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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Zündanlage nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Eine derartige Zündanlage ist beispielsweise in der DE-AS 23 39 896
beschrieben. Bei der bekannten Zündanlage liegt parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke
des als Darlington-Transistor ausgebildeten Zündtransistors ein Spannungsteiler,
dessen Abgriff über eine Zenerdiode mit der Basis des Zündtransistors verbunden
ist, so dass dieser bei einem Ansteigen der Spannung am Abgriff des Spannungsteilers
über die Schwellwertspannung der Zenerdiode mehr oder weniger stark leitend gesteuert
wird, wodurch eine für den Zündtransistor schädliche Überspannung über der Primärwicklung
der Zündspule sofort wieder auf zulässige Werte abgebaut wird.
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Eine ähnliche Schutzschaltung für den Zündtransistor ist ferner aus
der DE-OS 27 01 967 bekannt. Weiterhin ist es aus der DE-OS 25 31 278 auch bekannt,
der Kollektor-Basis-Strecke des Zündtransistors, dessen Kollektor in üblicher Weise
mit dem einen Ende der Primärwicklung der Zündspule verbunden ist, unmittelbar eine
Zenerdiode parallel zu schalten. Schliesslich ist es auch bereits bekannt (DE-OS
24 06 018), der Schaltstrecke bzw. der Kollektor-Emitter-Strecke eines Zündtransistors
zum Schutz gegen Überspannungen direkt eine Zenerdiode parallel zu schalten. Bei
einer Zündanlage dieser Art fliesst dann bei Erreichen einer vorgegebenen Spannung
über der Primärwicklung unmittelbar ein Strom über die Zenerdiode ab, um die Primärspannung
zu reduzieren; bei diesem Typ von Schutz-Schaltung wird also der Zündtransistor
selbst nicht erneut leitend gesteuert.
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Für die bekannten Zündanlagen der vorstehend beschriebenen Art
ist
es typisch, dass die Schwellwertspannung für das Schwellwertglied in dem Parallelzweig
so gewählt wird und dass die übrigen Schaltungsteile so dimensioniert werden, dass
allein eine maximal zulässige Höchstspannung über der Primärwicklung das Ansprechkriterium
für die Schutzschaltung darstellt. Es hat sich nun aber gezeigt, dass die Begrenzung
der Primärspannung an der Zündspule nicht ausreichend ist, um in allen Fällen eine
überhöhte Sekundärspannung zu verhindern, beispielsweise, wenn auf der Sekundärseite
der Zündspule eine Störung vorliegt, die im einfachsten Fall darin bestehen kann,
dass ein Zündkabel abgefallen ist. In diesem Fall ändert sich nämlich die Kapazität
auf der Sekundärseite der Zündspule so, dass sich eine überhöhte Sekundärspannung
ergibt, die zu Schäden an der Zündspule, am Zündverteiler und am Zündgeschirr zur
Folge haben kann.
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Aufgabe der Erfindung Ausgehend von dem Stande der Technik und der
vorstehend geschilderten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei
einer Zündanlage der betrachteten Art auf einfache und billige Weise zusätzlich
eine Begrenzung der Sekundärspannung auf einen vorgegebenen zulässigen Maximalwert
zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch eine Zündanlage mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteile der Erfindung Der entscheidende Vorteil der Zündanlage gemäss
der Erfindung besteht darin, dass die einzelnen Bauteile der Zündanlage so
aufeinander
abgestimmt werden dass mit Hilfe des das Schwellwertglied enthaltenden Parallelzweiges
nicht nur ein Schutz gegen unzulässige Überspannungen am Zündtransistor erreicht
wird, sondern gleichzeitig ein unzulässiges Ansteigen der Sekundärspannung verhindert
wird, wobei dieses Ziel allein durch geeignete Dimensionierungsmassnahmen und ohne
zusätzlichen Aufwand erreicht werden kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dabei ferner der Vorteil,
dass ein beim Ansprechen des Schwellwertgliedes fliessender Strom ausgewertet werden
kann, um eine Verringerung des Schliesswinkels und/oder eine Abschaltung der Zündanlage
herbeizuführen. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn durch
das Ansprechen des Schwellwertgliedes ausgelöste Signale im Verlauf mehrerer aufeinanderfolgender
Zündzyklen integriert werden, so dass eine Änderung der Schliesszeit und/oder eine
Abschaltung der Zündanlage erst dann ausgelöst wird, wenn feststeht, dass keine
einmalige, normalerweise unschädliche, Störung vorliegt, sondern ein echter Fehler,
der Gegenmassnahmen erforderlich macht.
