DE3342723A1

DE3342723A1 - Zuendeinrichtung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3342723A1
Application number: DE19833342723
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Individual
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1983-11-25
Filing date: 1983-11-25
Publication date: 1985-06-13
Also published as: US4672928A; JPS60184972A; DE3342723C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einer Zündspule und mehreren Zündkerzen zwecks Entflammung des Gemisches, bei der keine der Zündelektroden der Zündkerze auf dem Potential der Maschine (Massepotential) liegt, sondern auf einer im allgemeinen vom Massepotential verschiedenen Spannung liegt.

Durch diese "erdfreie" Anordung ist es möglich, die Zündelektroden als Ionisationssonde gegenüber dem Massepotential zu benutzen. Ziel der Erfindung ist es, durch diese Anordnung ohne wesentliche Änderungen am Motor über Ionenstrommessung die Aussage zu erhalten, wann und ob das Gemisch entflammt wurde. Darüberhinaus läßt sich auch durch den von Druckwellen modulierten Ionenstrom ein Klingeln des Motors feststellen.

Mit einem über den Ionenstrom gewonnenen Ausgangsimpuls lassen sich Zündanlagen und Gemisch-Aufbereitungssyteme derartig regeln, daß vorgegebene Verbrennungsabläufe erreicht werden.

Diese Regelmöglichkeit ist bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung. Es ist z.B. beschrieben in der OS 2443413 BOSCH und benötigt eine getrennte Ionisationssonde. Ebenso bekannt sind elektronische Zünd- und Einspritzsysteme, die sich von Motorparametern steuern lassen, und mit denen geschlossene Regelkreise bezüglich der Verbrennung realisiert werden können, z.B. gemäß DP 19 17 389.

Darüberhinaus sind Zündkerzen bekannt, in die Ionisationssonden eingebaut sind, beschrieben in MTZ 39 (1978) 7/8 Seite 333 , Haahtela.

Den bekannten Anordungen ist gemeinsam, daß sowohl das Zündsystem, wie auch die Ionenstrommessung mit dem Massepotential des Motors verbunden ist. Hierdurch wird entweder eine getrennte Ionenstromsonde erforderlich, die sich wegen der Brennraumform und der Ventillage nicht ohne weiteres anbringen läßt, z.B. im Heron-Brennraum, oder es ergeben sich Sonderzündkerzen mit eingebauter Ionisationssonde, die einerseits fertigungstechnische Probleme mit Jsich bringen und anderenseits die Ionisation zu dicht an dem Entflammungspunkt messen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zündsystem der eingangs erwähnten Art mit gleichzeitiger Meßmöglichkeit eines Ionenstromes zu schaffen.und dabei die den bekannten Ausführungen anhaftenden Unzulänglichkeiten zu vermeiden.

Diese Aufgabe ist erfinderisch dadurch gelöst, daß z.B. die Zündkerzen heutiger Art isoliert eingebaut werden, wobei als isolierendes Zwischenstück mit Gewinde und Auflager aus tauglichem Material Verwendung findet. Durch diese Maßnahme sind die beiden Zündelektroden der Funkenstrecke vom Massepotential der Brennkraftmaschine isoliert. Eine zweite Stromquelle versorgt wenigstens eine der Zündelektroden mit einer Spannung, sodaß ein Ionenstrom zwischen Zündelektrode und Brennraumwandung fließt, sobald das entflammte Gemisch an die Brennraumwandung anstößt.

Fig. 1 zeigt den beschriebenen Einbau einer bekannten Zündkerze mit Zündspannungsanschluß 1, mittlerer Zündelektrode 2, Masseelektrode 3, Einschraubhülse 4 und Isolierstück 5.

Mechanische Gründe wie auch die Tatsache, daß Isolierungen gleich welcher Art durch die Verbrennungdrücke altern, laßt den Austausch der Isolierung beim Zündkerzenwechsel sinnvoll erscheinen.

Fig. 2 zeigt eine modifizierte Kerze, bei der die Isolierung 5 zwischen der ehemaligen Masseelektrode 3 und der Einschraubhülse 4 angeordnet ist. Hierbei wird die Masseelektrode 3 nach oben geführt, sodaß sich ein koaxialer Anschluß über der Einschraubhülse 4 ergibt, der von einem entsprechend gestalteten Kerzenstecker leicht kontaktiert werden kann. Auf die Darstellung von erforderlichen konstruktiven Maßnahmen zwecks Dichtigkeit, Druckfestigkeit, Isolierung und Freiblasraum wurde verzichtet, da dies hinreichend oft offenbart wurde und nicht Gegenstand dieser Erfindung ist.

