DE3442017C2

DE3442017C2 -

Info

Publication number: DE3442017C2
Application number: DE19843442017
Authority: DE
Inventors: Werner 2211 Kremperheide De Martens; Johannes 8500 Nuernberg De Vogler
Original assignee: Vogler Johannes Dipl-Ing (fh) Diplrerpol 8500 Nuernberg De
Current assignee: Vogler Johannes Dipl-Ing (fh) Diplrerpol 8500 Nuernberg De
Priority date: 1984-11-16
Filing date: 1984-11-16
Publication date: 1988-09-29
Also published as: DE3442017A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kondensator-Zündanlage für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Bei einer solchen Zündanlage wird im Zündzeitpunkt ein aufgeladener Kon densator über eine Induktivität auf die Zündspule geschaltet. Dabei wird kapazitiv gespeicherte Energie in induktiv gespeicherte Energie überführt und an die Zündspule abgegeben. Es kann so ein energiereicher Funkenkopf mit einer langen, starken Bogen entladung kombiniert werden.

Umweltschutz und Energieeinsparung setzen leistungsfähige Zünd systeme voraus. Die heutige Motorentwicklung ist ohne elektro nische Zündanlagen nicht denkbar. Dabei sind kontaktlose Signal geber und elektronische Zündzeitpunktsteuerungen verschiedener Art bekannt. Die folgenden Ausführungen beziehen sich dagegen auf die Erzeugung des Zündfunkens.

Bisherige Zündfunkenerzeuger

Als Zündfunkengeber werden praktisch zwei Prinzipien angewandt:

1. Die transistorisierte Spulenzündung "TSZ"
Hier wird die Primärwicklung der Zündspule durch einen Transistor an die Betriebsspannung geschaltet. Der Zündfunke entsteht beim Abschalten der Spule. Die Zündenergie wird induktiv gespeichert.
2. Die Hochspannungskondensatorzündung "HKZ"
(Auch als Thyristorzündung bekannt)
Bei dieser Zündung wird im Zündzeitpunkt ein bereits aufgeladener Kondensator mittels eines elektronischen Schalters auf die Primär wicklung der Zündspule geschaltet. Die Zündenergie wird kapazitiv gespeichert.

Zu 1.
Die Spulenzündung ist heute mit Transistorschaltern und elektronischer Schließwinkelsteuerung sowie mit optimierten Zündspulen hochgezüchtet. Damit steht sie an der Grenze ihrer Entwicklungsfähigkeit. Der haupt sächlich genannte Vorteil der Spulenzündung ist ihre lange Funken brennzeit. Ihre Funkenbrennzeit verringert sich aber prinzipbedingt bei hohen Drehzahlen. Messungen des Funkenstromes am Motor zeigen eine noch weitergehende Abnahme der Brennzeit infolge der Gemisch verwirbelung im Brennraum. Hier führt der erhöhte Spannungsbedarf der Funkenstrecke zu einer Verkürzung des wirksamen Funkenstrom flusses - der Funke wird "weggedrückt". Dieser Erscheinung kann durch eine Erhöhung der in der Spule gespeicherten Energie nur schlecht begegnet werden. Hier setzen die Zündspulenerwärmung und der Stromverbrauch in der Praxis Grenzen.

Bei der Spulenzündung wird die Funkenstrecke aus der hohen Induk tivität der Sekundärwicklung gespeist. Damit wird die Höhe des Funken stromes begrenzt. Auch dieser Nachteil ist prinzipbedingt.

Zu 2.
Die Hochspannungskondensatorzündung benötigt die Zündspule nur als Übertrager. Dieses Prinzip bietet den Vorteil eines sehr schnellen An stieges der Zündspannung bzw. eines niedrigen Innenwiderstandes. Da mit ist eine geringe Nebenschlußempfindlichkeit und ein sehr energie reicher Funkenkopf mit einem hohen Funkenstrom vorhanden. Nachteilig ist die kurze Brenndauer des Funkens. Es ist bekannt, daß deswegen HKZ-Zündungen nicht für jeden Motortyp geeignet sind.

Eine Verbesserung wird bei dem Zündsystem gemäß der DE-PS 19 65 152 und der DE-PS 15 39 195 erreicht. Dieses stellt eine HKZ dar, bei der die Funken brennzeit durch Nachschub von nicht zwischengespeicherter Energie aus der Batterie verlängert wird. In der Verlängerungsphase wird an die Primärwicklung der Zündspule eine feste Spannung gelegt. Diese Span nung ergibt sich aus der Batteriespannung und dem Übersetzungsver hältnis eines Transformators. Damit kann aber u. U. bei einem erhöhten Spannungsbedarf der Funkenstrecke, siehe oben, ein Funkenstrom nicht mehr aufrechterhalten werden.

Die in der DE-OS 22 37 837 beschriebene Zündanlage bemüht sich eben falls um eine Verlängerung des Zündfunkens. Es wird hierzu eine Drossel induktivität verwendet. Sie soll den Funkenstrom verzögern. Allerdings kann die in dieser Induktivität gespeicherte Energie nicht während des Zündvorganges in die Zündspule abgegeben werden - gerade diese Möglichkeit wird bei der beschriebenen Erfindung genutzt!

Ein neuer Zündfunkenerzeuger

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zündfunkenerzeuger der eingangs genannten Art so auszubilden, daß unter allen Betriebs bedingungen eine ausreichende Funkenstandzeit erreicht wird. Dabei soll die Spannung an der Funkenstrecke nach der Durchbruchsphase so hoch sein, daß ein kräftiger Funkenstrom sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs gelöst.