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Zeichnung Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der wesentlichen Teile einer ersten bevorzugten
Ausführungsform einer Zündanlage gemäss der Erfindung mit einer Integrationsvorrichtung;
Fig.
2 ein Prinzipschaltbild einer abgewandelten, bevorzugten Ausführungsform der wesentlichen
Teile einer Zündanlage gemäss der Erfindung mit einer Integrationsvorrichtung; Fig.
3 und 4 Schaltbilder abgewandelter Integrationsvorrichtungen für die Zündanlagen
gemäss Fig. 1 und 2 und Fig. 5 ein Prinzipschaltbild der wesentlichen Teile einer
weiteren abgewandelten Ausführungsform einer Zündanlage gemäss der Erfindung mit
Abschalteinrichtungen.
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Beschreibung der Erfindungsbeispiele Die in Fig. 1 der Zeichnung teilweise
dargestellte Zündanlage weist eine Zündspule auf, deren Primärwicklung 10 in Serie
zur Kollektor-Emitter-Strecke eines Zündtransistors 12 liegt, dessen Emitter auf
Bezugspotential liegt und dessen Basis in üblicher Weise ansteuerbar ist, um den
Zündtransistor 12 in den leitenden bzw. in den gesperrten Zustand zu steuern. An
der dem Zündtransistor 12 abgewandten Seite der Primärwicklung 10 liegt ferner im
Betrieb eine positive Gleichspannung, insbesondere die Batteriespannung UB.
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Parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Zündtransistors 12 liegt
ein Parallelzweig mit einer Zenerdiode 14 und einem Spannungsteiler aus zwei Widerständen
16,18. Im einzelnen liegt die Kathode der Zenerdiode 14 an dem gemeinsamen Verbindungspunkt
des Kollektors des Zündtransistors 12 mit der
Primärwicklung 10,
während die Anode der Zenerdiode 14 über die Widerstände 16 und 18 mit Bezugspotential
verbunden ist.
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Der gemeinsame Verbindungspunkt 20 der Widerstände 16 und 18, d.h.
der Abgriff des Spannungsteilers bildet den Eingang einer Integrationsvorrichtung,
die in Fig. 1 einen Transistor 22 aufweist, dessen Emitter an Bezugspotential liegt
und dessen Kollektor,der den Ausgang 24 der Integrationsvorrichtung bildet, über
einen Kondensator 26 mit der Basis des Transistors 22 verbunden ist.
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Die Zündanlage gemäss Fig. 1 arbeitet wie folgt: Wenn der Zündtransistor
12, nachdem er zuvor leitend war, durch ein entsprechendes Steuersignal an seiner
Basis gesperrt wird, dann steigt die Spannung über der Primärwicklung 10 aufgrund
ihrer Induktivität und aufgrund der plötzlichen Stromänderung steil an, wodurch
unter normalen Betriebsbedingungen auf der Sekundärseite der Zündspule ein kräftiger
Zündfunke gewonnen wird. Wenn nun die Spannung über der Primärwicklung 10 aus dem
einen oder anderen Grunde über einen vorgegebenen Wert ansteigt, dann wird die im
Parallelzweig als Schwellwertglied vorgesehene Zenerdiode 14 leitend, so dass über
die Primärwicklung 10 wieder ein Strom fliesst, der zu einem schnellen Abbau der
Uberspannung führt. Erfindungsgemäss ist nun die Zündanlage gemäss Fig. 1 so dimensioniert,
dass die Zenerdiode 14 nicht nur in üblicher Weise für einen Schutz des ZUndtransistors
12 gegen Überspannungen sorgt, sondern auch dafür, dass die induzierte Zündspannung
über der Sekundärwicklung einen vorgegebenen zulässigen Maximalwert nicht übersteigt.
