DE3107301A1

DE3107301A1 - Plasmastrahl-zuendsystem

Info

Publication number: DE3107301A1
Application number: DE19813107301
Authority: DE
Inventors: Makoto Yokosuka Anzai
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1981-02-26
Publication date: 1982-01-14
Also published as: FR2477235A1; FR2477235B1; DE3107301C2; JPS60551B2; GB2073313B; GB2073313A; US4369757A; JPS56121869A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Zündsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die meisten Verbrennungskraftmaschinen verwenden ein Zündkerzen-Zündsystem zur Zündung des Kraftstoffgemisches in der Verbrennungskammer.

Bei derartigen Kerzenzündsystemen besteht jedoch die Gefahr, daß ein über den Zündkerzen-Elektroden erzeugter Funken oft das Kraftstoff-Luftgemisch nicht zündet.

Bei einer bekannten Plasmastrahl-Zündvorrichtung wird deshalb den Zündkerzen ein Plasmazündstrom zur Fortführung des Plasmastrahles zwischen den Zündkerzen-Elektroden zugeführt, wodurch die Zündfunktion verbessert wird.

Figur 1 zeigt ein übliches Plasmastrahl-Zündsystem mit einer elektrischen Hochspannungsquelle 1 zur Zuführung eines Kerzenzündstromes zu den Zündkerzen P in üblicher Weise, sowie eine elektrische Niederspannungsquelle 2 zur Zuführung eines Plasmazündstromes mit einer niedrigen Spannung OkV) zu den Zündkerzen P, sobald die normale Funkenentladung auftritt.

Die elektrische Hochspannungsquelle 1 ist in gleicher V/eise aufgebaut, wie bei üblichen Kerzen-Zündsystemen, wobei eine Hochspannung an einer Sekundärwicklung einer Zündspule erzeugt wird, wenn sich Kontakte bei jedem Zündzeitpunkt öffnen. Die Hochspannung wird wiederum an die Zündkerzen P

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über einen Verteiler 3 angelegt, wodurch die Funkenentladung zwischen den Zündkerzen-Elektroden stattfindet.

Die elektrische Niederspannungsquelle 2 umfaßt Aufwärtstransformationsmittel zur Erzeugung einer Spannung von 3kV etwa einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler.

Die von dieser Niederspannungsquelle 2 erzeugte Plasma-Zündenergie wird in einem elektrischen Energiespeicher, nämlich einem Kondensator C gesammelt und dann über eine der Zündkerzen P entladen. Genauer gesagt liegt die elektrische Ladung des Kondensators C immer an den Zündkerzen P über die Dioden D an und die Entladung erfolgt durch eine der Zündkerzen P, an die der Ifunkenzündstrom angelegt wurde, da die Ladung des Kondensators C sich automatisch über die Zündkerzen-Elektroden infolge des dielektrischen Zusammenbruchs zwischen den Zündkerzen-Elektroden entlädt, der durch die normale funkenentladung bewirkt wird. Aufgrund dieser selektiven Entladung der Zündenergie können die Dioden D zur Zuführung dieses Plasmazündstromes zu den Zündkerzen P direkt mit letzteren verbunden werden, ohne daß der Strom durch den Verteiler 3 fließt.

Zusammengefaßt bedeutet dies, daß bei dem bekannten Plasma-Zündsystem die Plasmazündenergie direkt an die Zündkerzen P angelegt und die Plasma-Zündenergie infolge des dielektrischen Zusammenbruchs zwischen den Zündkerzen-Elektroden der Zündkerze entladen wird, an die die Zündhochspannung bzw. Zündstrom angelegt wurde.

Bei dem so aufgebauten Zündsystem besteht allerdings die Gefahr, daß die elektrische Energie des Kondensators C oft bereits vor dem optimalen Zündzeitpunkt entladen wird, was als "unregelmäßige Entladung" bekannt ist.

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Eine derartige unregelmäßige Entladung rührt von einer Reduzierung der dielektrischen Zusammenbruchspannung über den Zündkerzen-Elektroden her. Die dielektrische Zusammenbruchspannung ändert sich als Punktion des Druckes innerhalb der Verbrennungskammer und sie besitzt einen Minimalwert während des Ansaugtaktes des Motors. Aus dem oben genannten Grund kann somit eine Entladung der Plasma-Zündenergie häufig vor der Funkenentladung,eingeleitet durch die Zündhochspannung, stattfinden.

Ist eine derartige unregelmäßige Entladung erfolgt, dann wird die Aufladung des Kondensators C zum optimalen Zündzeitpunkt unzureichend, so daß der Plasmazündstrom den Plasmastrahl nicht verbreiten kann. Ferner besteht die Gefahr, daß beim Entstehen eines Funkens durch eine unregelmäßige Entladung während des Verdichtungstaktes ein Rückschlag stattfindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorstehend beschriebene Zündsystem derart zu verbessern, daß eine sichere Zündung zum richtigen Zeitpunkt erfolgt.

