-
Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit
-
einem Magnetgenerator Stand der Technik Die Erfindung geht aus von
einer Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetgenerator nach der Gattung
des Hauptanspruchs. Bei einer aus der DE-OS 27 01 750 bekannten derartigen Zündanlage
wird der Zündzeitpunkt bei zunehmender Drehzahl in Richtung Frühzündung verstellt,
indem parallel zur Steuerstrecke des Zündtransistors ein RC-Glied angeordnet ist.
Dadurch wird bei zunehmender Drehzahl der Zündtransistor vor dem Zündzeitpunkt weniger
stark in den stromleitenden Zustand gesteuert und auf diese Weise die Spannung im
Primärstromkreis vor jedem Zündvorgang erhöht. Da die Steuerung des Primärstromkreises
zur Auslösung einer Zündung über eine Steuerschaltung von der Höhe dieser Primärspannung
abhängt, wird auf diese Weise mit zunehmender Drehzahl die Zündung zu einem früheren
Zeitpunkt ausgelöst. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die
hier
benötigten Kondensatoren eine relativ große Kapazität haben. Eine solche Steuerschaltung
läßt sich nicht in einer preisgünstigen und raumsparenden Hybridschaltung realisieren,
da die Kondensatoren als diskrete Bauelemente ausgeführt werden.
-
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, die Steuerschaltung der
Zündanlage so zu gestalten, daß in einer Hybridschaltung die Kondensatoren in Dickfilm-Ausführung
realisiert werden können.
-
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Zündanlage mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß in einfacher Weise die Steuerschaltung
in Dickfilm-Technik auf einem Substrat mit aufgeklebten Halbleitern untergebracht
werden kann, zumal für die Steuerkondensatoren nur noch eine Kapazität von weit
weniger als 50 nF benötigt wird.
-
Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß eine solche Hybridschaltung
kostengünstig auszuführen ist und sowenig Platz erfordert, daß sie gemeinsam mit
dem Zündtransformator in einem Gehäuse vergossen werden kann.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn in dem Schaltungszweig mit dem zweiten Steuerkondensator
eine erste Diode angeordnet ist, welche für die zur Zündung ausgenutzten Spannungshalbwellen
in Sperrichtung liegt. Dabei ist es besonders
vorteilhaft, wenn die erste Diodeiden ersten Steuerkondensator im Hinblick auf die
zur Zündung nicht verwendeten Halbwellen überbrückt.
-
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 den Schaltungsaufbau einer erfindungsgemäßen Zündanlage, Figur 2 den Spannungsverlauf
im Primärstromkreis der Zündanlage im unteren Drehzahlbereich, Figur 3 den Verlauf
der Primärspannung im oberen Drehzahlbereich und Figur 4 zeigt die Kennlinie der-Zündzeitpunktverstellung
in Abhängigkeit von der Motordrehzahl.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispieles Die in Figur 1 dargestellte
Zündanlage für eine Einzylinder-Brennkraftmaschine umfaßt einen Magnetgenerator
10 mit einem zugleich als Zündtransformator dienenden Zündanker 11, der mit einem
umlaufenden Magnetsystem 12 zusammenwirkt. Das Magnetsystem 12 ist dabei am äußeren
Umfang eines Schwung- oder Lüfterrades 13 der nicht dargestellten Brennkraftmaschine
angeordnet. Der dreischenklige Zündanker 11 ist mit einer Primärwicklung 14 und
einer Sekundärwicklung 15 versehen die gemeinsam mit den übrigen Schaltungselementen
der Zündanlage in einem nicht dargestellten Gehäuse vergossen sind. Die Primärwicklung
14 ist an einem Primärstromkreis mit einem elektronischen Zündschaltelement 16 angeschlossen,
während die Sekundärwicklung mit einer Zündkerze 17 verbunden ist. Das Zündschaltelement
16 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem dreistufigen Darlington-Zündtransistor,
in dessen Emitter-Anschluß ein Abgleichwiderstand 18 zur Einstellung des Verstärkungsfaktors
am Zündtransistor 16 liegt. Zur Durchsteuerung des Zündtransistors 16 mit dem Beginn
einer positiven Spannungshalbwelle im Primärstromkreis ist seine Basis
über
einen Widerstand 19 mit seinem Kollektoranschluß verbunden. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke
des Zündtransistors 16 und des Abgleichswiderstandes 18 liegt die Schaltstrecke
eines Steuertransistors 20, dessen Basis über einen Koppelwiderstand 21 mit dem
einen Anschluß eines ersten Steuerkondensators 23 verbunden ist. Der andere Anschluß
des Steuerkondensators 22 ist gemeinsam mit dem Emitteranschluß des Steuertransistors
20 und dem einen Anschluß des Abgleichwiderstandes 18 an das eine Ende 14a der'Primärwicklung
14 angeschlossen. Der Steuerkondensator 22 ist mit einer Z-Diode 23 als Schwellwertschalter
und einem Widerstand 24 in Reihe geschaltet, dessen freier Anschluß gemeinsam mit
dem Kollektor des Zündtransistors 16 am anderen Ende 14b der Primärwicklung 14 angeschlossen
ist.
