DE3321500A1 - Elektrische zuendanlage fuer eine fremdgezuendete brennkraftmaschine - Google Patents

Elektrische zuendanlage fuer eine fremdgezuendete brennkraftmaschine

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DE3321500A1 DE19833321500 DE3321500A DE3321500A1 DE 3321500 A1 DE3321500 A1 DE 3321500A1 DE 19833321500 DE19833321500 DE 19833321500 DE 3321500 A DE3321500 A DE 3321500A DE 3321500 A1 DE3321500 A1 DE 3321500A1
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    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
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Description

  • Elektrische Zündanlage für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine elektrische Zündanlage für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einer primärseitig durch Gleichstrom oder Wechselstrom erregten Zündspule, einer unterbrechergesteuerten oder kontakt los gesteuerten Schaltungsanordnung, die den die Primärwicklung der Zündspule umfassenden Stromkreis unterbricht und schließt, sowie ggf. mit einer Verteilereinrichtung zur Spannungsversorgung mehrerer Zündkerzen der Maschine.
  • Konventionelle Zündanlagen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen haben z.B. die allgemeinen Nachteile, daß der Verschleiß an der Unterbrechereinrichtung erheblich ist, was eine regelmäßige Wartung bedingt, und daß bei Feuchtigkeit und hohen Motordrehzahlen aus bekannten Gründen mit einer verminderten Zündfähigkeit der Zündanlage gerechnet werden muß. Zur Vermeidung oder Verminderung dieser Nachteile sind elektronische Zündanlagen entwickelt worden, die einen zeitgerechten und hohen Zündspannungsimpuls erzeugen, der ein sicheres Zünden des Brennstoffgemisches bei hohen Motordrehzahlen und eine erhebliche Herabsetzung des Verschleißes der Unterbrechereinrichtung bewirkt. Im unteren Motordrehzahlenbereich wird eine zufriedenstellende Zündfunktion nur dann erzielt, wenn eine besondere und sehr sorgfältige Anpassung der Zündanlage an den Vergaser des Motors bzw. der Brennkraftmaschine vorgenommen wird. Hierzu muß der Vergaser so eingestellt werden, daß das Brennstoffgemisch im unteren Dreh zahlenbere ich relativ fett ist, da die Zündfunken-Brenndauer bei elektronischen Zündanlagen sehr kurz ist. Ein fettes Gemisch bedingt aber höheren Benzinverbrauch, und wegen der mangelhaften Verwirbelung des Gemisches im unteren Drehzahlenbereich, insbesondere beim Leerlauf, ergibt sich eine schlechte Gemischverbrennung mit der Folge einer höheren Schadstoffemission.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Zündanlage der angegebenen Art, mit der es unter Beibehaltung der sicheren Zündfunktion bei hohen Motordrehzahlen möglich ist, auch im unteren Motordrehzahlenbereich ein relativ mageres Brennstoffgemisch sicher zu zünden. Weiterhin soll die Zündanlage auch insofern weitergebildet werden, daß im Fall einer üblicherweise mit muskularer Anlaßhilfe in Betrieb gesetzte Brennkraftmaschine die erforderliche Muskelkraft wesentlich herabqesetzt ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe geht von der einleitend angeführten Zündanlage aus und kennzeichnet sich dadurch, daß die Schaltungsanordnung während der einem Zündvorgang zugeordneten, offenen Unterbrecherzeit bzw. einer analogen Zeitspanne eine von der Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängige Impulsfolge mit festgelegten Zeitintervallen zur Versorgung der Primärwicklung der Zündspule erzeugt, derart, daß zumindest im unteren Drehzahlenbereich der Maschine an der jeweiligen Zündkerze ein während der gesamten Dauer der erwähnten Zeit bzw.
  • Zeitspanne anstehender Zündfunken gegeben ist.