Gemäß der Erfindung gelingt dies durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs

Bei dem Zündsystem gemäß der Erfindung wird somit ein Zündzeitgabesignal erzeugt, das sowohl das Anlegen der Zündhochspannung als auch die Erdung des elektrischen Energiespeichers, nämlich des Kondensators,steuert. Die in dem Kondensator gespeicherte elektrische Energie wird somit abhängig von dem Zündzeitgabesignal an die Zündkerzen entladen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

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Fig. 1 ein Schaltbild eines üblichen Plasmastrahl-Zündsystems,

Pig. 2 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Plasmastrahl-Zündsystems,

Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltbild der Figur 2,

Fig. 4 und 5 vereinfachte Schaltbilder eines zweiten und dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zündsystems, und

Fig. 6 ein Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zündsystems.

Das erste Ausführungsbeispiel des Zündsystems zeigte gemäß Figur 2 eine Batterie E, eine elektrische Hochspannungsquelle 1, eine elektrische Mederspannungsquelle 2, einen Verteiler 3, Zündkerzen P,, bis P₄,, Dioden IL bis Dg, einen Kondensator C, einen Zündsignal-Erzeuger 5, und eine Schaltvorrichtung 9-

Die elektrische Hochspannungsquelle 1 besitzt eine Zündspule und einen Transistor Q^ zur Steuerung des Primärstromes durch die Zündspule 4·. Sie erzeugt jedesmal dann eine Sekundär-Hochspannung, wenn der Basisstrom des !Transistors Q^ gesperrt wird. Der Ein-/Aus-Betrieb dieses Transistors CL· wird durch den Zündsignalerzeuger 5 gesteuert, der einen Schalter 6 besitzt,, welcher sich synchron mit der Arbeitsweise des Verteilers 3 öffnet und schließt; der Basisstrom des Transistors Q^ wird durch öffnen des Schalters 6 zu jedem Zündzeitpunkt gesperrt.

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Figur 2 zeigt einen Zustand, in dem der OJransistor Q₁ bei geöffnetem Schalter 6 gesperrt ist, so daß Zündstrom unter Hochspannung von Masse über die Zündkerzen P^, bis P^ den Verteiler 3 und durch die Sekundärwicklung der Zündspule 4 fließt.

Die elektrische Niederspannungsquelle 2 besitzt einen Wechselspannungs-Generator 7 und einen Aufwärtstransformator 8 zur Erhöhung der Ausgangsspannung des Wechselspannungs-Generators 7j beispielsweise auf eine Spannung von 3kV. Der Ausgangssekundärstrom des Aufwärtstransformators 8 wird durch eine Diode D^ gleichgerichtet, wodurch ein Ladegleichstrom für den Kondensator C erzeugt wird.

Eine Klemme A des Kondensators C ist mit der Ausgangsklemme der Niederspannungsquelle 2 verbunden, während seine andere Klemme mit dem Verbindungspunkt B der Kathoden der Dioden D, bis Dg und der Anode der Diode D₂ über eine Drossel 16 in Verbindung steht.

Die Anoden der Dioden D_x bis Dv- sind mit den Zündkerzen P^ bis Pjj, entsprechend verbunden, während die Kathode der Diode D₂ an Masse angeschlossen ist. Der Ladekreis des Kondensators C wird durch diese Diode D₂ geschlossen und der Ladestrom fließt von der Niederspannungsquelle durch den Kondensator C und durch die Diode D₂.

Die Klemme A des Kondensators C ist auch über eine. Schaltvorrichtung 9 mit Masse verbunden.

Die Schaltvorrichtung 9 besitzt eine monostabile Kippschaltung 10 zum Erzeugen einer vorbestimmten Spannung während einer kurzen Periode nach Anlegen eines Eingangssignals sowie einen !Transistor Q₂, der abhängig von der Ausgangsspannung der monostabilen Kippschaltung 10 leitend

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wird, welche als Quelle für seinen Basisstrom dient. Bei leitendem Transistor Q₂ ^⁸* &i-^e Ladeklemme A des Kondensators C mit Masse kurzgeschlossen.

Die monostabile Kippschaltung 10 wird von dem Ausgangssignal des zuvor genannten Zündsignalerzeugers 5 gesteuert und erzeugt ein Ausgangssignal mit einem hohen Wert währrend einer vorbestimmten Zeitdauer (die gleich oder größer als die übliche Plasmaentladungszeit ist, beispielsweise einen Wert von einigen bis zu einigen hundert Mikrosekunden hat) nach öffnen der Kontakte des Schalters 6 zum leitend Schalten des Transistors Q₂.