Fig. 3 bis 6 zeigen den elektrischen Teil der erfinderischen Anordnung.

Fig. 3 bezieht sich auf die Steuerung eines 4-Zylinder-

Motors mit mechanischem Verteiler 10 und den isolierten Elektroden 11. Der primäre Rückschlagimpuls des Transistors 8 in Verbindung mit der Zündspule 9 lad über die Diode 12 den Kondensator 13 auf, wodurch eine Stromquelle mit der Spannung von ca. 300 V entsteht, die den Zündkreis (Ionenstromsonde) über den Widerstand 14 speist. Selbstverständlich beschränkt sich die erfinderische Anordnung nicht auf diese Art der Spannungserzeugung, sondern es können alle bekannten Gleich- und Wechselstromquellen verwendet werden. Nach dem Schutzwiderstand 15 tritt ein Ausgangsimpuls entsprechend der Höhe des Ionenstromes zwischen Zündkreis und Masse auf, der zu einem nicht dargestellten Motorsteuersystem führt.

Fig. 4 beschreibt das gleiche System, wobei jedoch die einzelnen Zündkerzen 11 über Dioden 16,17,18, 19 entkoppelt sind und die einzelnen Ionenstromimpulse einzeln über die Schutzwiderstände 15 abgenommen werden. Entkopplungsschaltungen mit Dioden und Widerständen sind bekannt und Anordnungsdetails richten sich nach der Polarität der vorhandenen Spannungen. Selbstverständlich können auch einzelne Zündkerzen in Gruppen zusammengefaßt werden, wie auch der gemeinsame Widerstand 14 aufgeteilt werden, wie es Fig. 6 nahelegt. Notwendig wird die Trennung der Ionenstromimpulse, wenn sich insbesondere bei Vielzylindermotoren infolge von Restgasionisation Ionenstromimpulse überschneiden, oder wenn mit dem Ionenstromimpuls andere Einrichtungen synchronisiert werden sollen. Wegen der hohen Zündspitze können aufgrund kapazitiver Unsymetrien Störinipulse auftreten, die den Ionenstromimpulsen überlagert sind. Dies läßt sich vermeiden, wenn während der Zündspitze der Vorwiderstand 14 durch eine Schaltervorrichtung überbrückt wird, und somit der Zündkreis niederohmig gegenüber Masse gemacht wird. Im vorliegenden Beispiel dient hierfür ein Triac 27, der von der Zündsteuerung im entsprechenden Moment angesteuert wird. Gilt es nur Spannungsspitzen zu unterdrücken, so kann anstelle der gesteuerten Schaltvorrichtung ein Kondensator eingesetzt werden. Dies ist nicht auf diesen Schaltvorschlag beschränkt.

Fig. 5 zeigt eine Ausführung für einen Zweizylindermotor. Selbstverständlich ist diese bei entsprechender Vervielfachung auch für 4,6,8,12 Zylinder motoren einsetzbar. Verzichtet man auf die Schaltervorichtung 27 in diesem Beispiel, so erhält man während der Zündspitze einen Ausgangsimpuls, dessen Polarität davon abhängt, welche Kerze den höheren Zündspannungsbedarf hat.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung unter Doppelausnutzung der Zündspule, wie in DP 23 39 784 beschrieben. Die Zündspule 9 wird hier von einer Brückenschaltung 20, bestehend aus 2 Komplementärschaltern mit 4 Transistoren jeweils ummagnetisiert, wodurch Zündimpulse unterschiedlicher Polarität

entstehen, die mittels der Dioden 21,24 und 22,23 auf zwei Kerzen-Zündkreise aufgeteilt werden. Die Spannungszuführung erfolgt über die Widerstände 25 und 26 getrennt. Die Diode 12 ist doppelt vorhanden, um der Gegebenheit der Brückenschaltung Rechnung zu tragen. Wie bei allen vorherigen Schaltvorschlägen steht der Ionenstromimpuls an den Widerständen 15 zur Auswertung zur Verfügung