-
Zur Beeinflussung des Zündzeitpunktes über den gesamten zulässigen
Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ist in einem weiteren Schaltungszweig ein
zweiter Steuerkondensator 25 mit einem weiteren Widerstand 26 in Reihe geschaltet.
In dem Schaltungszweig liegt ferner eine Diode 27, welche so gepolt ist, daß sie
für die zur Zündung ausgenutzten positiven Spannungshalbwellen im Primärstromkreis
in Sperrichtung liegt. Die Diode 27 liegt parallel zu der aus dem ersten Steuerkondensator
22 und der Z-Diode 23 gebildeten Reihenschaltung. Der durch die negativen Spannungshalbwellen
im Primärstromkreis über die Diode 27 aufzuladende zweite Steuerkondensator 25 liegt
mit seinem Pluspotential über eine Verbindung 28 an dem Kathodenanschluß der Z-Diode
23, deren Anodenanschluß mit dem ersten Steuerkondensator 22 verbunden ist. In dem
Schaltungszweig mit dem zweiten Steuerkondensator 25 liegt eine weitere Diode 29,
die anodenseitig mit
dem Widerstand 26 und kathodenseitig mit dem
Kollektoranschluß des Zündtransistors 16 verbunden ist. Auch diese Diode 29 liegt
für die zur Zündung ausgenutzten positiven Spannungshalbwellen im Primärstromkreis
in Sperrichtung. Die zweite Diode 29 ist ferner anodenseitig mit einem weiteren
Widerstand 30 verbunden, welcher zu der aus der ersten Diode 27, dem zweiten Steuerkondensator
25 und dem Widerstand 26 gebildeten Reihenschaltung parallel liegt.
-
Die Wirkungsweise der Zündanlage nach Figur 1 soll im folgenden mit
Hilfe des in Figur 2 und 3 dargestellten Spannungsverlaufes im Primärstromkreis
näher erläutert werden.
-
Figur 2 zeigt den Verlauf der Spannung Up in der Primärwicklung 14
im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine beim Vorbeibewegen des in Pfeilrichtung
umlaufenden Magnetsystems 12 am Zündanker 11. Figur 3 zeigt den entsprechenden Spannungsverlauf
Up im oberen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine. Als Bezugspotential wird das
untere Ende 14a der Primärwicklung 14 angenommen.
-
Durch die Drehung des Magnetsystems 12 wird zunächst in der Primärwicklung
14 eine negative Spannungshalbwelle erzeugt, die über den Widerstand 30 von etwa
100 A bedämpft wird. Diese negative Spannungshalbwelle treibt ferner einen Strom
über die Diode 27, den zweiten Steuerkondensator 25 von etwa 4 nF und den dazu in
Reihe liegenden Widerstand 26 von 5 K Q, wodurch der Steuerkondensator 25 aufgeladen
wird. Eine Aufladung des ersten
Steuerkondensators 22 wird dabei
durch die Diode 27 bis auf eine Restspannung von 0,6 V verhindert. Durch diese negative
Spannungshalbwelle wird im unteren Drehzahlbereich der zweite Steuerkondensator
25 nur bis unterhalb der Schwellspannung der Z-Diode 23 von etwa 4V aufgeladen,
so daß eine anschließende Umladung auf den ersten Steuerkondensator 22 nicht möglich
ist.
-
Mit der nachfolgenden positiven Spannungshalbwelle der Primärwicklung
14 wird nun der erste Steuerkondensator 22 von etwa 10 nF über den Widerstand 24
von 100 Keund die Z-Diode 23 beim Überschreiten der Schwellspannung Us aufgeladen.
Zum Zündzeitpunkt Z2p erreicht die Spannung am Steuerkondensator 22 den Ansprechwert
des Steuertransistors 20 und schaltet diesen in den stromleitenden Zustand um. Dadurch
wird der Zündtransistor 16 in den Sperrzustand gebracht und der Primärstromkreis
schlagartig unterbrochen. In der Sekundärwicklung 15 wird durch,die Unterbrechung
des Primärstromes ein Hochspannungsimpuls erzeugt, der an der Zündkerze 17 einen
Zündfunken auslöst. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich mit jeder vollen Umdrehung
des Lüfterrades 13.