Es wird nun auf Figur 3 Bezug genommen, die ein vereinfachtes Schaltbild der zuvor beschriebenen Schaltung zeigt, das zur Erläuterung der Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels dienen soll.

Die Niederspannungsauelle 2 führt Ladestrom dem Kondensator dauernd zu, mit Ausnahme derjenigen Zeit, zu der die Zündung auftritt. Dieser Ladestrom fließt von der Niederspannungsquelle 2 durch den. Kondensator 10 und durch die Diode D₂ nach Hasse.

Nimmt man an, daß die Ausgangsspannung der Niederspannungsquelle+3k¥ ist, dann besitzt das Potential an der Klemme A des Kondensators O einen Wert von + 3kV und das Potential am Yerbindungspunkt B ist gleich dem 7orwärtsspannungs-Abfall der Diode D₂, nämlich etwa 1V.

Beim Auftreten der Zündung in diesem geladenen Zustand des Kondensators C wird die Schaltvorrichtung 9 geschlossen, was bewirkt, daß das Potential an der Klemme A auf Hull reduziert wird.

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Infolge dieses Wechsels im Potential an der Klemme A wird am Verbindungspunkt B ein Potential von -JkV erzeugt.

Diese Potentialänderung am Verbindungspunkt B hat zur Folge, daß die in dem Kondensator C gespeicherte elektrische Energie an derjenigen Zündkerze z.B. P^ entladen wird, der eine Zündhochspannung zugeführt wurde, da ein dielektrischer Zusammenbruch zwischen den Zündkerzen-Elektroden dieser Zündkerze auftritt und zwar infolge der Funkenentladung der Hochspannung durch den Verteiler 3· Der Plasma-Zündstrom fließt durch die Zündkerze P^, durch die Diode D, in den Kondensator C. Somit tritt eine Plasmaentladung in der Verbrennungskammer auf.

Gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die in dem Kondensator C gespeicherte elektrische Ladung nicht entladen, bevor nicht die Schaltvorrichtung 9 zum richtigen Zeitpunkt durch das Zündungssignal geschlossen wurde. Somit wird das Auftreten einer unregelmäßigen Entladung verhindert und eine stetige Plasmazündung erreicht.

Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Zündsystems. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Schaltvorrichtung verwendet, die einen Thyristor zur Steuerung des Ladungsstromes des Kondensators besitzt.

Die Schaltvorrichtung 9 umfaßt einen Inverter 101, eine Differenzierschaltung mit einem Kondensator C_x, und einen Widerstand R sowie einen Thyristor 11, bei dem als GATE-Elektrodenspannung das Ausgangssignal der Differenzierschaltung verwendet wird. Ist der Thyristor 11 leitend, dann wird die Klemme A mit Hasse kurzgeschlossen und die negative Spannung an der Klemme B erzeugt.

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Die Differenzierschaltung begrenzt die Zeit, während der die GASJE-Elektrodenspannung angelegt wird, auf ein Minimum, so daß der ühyristor 11 automatisch nach Entladen des Kondensators C sperrt; hierdruch wird die Zeitdauer verkürzt, während der die Niederspannungsquelle 2 kurzgeschlossen ist.

Andere Schaltungsteile dieses Ausführungsbeispiels sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in !Figur 2 bezeichnet^ sie werden nicht erläutert, da ihre Arbeitsweise praktisch die gleiche, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist.

Anhand von Figur 5 wird nun ein drittes Ausführungsbeispiel des Zündsystems erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt die Ausgangsspannung positive Polarität, damit sie für ein Zündsystem mit positiver Zündhochspannung paßt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß !Figur 5 ist nach Ladung des Kondensators G durch die Niederspannungsquelle 2 das Potential an der Klemme A auf einem Wert von -3kV (wobei angenommen ist, daß die Ausgangs spannung der Niederspannungsquelle -3kV ist) und dieses Potential wechselt auf Null, wenn die Schaltvorrichtung schließt.

Durch diesen Potentialwechsel an der Klemme A steigt das Potential am Verbindungspunkt B auf +3kV und der Strom fließt von dem Kondensator 0 durch die Diode D* durch die Zündkerze P^ nach Masse. Die Plasmazündung wird somit durch einen positiven Ladestrom bewirkt.

Wie zuvor beschrieben, ist die Arbeitsweise dieses dritten Ausführungsbeispiels die gleiche, wie die des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels mit der Ausnahme, daß die Richtung des Plasmazündstromflusses eine andere ist; somit wird

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auch hier das Auftreten einer unregelmäßigen Entladung verhindert und eine kontinuierliche Plasmaentladung erzielt.