  • In Weiterbildung der Erfindung besteht ein Merkmal darin, daß die Schaltungsanordnung einen Impulsformer zur Formung einer Rechteckimpulsfolge einschließt, dessen bzw. deren Impulse ei-..e Dauer von im wesentlichen 0,3 Millisekunden und einen Abstand voneinander von etwa 2,0 Millisekunden aufweisen. In weiterer Ausgestaltung besteht ein Merkmal darin, daß im Falle der Verwendung einer Magnetzündungseinrichtung die Schaltungsailurdnung als abschaltbarer Starthilfeschaltkreis ausgebildet ist, der zusätzlich eine der Anordnung vorgeschaltete, von der Magnetzündeinrichtung sensorisch oder unabhängig von dieser von einer Gebereinrichtung kontaktlos gesteuerte Einrichtung zur Begrenzung der Zündfunkenbrenndauer umfaßt.
  • Mit dieser Lösung wird im unteren Drehzahlbereich der Brenn-Kraftmaschine, insbesondere beim Starten und im Leerlauf, ein Zünden eines im wesentlichen mageren Brennstoffgemisches erzielt, so daß der Brennstoffverbrauch erheblich gesenkt und auch die auf eine ungenügende Verbrennung eines Gemisches zurückzuführende Schadstoffemission weiter vermindert ist. Im wesentlichen wird dies durch einen im unteren Drehzahlbereich während eines Zündvorganges zeitlich beträchtlich länger anstehenden Zündfunken an den Zündkerzen erreicht. Die erfindungsgemäß gestaltete Schaltungsanordnung bewirkt nun, daß unabhängig von der Motordrehzahl während der gesamten Offnungszeit des Unterbrechers eine Impulsfolge aus Impulsen von sehr kurzer Dauer und mit solchem Abstand voneinander erzeugt wird, daß ein Lichtbogen zwischen den Zündkerzenelektroden während der gesamten Dauer der jeweils gegebenen öffnungszeit des Unterbrechers bzw. einer analogen Zeitspanne bei kontaktlos angesteuerten Zündanlagen an der jeweiligen Zündkerze ansteht. Die Schaltungsanordnung sichert, daß sich in der Zündspule immer wieder ein starkes Magnetfeld aufbauen kann, um an der Sekundärseite der Zündspule Zündimpulse von solchem Abstand und von solchem Spannungsbetrag zur Verfügung zu haben, daß ein praktisch ununterbrochener Lichtbogen gegeben ist, der eine sichere Entflammung des mageren Gemisches bei niedrigen Drehzahlen gewährleistet. Andererseits ist aber auch die Entflammung des Gemisches bei hohen Drehzahlen gesichert, da auf jeden Fall wenigstens ein Zündimpuls hoher Spannung zur Verfügung steht, der das bei warmem Motor zündwillige Gemisch sicher zündet.
  • In Weiterbildung bewirkt die Schaltungsanordnung, daß z.B. einzylindrige, magnetgezündete Ottomotoren für beispielsweise Rasenmäher oder Mopeds leichter angelassen werden können, da das muskuläre Ingangsetzen wesentlich erleichtert ist. Die Anordnung ist als Starthilfe ausgebildet, indem sie einer Magnetzündeinrichtung zu- und abschaltbar zugeordnet ist. Es reichen nun schwache Impulse der Magnetzündeinrichtung aus, um mittels der Schaltungsanordnung die angestrebte, vorerwähnte Impulsfolge aus hohen Spannungsimpulsen zu erzeugen, um dadurch ein leichtes und sicheres Zünden des Brennstoffgemisches bei schwacher muskulärer Anlaßkraft zu gewährleisten.
  • Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Es zeigen: Figur 1 das Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung, Figur 2 eine Einzelheit aus Figur 1, Figur 3a,b von der Einzelheit erzeugte und umgeformte Impulszüge, Figur 4a, Öffnungszeiten einer Unterbrechereinheit bei 700 b,c,d Schließwinkel, Figur 4e umgeformte Impulse bei hohen Motordrehzahlen, Figur 5 einen schematisch dargestellten Starthilfeschaltkreis, Figur 6 ein Zündspannungsdiagramm.