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Zur Erreichung der vorstehend angegebenen Ziele ist eine Zenerdiode
oder ein anderes geeignetes Schwellwertglied parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke
des Zündtransistors 12 ausreichend, wenn auch die übrigen Teile der Zündanlage entsprechend
dimensioniert sina.
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In Weiterbildung der Erfindung sind jedoch in Reihe zu der Zenerdiode
14 die Widerstände 16 und 18 vorgesehen, die es ermöglichen, am Abgriff 20 dieses
Spannungsteilers eine Spannung abzugreifen, die dem Strom über die Zenerdiode 14
proportional ist. Diese Spannung am Eingang 20 der von einer gestrichelten Linie
umgebenen Integrationsvorrichtung T wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig.
1 der Basis des Transistors 22 zugeführt, der hierdurch leitend gesteuert wird,
wobei sich eine dem Ausmass der Leitfähigkeit entsprechende Spannung über dem Kondensator26
ergibt, welche nunmehr den Transistor 22 auch nach Beendigung des Stromflusses über
die Zenerdiode 14 im leitenden Zustand hält, so dass'am Ausgang 24 der Integrationsvorrichtung
T ein Integrationssignal in Form eines Integrationsstroms abgreifbar ist.
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Bei der Zündanlage gemäss Fig. 2 ist zwischen der Batteriespannung
UB und Bezugspotential wieder die Serienschaltung der Primärwicklung 10 einer Zündspule
und eines Zündkondensators 12 vorgesehen, dessen Basis wieder in üblicher Weise
von einer Steuerschaltung zum öffnen und Schliessen des Zündtransistors 12 angesteuert
wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 liegt der Parallelzweig mit der
Zenerdiode 14 und dem Spannungsteiler aus den Widerständen 16 und 18 zwischen dem
mit der Primärwicklung 10 verbundenen Kollektor des Zündtransistors 12 und dessen
Basis, wobei die Kathode
der Zenerdiode 14 der Primärwicklung 10
zugewandt ist. Ausserdem ist zwischen der Basis und dem Emitter des Zündtransistors
12 noch ein weiterer Widerstand 28 vorgesehen, der den Parallelzweig mit Bezugspotential
verbindet.
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Der gemeinsame Verbindungspunkt 20 der Widerstände 16 und 18 bildet
wieder den Eingang einer Integrationsvorrichtung T, welche ebenso aufgebaut ist
wie die Integrationsvorrichtung T in Fig. 1.
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Die Zündanlage gemäss Fig. 2 arbeitet wie folgt: Wenn die Spannung
über der Primärwicklung 10 nach dem Sperren des zuvor leitenden Zündtransistors
12 einen vorgegebenen Maximalwert übersteigt, der durch die Zenerspannung der Zenerdiode
14 bestimmt ist, dann wird die Zenerdiode 14 leitend, so dass sich am Verbindungspunkt
der Widerstände 18 und 28, d.h. an der Basis des Zündtransistors 12, eine Vorspannung
ergibt, die den Zündtransistor 12 leitend steuert, bis die Überspannung an der Primärwicklung
10 abgebaut ist und die Zenerdiode 14 wieder sperrt, wodurch auch der Zündtransistor
12 wieder gesperrt wird. Durch das Leitendwerden der Zenerdiode 14 wird gleichzeitig
auch wieder die Integrationsvorrichtung T in der vorstehend beschriebenen Weise
aktiviert.