Anhand von Figur 6 wird ein viertes Ausführungsbeispiel der Zündvorrichtung erläutert, bei der die elektrische Niederspannungsquelle einen Impulsgenerator 12 und einen Inverter 14- besitzt; ferner ist eine Abschaltvorrichtung mit einer monostabilen Kippschaltung 13 vorgesehen. Andere Schaltungsteile des Systems gleichen denjenigen der Ausführungsbeispiele der Figuren 2 und 4-,

Wie allgemein bekannt, bleibt ein thyristor, nachdem er gezündet wurde, leitend, bis sein Laststrom aufhört. Im vorliegenden Falle bleibt der Thyristor 11 leitend, da der Strom von der Niederspannungsquelle 2 auch nach der Plasmaentladung weiterfließt. Zum Sperren des Transistors 11 wird die Spannungsabgabe von der Niederspannungsquelle 2 für eine vorbestimmte Zeit nach Auftreten des Signals des Signalerzeugers 5 mittels einer monostabilen Kippschaltung unterbrochen.

Die Niederspannungsquelle 2 dieses Ausführungsbeispiels ist derart aufgebaut, daß die Primärwicklung des Aufwärtstransformators 8 von zwei Transistoren Q, und Q^. mit einem Treiberstrom versorgt wild, wobei die beiden Transistoren abwechselnd, abhängig von einem Treiberstrom, von einem Impulsgenerator 12 leitend werden. Zwischen die Basis des Transistors Q^ und dem Impulsgenerator 12 ist ein Inverter eingeschaltet, so daß der Transistor Q^. mit einem invertierten Strom des Ausgangssignals des Impulsgenerators 12 gespeist wird. Zwei Schalttransistoren Qc und Qg sind mit der Basis des Transistors Q^ bzw. Q, verbunden; sie stehen auch mit Nasse in Verbindung, um die Basisströme der Transistoren Qz und Q^ kurzzuschließen und den Betrieb der

Transistoren Q, und Q^, abhängig von dem Ausgangssignal der

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monostabilen Kippstufe 1^ zu unterbrechen. Somit arbeitet die Niederspannungsquelle 2 für eine vorbestimmte Periode nicht, wie sie durch das Ausgangssignal der monostabilen
Kippstufe 13 bestimmt wird.

Aus dem Vorangegangenen ergibt sich, daß die Schaltvorrichtung synchron zu dem Zündungszeitgabesignal arbeitet, um den Energiespeicher-Kondensator an Masse zu legen.
Aufgrund dieser Schaltungskonstruktion wird eine unregelmäßige Entladung des Plasmazündungsstromes verhindert und eine stetige und wirksame Plasmazündung erzielt.

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Claims

Patentansprüche

Elektronisches Zündsystem für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem von einer Hochspannungsquelle (1) nacheinander jeweils eine von mehreren Zündkerzen (P,, bis P^) gezündet und nach Zündung ein von einer Niederspannungsquelle (2) aufgeladener elektrischer Energiespeicher, etwa ein Kondensator (C) über die Zündstrecke entladen wird, dadurch gekennzeichnet , daß ein Signalerzeuger (5) zur Erzeugung eines Zündzeitgabesignals vorgesehen ist, das sowohl das Anlegen der Zündspannung an eine der Zündkerzen (P^ bis P^) als auch synchron damit die Entladung des EnergieSpeichers steuert.

Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Zündzeitgabesignal ein abfallender Impuls ist, der zum Zeitpunkt jeder Zündung den Spannungswert null Volt besitzt, daß die Entladung des Energiespeichers (C) über eine Schaltvorrichtung (9) ein-

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TBLCFON (OBO) 99 3*69

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TCLCORAMMC MONAPAT

TCLCKOmCRCN

geleitet wird, die einen Inverter (10) zur Erzeugung eines Ausgangssignals, abhängig von dem Zündzeitgabesignal, und einen Schalttransistor (Qg) besitzt, an dessen Basis das Ausgangssignal des Inverters (10) zur Erdung einer Klemme (A) des Energiespeichere (C) angelegt wird.

3>. Zündsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Zündzeitgabesignal ein abfallender Impuls ist, der bei Zündung den Spannungswert OV besitzt, und daß die Entladung des EnergieSpeichers (C) durch eine Schaltvorrichtung (9) eingeleitet wird, die einen Inverter (10) zur Erzeugung von Ausgangsimpulsen vorbestimmter Impulsbreite, abhängig von dem Zündzeitgabesignal, sowie einen Kiyristor (11) besitzt, der abhängig von den Ausgangsimpulsen des Inverters (10) zur Erdung des Energiespeichers (C) getriggert wird.

4. Zündsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschaltvorrichtung (15) zur Unterbrechung des Ladungsstromes von der Niederspannungsquelle (2) während einer vorbestimmten Periode nach Auftreten eines Zeitgabesignals vorgesehen ist.

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