  • Gemäß Figur 1 umfaßt das z.B. für einen Personenkraftwagen-Motor gedachte Ausführungsbeispiel einer Batteriezündanlage zunächst die üblichen Bestandteile wie Fahrzeugbatterie 1, Zündspule 2 mit Primärwicklung 2a und Sekundärwicklung 2b, Verteilereinrichtung 3, Zündkerzen 4 sowie eine Unterbrechereinrichtung 5, die in bekannter Weise einen Löschkondensator C aufweist. Die elektrische Verknüpfung dieser Teile ist prinzipiell bekannt und braucht daher nicht erläutert zu werden.
  • Zwischen dem positiven Ausgang des Unterbrechers 5 und dem einen Ende der Primärwicklung 2a der Zündspule 2 ist eine elektronische Schaltungsanordnung 6 eingegliedert, die beim Starten von der Batterie 1, ansonsten von der üblichen Lichtmaschine des PkW-Motors, mit Strom versorgt wird. Diese Schaltungsanordnung steuert die Primärwicklung insofern unabhängig vom Unterbrecher 5, als daß dieser nur den Beginn der Tätigkeit der Anordnung 6 steuert, welche Tätigkeit daher mit dem sogendenten Zündzeitpunkt für das Brennstoffgemisch beginnt.
  • Die Schaltungsanordnung 6 umfaßt eine vom Unterbrecher 5 beaufschlagte Prellimpulssperre P, einen über die Sperre angesteuerten Impulsgenerator 7 zur Erzeugung von Rechteckimpulsen, einen dann folgenden Impulsformer 8 zur Formung der Rechteckimpulse, einen dem Former nachgeschalteten Verstärker 9 sowie eine Abschaltautomatik 10, die sowohl mit dem Former 8 als auch mit dem Generator 7 verschaltet ist, um letzteren zwecks Schonung der Zündspule bei stillstehendem Motor z.B. nach 0.7 Sekunden abzuschalten.
  • Der Impulsgenerator erzeugt einen Impulszug, dessen Rechteckimpulse gemäß Figur 3a eine Zeitdauer von 1 Millisekunde und einen Anstiegsflankenabstand von 2 Millisekunden aufweist.
  • Durch den Former 8 werden die Impulse gekürzt auf etwa ein Drittel, z.B. auf 0,3 Millisekunden, wobei der Anstiegsflankenabstand von 2 Millisekunden erhalten bleibt (Figur 3b). Die so geformten Impulse werden durch den Verstärker 9 der Primärspule 2a der Zündspule 2 verstärkt zugeleitet, so daß in der Sekundwrwicklung 2b die gewünschten Hochspannungsimpulse entstehen.
  • Hierzu wird eine Zündspule verwendet, die 30000 Funken pro Minute leisten kann, so daß alle 0,2 Millisekunden ein Sekundärspannungsimpuls abgegeben werden kann. Aus der Gegenüberstellung der Impulse der Figuren 3a und 3b erkennt man, daß eine Zeit von 0,7 Millisekunden gewonnen wird, so daß insgesamt etwa eine Zeit von 1,7 Millisekunden zur Verfügung steht, während der sich das Magnetfeld in der Zündspule 2 wieder so stark aufbauen kann, um einen sehr'hohen weiteren Sekundärspannungsimpuls von z.B. 25 kV erzeugen zu können. Bei diesen Sekundärspannungsimpulsen entsteht an der Zündkerze ein Lichtbogen, der nach etwa 2 Millisekunden zu Erlöschen droht, aber durch einen neuen Sekundärimpuls der Zündspule wieder gestützt wird, usw.
  • An der Zündkerze steht somit praktisch ein Lichtbogen (Zündfunken) so lange an, wie der Unterbrecher 5 geöffnet ist..
  • Handelt es sich um einen Mehrzylindermotor, so wird die Sekundärspannungsimpulsfolge der Zündspule 2 mittels der Verteilereinrichtung 3 auf die vorbestimmte Zündkerze 4 weitergeleitet, um das Brennstoffgemisch zu zünden.