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Bei den Zündanlagen gemäss Fig. 1 und 2 kann anstelle der dort gezeigten
Integrationsvorrichtung T auch eine Integrationsvorrichtung T verwendet werden,
wie sie in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt ist. Bei dieser Integrationsvorrichtung
ist mit dem Eingang 20 wieder die Basis eines Transistors 30 verbunden, dessen Kollektor
über einen Widerstand 32 an
Batteriespannung UB und dessen Emitter
über einen Kondensator 34 an Bezugspotential liegt. Parallel zu dem Kondensator
34 ist ferner ein Widerstand 36 vorgesehen. Bei der Integrationsvorrichtung gemäss
Fig. 3 bildet der Emitter des npn-Transistors 30 den Ausgang 24 der Integrationsvorrichtung.
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Bei der Integrationsvorrichtung gemäss Fig. 3 ergibt sich bei impulsförmiger
Ansteuerung, d.h. bei während aufeinanderfolgender Zündzyklen jeweils kurzfristig
leitender Zenerdiode 14 am Ausgang 24 ein stufenförmiger Spannungsverlauf entsprechend
der Zeitkonstante des RC-Gliedes aus dem Kondensator 34 und dem Widerstand 36, wobei
die Maximalwerte der Spannung am Ausgang 24 dann, wenn die Zenerdiode 14 aufgrund
einer Überspannung an der Primärwicklung 10 während jedes Zündzyklus oder zumindest
während mehrerer aufeinanderfolgender Zündzyklen leitend gesteuert wird, ständig
zunehmen, bis eine Schwellwertspannung erreicht bzw. überschritten wird, die dann
zur Abschaltung der Zündanlage oder zur Reduzierung des Schliesswinkels ausgewertet
werden kann. Gegebenenfalls können auch zwei verschiedene Schwellwerte vorgesehen
sein, so dass nach dem Erreichen des ersten Schwellwerts zunächst eine Reduzierung
des Schliesswinkels erfolgt und erst dann, wenn die Spannung am Ausgang 24 trotzdem
weiter steigt, bei einem zweiten Schwellwert eine Abschaltung der Zündanlage herbeigeführt
wird.
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Die in Fig. 4 gezeigte Integrationsvorrichtung T arbeitet ganz ähnlich
wie die vorstehend beschriebene Integrationsvorrichtung gemäss Fig. 3 und ist ebenfalls
geeignet, die Integrationsvorrichtung der Zündanlagen gemäss Fig. 1 und 2 zu ersetzen.
Im einzelnen besteht die Integrationsvorrichtung
gemäss Fig. 4
aus Widerständen, Kondensatoren und Dioden, wobei ein erster Kondensator 40 und
eine erste Diode 42 in Serie zwischen dem Eingang 20 und dem Ausgang 24 der Integrationsschaltung
T liegen. Dabei ist die dem Eingang 20 abgewandte Platte des Kondensators 40 mit
der Anode der ersten Diode 42 verbunden und ausserdem über einen ersten Widerstand
44 sowie eine dazu parallele zweite Diode 46 mit Bezugspotential. Die Kathode der
zweiten Diode 46 ist mit der Anode der ersten Diode 42 verbunden, deren Kathode
einerseits mit dem Ausgang 24 und andererseits über einen zweiten Kondensator 48
und einen dazu parallelen Widerstand 50 mit Bezugspotential verbunden ist.
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Bei der Integrationsschaltung gemäss Fig. 4 führen die positiven Vorderflanken
der Impulse am Eingang 20 zu entsprechenden positiven Impulsen auf der dem Eingang
20 abgewandten Platte des ersten Kondensators 40. Diese positiven Impulse werden
über die dafür in Durchlassrichtung gepolte erste Diode 42 auf den zweiten Kondensator
48 gegeben, der sich über den zweiten Widerstand 50 entladen kann. Die bei den negativen
Rückflanken der Impulse am Eingang 20 entstehenden Impulse auf der dem Eingang 20
abgewandten Platte des Kondensators 40 werden dagegen durch die für negative Impulse
in Durchlassrichtung geschaltete zweite Diode 46 und ausserdem über den Widerstand
44 nach Bezugspotential abgeleitet. Dabei versteht es sich, dass je nach Dimensionierung
der Schaltung und je nach der Impulsfolgefrequenz am Eingang 20 gegebenenfalls auf
den Widerstand 44 oder die Diode 46 verzichtet werden kann.