Fig. 7 zeigt die transformatorische Abnahme des Ionenstromimpulses. Diese Schaltung ist besonders vorteilhaft, da sie ohne Änderung des Zündsystems einschließlich des Verteilers durchführbar ist. Der Ionenstrom wird transformatorisch über z.B. Ringkerne 34 abgenommen, durch die die Anschlüsse der Zündelektroden geführt sind und im vorliegenden Beispiel 2 Primärwicklungen 36 und 37 bilden. An der Sekundärwicklung 35 entsteht ein Ausgangsimpuls 30 bei lonenstromfluß. Die zweite Stomquelle ist ein Kondensator 13, der vom Funkenstrom bis auf eine durch die Zenerdiode 38 festgelegte Spannug aufgeladen wird. Es soll erwähnt sein, daß als zweite Stromquelle eine Anordnung 28 und eine Zündspule 9 mit galvanisch getrennter Sekundärwicklung nach Fig. 1 eingesetzt werden kann, sodaß die Funkenenergie nicht gemindert wird.

Fig. 8 zeigt eine Anordnung entsprechend Fig. 5, bei der zwei Funkenstrecken in Serie liegen, jedoch der Ionenstrom transformatorisch gemessen und abgenommen wird. Auf Fig. 6 bezogen ist der lonenstrom statt über den Spannungsabfall an den Widerständen 25 und 26 wie beschrieben in gleicher Weise transformatorisch messbar.

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Claims

Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen Patentansprüche:

1. Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einer sich in den Brennräumen befindenden Funkenstrecke und einer die Zündenergie liefernden ersten Stromquelle, sowie einer zweiten Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der Funkenstecke vom Massepotential der Brennkraftmaschine isoliert sind, sich wenigstens eine Elektrode auf dem Potential der zweiten Stromquelle befindet und Mittel zur Gewinnung eines Ausgangsimpulses entsprechend dem lonenstromfluß von den Zündelektroden nach dem Massepotential der Brennkraftmaschine vorhanden sind.

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zündstrom liefernde erste Stomquelle eine Zündspule mit galvanisch getrennter Sekundärwicklung ist und der Ausgangsimpuls durch den Spannungsabfall an einem Widerstand (14) entsteht, der zwischen der zweiten Stomquelle (28) und dem galvanisch getrennten Zündkreis liegt und vom lonenstromfluß bewirkt wird.

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrom transformatorisch gemessen wird, wobei der Ausgangsimpuls (30) entsprechend dem lonenstromfluß an der Sekundärwicklung (35) eines Transformator (34) auftritt und wenigstens zwei Primärwicklungen (36) und (37) vorhanden sind, durch die der Strom von der ersten und zweiten Stromquelle an die Zündelektroden fließt.

4. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stromquelle (28) ein Kondensator (13) ist, der über die Diode 12 von dem Spannungsimpuls an der Primärwicklung der Zündspule (9) aufgeladen wird.

5. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, 2 , 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Umschaltvorichtung (10) gesteuert, der Zündstromkreis zyklisch mit der Motorperiode über unterschiedliche Zündkerzen (11) verläuft.

6. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils 2 Zündkerzen (11) im Zündstromkreis in Serie liegen, miteinander verbunden sind.

7. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündspule (9) eine Halbleiterschalteinrichtung (21,22,23 und 24) nachgeschaltet ist, und die Zündspule (9) von 2 Schaltern (20) auf der Primärseite auch in umgekehrter Richtung magnetisiert werden kann, wobei der benötigte Strom von einer äußeren Stromquelle (+) stammt.

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8. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorhandensein mehrerer Funkenstrecken Mittel vorhanden sind, um die Ausgangssignale (30,31,32 und 33) einzeln oder gruppenweise zu erhalten, wobei bei der Ionenstrommessung über den ^Spannungsabfall an einem Widerstand zur Entkopplung Dioden (16,17,18 und 19) und Widerstände (25 und 26) dienen, beziehungsweise bei der transformatorischen Strommessung mehrere Transformatoren Verwendung finden.

9. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Schaltvorrichtung (27) der Zündstromkreis während eines von einer äußeren Steuervorichtung vorgegebenen Momentes, vorzugsweise der Zündspitze, niederohmig auf ein vorgegebenes Potential gezwungen wird.