  • Figur 4a stellt die Öffnungszeit des Unterbrechers 5 bei 700 Schließwinkel während des Startvorganges dar, wobei der Unterbrecher ursächlich durch den üblichen elektromotorischen Anlasser und mit Hilfe der bekannten Verteilerwelle 3a in Umdrehung versetzt wird. Die Anlaßdrehzahl beträgt etwa 100 U/min, was zu einer Öffnungsdauer des Unterbrechers von etwa 117 Millisekunden führt. Man erkennt im Vergleich zu Figur 3b, daß während dieser Öffnungszeit eine Vielzahl von Spannungsimpulsen an die jeweilige Zündkerze 4 abgegeben werden kann, anstatt daß nach dr. Stand der Technik nur ein Spannungsimpuls erteilt wird. Demgemaß kann das Brennstoffgemisch auch beim Startvorgang relativ mager sein und wird trotzdem sicher gezündet. Figur 4b zeigt die Öffnungsdauer des Unterbrechers 5 bei einer Leerlaufdrehzahl des Motors von etwa 900 U/min; sie beträgt etwa 13 Millisekunden. Hier können z.B. sechs Spannungsimpulse während dieser Zeit abgegeben werden, die ebenfalls ein sicheres Zünden eines mageren Leerlaufgemisches gewährleisten.
  • Die Figuren 4c und 4d stellen die Öffnungsdauer des Unterbrechers bei Motordrehzahlen von 3000 und 6000 U/min dar. Man erkennt, daß bei 3,9 Millisekunden bzw. 1,9 Millisekunden zwei Impulse bzw. ein Impuls möglich sind bzw. ist, um das bei diesen Drehzahlen überlicherweise magere Gemisch sicher zu zünden.
  • Die Gegenüberstellung der Figuren 4d und 4e zeigt, daß der theoretische Zeitgewinn von etwa 7,6 Millisekunden ein frühere Wiedererstehen des Magnetfeldes in der Zündspule bewirkt. Aufgruiid der Unterbrecherträgheit ist der Zeitgewinn noch größer, so daß auch im Drehzahlbereich von etwa 6000 U/min das Brennstoffgemisch mittels einer vorschlagsgemäß ausgestatteten konventionellen Zündanlage besser gezündet werden kann. Man sieht dies besonders anschaulich aus Kurve 1 in Figur 6, wo bei einer Funkenzahl von 30000/min noch eine Zündspannung von etwa 15 kV vorhanden ist. Eine handelsübliche, unterbrechergesteuerte Transistor-Zündanlage (Kurve 2) dagegen erreicht bei einer Drehzahl von 6000/min und einer Spannung von 15 kV nur eine Funkenzahl von etwa 20000/min. Die Transistor-Zündanlage gibt jedoch je Zündvorgang nur einen relativ kurzen Zündfunken ab.
  • Gemäß Figur 2 wird die Schaltungsanordnung 6 durch den Unterbrecher 5 kontaktgesteuert. Die Ansteuerung der Anordnung 6 kann alternativ auch kontaktlos erfolgen; z.B. durch eine Gebereinrichtung bekannter Art, die analog zu den Öffnungszeiten des Unterbrechers letztlich die Länge der Impulsfolgen bestimmt.
  • Figur 5 zeigt einen Schaltkreis 11, in den die Schaltungsanordnung 6 als Starthilfe eingegliedert ist, wenn für das Starten eines Motors kein von der Fahrzeugbatterie betriebener, üblicher elektrischer Anlaßmotor (Anlasser) verwendet wird, sondern eine Magnetzündanlage, die üblicherweise muskulär betätigt wird. Dies ist z.B. bei Rasenmähermotoren oder bei Motoren für Kleinkrafträder (Mopeds) der Fall, die mittels Hand- bzw. Fußkraft gestartet werden.
  • Der kontaktlos angesteuerte Schaltkreis 11 weist einen Sensor 12 auf, der einer Magnetzündeinrichtung 13 zugeordnet ist, die elektrisch mit einem Umschalter 14 verbunden ist, über den die Zündspannungsimpulse der Zündkerze eines einzylindrigen Motors direkt oder einer Verteilereinrichtung zugeleitet werden.