-
Wie Figur 4 zeigt, liegt der Zündwinkel? im Leerlaufbereich der Brennkraftmaschine
bei 0° Kurbelwellendrehung (KW) vor dem oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine.
Mit zunehmender Drehzahl wird durch die Zeit, die.
-
zur Aufladung des Steuerkondensators 22 erforderlich ist, der Zündzeitpunkt
zunächst in Richtung Spät zündung verstellt.
-
Durch einen entsprechenden Abgleich des Widerstandes 26 wird jedoch
bei einer Drehzahl von etwa 4000 Umdrehungen pro Minute der zweite Steuerkondensator
25 durch die
erste negative Spannungshalbwelle der Primärspannung
Up bereits soweit aufgeladen, daß nach dem Abklingen dieser Spannungshalbwelle die
Schwellspannung Us an der Z-Diode 23 überschritten wird und nunmehr eine Umladung
vom zweiten Steuerkondensator 25 auf den ersten Steuerkondensator 22 stattfindet.
Der Stromkreis für die Umladung wird dabei über die Widerstände 30 und 26 geschlossen.
Auf diese Weise wird mit dem Beginn der positiven Halbwelle der Primärspannung Up
der erste Steuerkondensator 22 schneller auf den zur Umschaltung des Steuerkondensators
20 erforderlichen Wert aufgeladen, so daß sich der Zündzeitpunkt Zzp nunmehr in
Richtung Frühzündung verlagert. Wie Figur 4 zeigt, wird bei steigender Drehzahl
der Zündzeitpunkt zunehmend in Richtung Frühzündung verstellt, so daß er bei einer
Drehzahl von 8000 Umdrehungen pro Minute einen Winkel y von 100 vor OT erreicht.
In Figur 3 ist der Spannungsverlauf in der Primärwicklung 14 im oberen Drehzahlbereich
dargestellt.
-
Die Figur macht deutlich, daß die dem Zündvorgang vorgelagerten negativen
Spannungshalbwellen höhere Amplitudenwerte aufweisen als im unteren Drehzahlbereich
und daß die dadurch verursachte Umladung der elektrischen Energie vom zweiten Steuerkondensator
25 auf den ersten Steuerkondensator 22 den Zündzeitpunkt Zzp im Vergleich zum unteren
Drehzahlbereich nah Figur 2 um den Winkelyt vorverlagert.
-
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbespiel beschränkt.
So ergibt sich praktisch die gleiche Wirkungsweise, wenn die Diode 27 zur Aufladung
des zweiten Steuerkondensators 25 unmittelbar zu dem ersten Steuerkondensator 22
parallel geschaltet ist, wie dies in Figur 1 gestrichelt angedeutet wurde. In diesem
Fall würde während der negativen Spannungshalbwellen
ein Ladestrom
über die Diode 27', und die Z-Diode 23 zum zweiten Steuerkondensator 25 fließen.
Da in diesem Fall sowohl an der Diode 27' als auch an der Z-Diode 23 ein Spannungsabfall
von 0,6 V auftritt, wird die Aufladung des zweiten Steuerkondensators 25 dementsprechend
etwas geringer ausfallen. Schließlich kann der Schaltungszweig mit dem zweiten Steuerkondensator
25 auch in anderer Weise aufgebaut und am Primärstromkreis angeschlossen sein, indem
beispielsweise der Widerstand 26 und der Kondensator 25 vertauscht werden. Wesentlich
ist jedoch, daß der zweite Steuerkondensator 25 nur von solchen Spannungshalbwellen
im Primärstromkreis aufladbar ist, die gegenüber den zur Zündung ausgenutzten Spannungshalbwellen
entgegengesetzt gerichtet sind. Außerdem muß der zweite Steuerkondensator 25 zum
ersten Steuerkondensator 22 und dem ihm vorgeschalteten Schwellwertschalter 23 so
parallel geschaltet sein, daß das Pluspotential des aufgeladenen zweiten Steuerkondensators
25 an dem den ersten Steuerkondensator 22 abgewandten Anschluß des Schwellwertschalters
(22) anliegt, so daß beim Überschreiten des Schwellwertes eine Umladung erfolgen
kann. Anstelle eines E-förmigen Eisenkernes des Zündankers 11 kann auch ein U-förmiger
Eisenkern verwendet werden. Außerdem kann der Zündanker auch mit nur einer Wicklung
zur Versorgung der Zündanlage versehen sein, wobei dann in einer separat davon angeordneten
Zündspule der Hochspannungsimpuls für die Erzeugung der Zündfunken induziert wird.