung mit einem Eingang (6) und über einen Arbeitswiderstand (R19) mit einem Eingang (3) des Operationsverstärkers (ICl) der Stromregelstufe (¹JO) verbunden ist, wobei der Ausgang (I¹J) auf den negativen Eingang (8) des Operationsverstärkers (IC2) rückgekoppelt ist.

M. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vergleichsschaltung der Funkendauerregelstufe (20; zwischen einem Widerstand (R23) und einer Diode (D7) der Widerstands-Dioden-Kombination (R23, D7, R28) eine weitere Diode (DlO) zum Verknüpfungspunkt (C) am Widerstand (R22) zur Stabilisierung der Ladespannuiig eines Kondensators (C8) des Zeitgliedes (C8, R28) geschaltet ist und die Diode (D7) das Zeitglied (C8, R28) während der Sperrzeit der Treiberstufe (TM) entkoppelt und die weitere Diode (DlO) temperaturkompensiert .

5. Zündeinrichtung nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis M, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (R5, C3) der Stromregelstufe (MO) zwischen einem positiven Eingang (7) und einem Ausgang (1) des Operationsverstärkers (ICl) der Stromregelstufe geschaltet ist, daß der Ausgang (1) des Operationsverstärkers (ICl) der Stromregelstufe (MO) über eine Entkopplungsdiode (D2) mit dem Steueranschluß eines dritten elektronischen Schalters

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(T3) der Schalterstufe (30) verbunden ist, und daß der Eingang (6) des Operationsverstärkers (ICl) der Stromregelstufe (40) an einem Verknüpfungspunkt (F) eines im Primärstromkreis des Zündspulenstromes liegenden und nach Masse geschalteten Widerstandes (R17) der Endstufe (50) angekoppelt ist.

6. Zündeinrichtung nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß als Verpolschutz (DO, CO) eine Diode (DO) in den Primärstromkreis des Zündspulenstromes zwischen einem Verknüpfungspunkt'(D), an dem der Strompfad des ersten elektronischen Schalters (Tl) der Schalterstufe (30) und der Strompfad ..ter Troiberstufe (T4) angeschlossen ist, und einem weiteren Verknüpfungspunkt (E) geschaltet ist, der mit dem Strompfad eines zweiten elektronischen Schalters (T2) der Schalterstufe (30) verbunden ist, der in. Steuerpfad des ersten elektronischen Schalters (Tl) liegt, während der Steuerpfad des zweiten elektronischen Schalters (T2) in den Strompfad des dritten elektronischen Schalters (T3) geschaltet ist, und daß am Verknüpfungspunkt (D) ein an Masse liegender Kondensator (CO) angeschlossen ist, der die Energie aufnimmt, die beim Rückschwingen des Zündspulenstromes in der Primärspule (Ll) über den an Masse liegenden Widerstand (R17) und eine Diode (D5) der Endstufe (50) und eine Diode (D4) fließt.

7. Zündeinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschaltstromsollwert zur Gemischregelung Verwendung findet.

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8. Zündeinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß der Abschaltstrom durch weitere Parameter der Brennkraftmaschine, z.B. der Temperatur,beeinflußbar ist.

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