  • Zu Startzwecken wird der Umschalter 14 auf den Schaltkreis 11 eingestellt. Der Sensor 12 leitet die von der Magnetzündeinrichtung 13 empfangenden Impulse an ein Zeitglied 15, das die Impulse an die Schaltungsanordnung 6 weiterleitet. Hier werden die Impulse wie weiter vorstehend beschrieben geformt und gelangen erheblich spannungsverstärkt über den Umschalter 13 zur Zündkerze. Das Zeitglied-15, das ebenfalls wie die Anordnung 6 zu Startzwecken von einer vorteilhaft wiederaufladbaren Trockenbatterie 16 mit einer Leistung von etwa 2 Ah bei 12 Volt gespeist wird, schaltet nach etwa 30 Millisekunden ab und begrenzt dadurch den Zündfunken zeitlich, um das Gemisch bei einem Zwei- taktmotor nicht frühzeitig zu zünden. Die Drehzahlen von mit einem solchen Schaltkreis 11 zu startenden Motor sollten 1000 U/min bei einem Zweitaktmotor und 2000 U/min bei einem Viertaktmotor nicht überschreiten.
  • Alternativ kann statt des Sensors 12 auch eine von der Magnetzündeinrichtung 13 unabhängig arbeitende Gebereinrichtung aus zwei Gebern (nicht dargestellt) verwendet werden, die eine der Öffnungszeit eines Unterbrechers vergleichbare Analogzeit bestimmt, wobei das begrenzende Zeitglied 15 dann aus einem Flip-Flop bestehen kann.
  • Nach erfolgtem Start des Motors wird der Umschalter von Hand unverzüglich umgestellt, so daß nun die Magnetzündeinrichtung 12 den Motor in konventioneller Weise allein zündet.
  • Der Schaltkreis 11 gewährleistet, daß auch bei Anlaßdrehzahlen von erheblich unter 100 U/min, wie sie beim schwachen muskulären Anlassen eines kleineren Motors gegeben sind, eine sichere Entflammung des Brennstoffgemisches beim Startvorgang gegeben ist. Personen, die durch eine körperliche Beeinträchtigung die sonst relativ hohe Muskelkraft zum Starten eines fraglichen Benzinmotors nicht mehr aufbringen können, ist durch den Schaltkreis 11 eine vollwertige Anlaßhilfe gegeben. - Leerseite -

Claims (4)

  1. Patentansprüche 9 Elektrische Zündanlage für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einer primärseitig durch Gleichstrom oder Wechselstrom erregten Zündspule, einer unterbrechergesteuerten oder kontaktlos gesteuerten Schaltungsanordnung, die den die Primärwicklung der Zündspule umfassenden Stromkreis unterbricht und schließt, sowie ggf. mit einer Verteilereinrichtung zur Spannungs4&rd~+gung mehrerer Zündkerzen der Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (6) während der einem Zündvorgang zugeordneten, offenen Unterbrecherzeit bzw. einer analogen Zeitspanne eine von der Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängige Impuls folge mit festgelegten Zeitintervallen zur Versorgung der Primärwicklung der Zündspule erzeugt, derart, daß zumindest im unteren Drehzahlbereich der Maschine an der jeweiligen Zündkerze ein während der gesamten Dauer der erwähnten Zeit bzw. Zeitspanne anstehender Zündfunken gegeben ist.
  2. 2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (6) einen Impulsformer (8) zur Formung einer Rechteckimpulsfolge einschließt, dessen bzw. deren Impulse eine Dauer von im wesentlichen 0,3 Millisekunden und einen Abstand voneinander von etwa 2,0 Millisekunden aufweisen.
  3. 3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (6) einen automatischen Abschaltschaltkreis (10) zu ihrer Abschaltung aufweist.
  4. 4. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2 in Form einer Magnetzündeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (6) als abschaltbarer Starthilfeschaltkreis (11) ausgebildet ist, der zusätzlich eine der Anordnung (6) vorge--zMaltete, von der Magnetzündeinrichtung sensorisch oder unabhängig von dieser von einer Gebereinrichtung kontaktlos go¢veuerte Einrichtung (15) zur Begrenzung der Zündfunkenbrenndauer umfaßt.
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