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Bei entsprechender Belastung des Ausgangs 24 der Integrationsvorrichtung
T kann ferner auch der Widerstand 50 entfallen.
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Die in Fig. 5 dargestellte Teilschaltung dient der Erläuterung einer
bevorzugten Möglichkeit für die Auswertung des Integrationssignals vom Ausgang einer
Integrationsschaltung T einer Zündanlage gemäss der Erfindung. Im einzelnen zeigt
Fig. 5 einen induktiven Geber 52 mit einer Wicklung 54, über der bei laufender Brennkraftmaschine
eine Wechsel spannung erzeugt wird. Die Wicklung 54 liegt in Serie zu einem Widerstand
56 zwischen Batteriespannung UB und Bezugspotential.
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Der gemeinsame Verbindungspunkt 58 des Widerstandes 56 und der Wicklung
54 ist mit der Basis eines ersten Transistors 60 einer Schwellwertschaltung S verbunden,
die ausgangsseitig einen zweiten Transistor 62 aufweist, wobei die beiden Transistoren
60 und 62 der Schwellwertschaltung S in üblicher, hier nicht näher zu erläuternder
Weise miteinander verbunden sein können. Wesentlich ist allein, dass die Schwellwertschaltung
einen Ausgang 64 aufweist, der über weitere nicht dargestellte Teile einer Zündwinkelsteuerung
letztlich die Schliess- und Offenzeit des Zündtransistors steuert.
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Erfindungsgemäss ist nun mit dem Steuerzweig zwischen dem Kollektor
des ersten Transistors 60 und der Basis des zweiten Transistors 62 der Schwellwertschaltung
S der Ausgang einer bistabilen Kippstufe K verbunden, welche den Transistor 62,
wenn sie gesetzt ist, unabhängig davon, ob der erste Transistor 60 leitend oder
gesperrt ist, im gesperrten Zustand halten kann. Ob der mit der Basis des zweiten
Transistors 62 verbundene Ausgang der Kippstufe g gesetzt ist, ist davon abhängig,
ob dem Eingang 66 der Kippschaltung K vom Ausgang der Integrationsvorrichtung T
ein entsprechend hoher Spannungspegel zugeführt wird. Man erkennt, dass bei der
Schaltung gemäss Fig. 5, dann, wenn die Ausgangsspannung der Integrationsvorrichtung
T
einen vorgegebenen Signalpegel erreicht hat, die bistabile Kippschaltung K gekippt
wird und nun ihrerseits den ausgangsseitigen Transistor 62 der Schwellwertschaltung
S im gesperrten Zustand hält, so dass am Ausgang 64 der Schwellwertschaltung kein
Signal mehr erzeugt werden kann, durch welches der Zündtransistor erneut leitend
gesteuert werden könnte. Die Zündanlage ist also abgeschaltet und kann nur dadurch
wieder in Betrieb genommen werden, dass man an einen zweiten Eingang der bistabilen
Kippschaltung ein entsprechendes Signal anlegt, was vorzugsweise über einen von
Hand betätigbaren Taster 68 erfolgt, der nach Überprüfung und gegebenenfalls nach
einer Reparatur der Zündanlage betätigt wird.
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In den Fällen, in denen bei einer entsprechend hohen Integrationsspannung
am Ausgang der Integrationsvorrichtung T zumindest zunächst nur eine Verringerung
des Schliesswinkels erfolgen soll, besteht die Möglichkeit, in an sich bekannter
Weise die Schaltschwellen einer entsprechend aufgebauten Schwellwertschaltung am
Eingang der Zündzeitpunktsteuerung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der
Integrationsvorrichtung zu verschieben.