Wesentlich ist dabei die induktive Speicherung von Zündenergie außerhalb der Zündspule. Die Speicherung erfolgt während des Zündvorganges, d. h. im Zündzeitpunkt wird ein bereits aufgeladener Kondensator als niederohmige Spannungsquelle über eine Induktivität auf die Primärwicklung der Zündspule bzw. des Zünd transformators geschaltet. Die in der Induktivität gespeicherte Energie wird, nach Beendigung der Stromzufuhr aus dem Kondensator, eben falls der Zündspule zugeführt. Die Abgabe der Energie aus der In duktivität in die Zündspule wird durch die erfindungsgemäße Schaltung bewirkt.

Die Spannung des aufgeladenen Kondensators muß der notwendigen Zündspannung und der Übersetzung der Zündspule entsprechen. Mit einem weiteren, bereits aufgeladenen Kondensator, der unmittelbar auf die Zündspule geschaltet wird, ist eine Kombination der beschriebenen Erfindung mit der bekannten HKZ-Zündung erreicht.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei in

Fig. 1 ein prinzipielles Ausführungs beispiel und in

Fig. 2 ein Funkenstrom-Zeit-Diagramm dargestellt ist.

In Fig. 1 ist G eine geeignete Gleichspannungsquelle von z. B. 350 V. Wenn der Thyristor TH nicht gezündet ist, werden die Kondensatoren C 1 bzw. C 2 auf 350 V auf geladen. Erfolgt nun die Zündung durch Anlegen eines Impulses aus dem Steuerteil S an das Gate des Thyristors TH, so wird der Kondensator C 1 schlagartig in die Primärwicklung der Zündspule ZS entladen. An der Sekundärseite der Zündspule ZS entsteht ein Hochspannungsimpuls, der den Zündfunken in der Zündkerze bewirkt. Soweit ist dies die Schaltung und die Funktion einer normalen HKZ. Es wird nun aber mit dem Konden sator C 1 gleichzeitig der zweite Kondensator C 2 über die Drossel auf die Zündspule ZS entladen. Die Drossel DR verzögert den Stromfluß. Ohne Drossel DR würde die Entladung des Kondensators C 2 hauptsächlich in Verlustwärme umgesetzt werden, da die Primärwicklung der Zündspule ZS im Moment des Funkendurchbruches sehr niederohmig ist. Mit dem Abfallen des Stromes in der Drossel DR entsteht an ihr die umgepolte Selbstinduktionsspannung. Diese Spannung wird über die nun in Fluß gepolte Diode D 2 an die Primärwicklung der Zündspule gelegt. Die Diode D 3 verhindert erfindungsgemäß eine Entladung der Drossel DR in den Kondensator C 1 und ermöglicht ein Hochlaufen der Primärspan nung an der Zündspule ZS.

Über die Diode D 1 wird der Kondensator C 1 und über die Diode D 2 der Kondensator C 2 vor dem Zündvorgang aufgeladen. Es ist zu bemerken, daß die Dioden D 1 und D 3 als "Klemmdiode" für die Zündspule ZS wirken. Damit wird die Funkenbrennzeit geringfügig verlängert und es werden Oszillationen vermieden. Die gewünschte Verlängerung der Brennzeit des Funkens, siehe Fig. 2, wird mit den dick ausgezogenen Schaltungs teilen in Fig. 1 erreicht. Die Funkenbrenndauer ist bei dieser Ein richtung hauptsächlich durch den Energieinhalt der Drossel und den Widerstand der Funkenstrecke bestimmt. Man kann auch sagen, daß sich an der Kerze die zum Brennen des Funkens notwendige Spannungs höhe automatisch einstellt. Damit wird ein hoher Funkenstrom so lange aufrechterhalten bis der Energieinhalt der Drossel DR aufgebraucht ist. Charakteristisch ist die Konzentration der Funkenenergie in der Nähe des Funkenkopfes. Ein "Ausblasen" des Funkens wird verhindert. Die notwendige Zündenergie und die gewünschte Charakteristik des Funken stromes sind durch die Dimensionierung des Kondensators C 2 und der Drossel DR einfach zu erreichen. Dagegen ist die Erhöhung der Lade spannung des Kondensators C 2 (auch von Kondensator C 1) in ihrem Nutzen begrenzt. Sie führt bei herkömmlichen Zündspulen nur zu einer Steigerung der Verluste.

Zusammenfassend sollen nochmals die Voraussetzungen für die erfindungs gemäße Verwendung der Induktivität DR aufgeführt werden:

a) Die Dimensionierung von Drossel DR und Kondensator C 2.
Die Höhe der Ladespannung von C 2.
b) Ein Strompfad für die umgepolte Selbstinduktionsspannung der Induktivität, hier z. B. Diode D 2 als "Freilaufdiode".
c) Die Vermeidung einer Entladung der Induktivität in Konden satoren, hier z. B. Diode D 3 als "Sperrdiode".

Diese Merkmale müssen zusammen vorliegen!

In einer Zündanlage, entsprechend dem in Fig. 1 skizzierten Beispiel, sind uneingeschränkt die Vorteile der HKZ, siehe oben, mit einer aus reichend langen, effektiven Funkenbrennzeit vereint. Die Leistungs anpassung zwischen Elektronik und Zündspule wird begünstigt.

Mit der beschriebenen Einrichtung können Zündanlagen realisiert werden, die

a) eine sehr hohe nutzbare Energie in die Funkenstrecke einbringen,
b) den Funkenstrom in einer gewünschten zeitlichen Charakteristik dosieren.

Diese Vorteile bedeuten Verbesserungen im Betriebsverhalten des Motors. Ebenfalls werden günstige Auswirkungen bezüglich der Um weltbelastung und der Energieeinsparung erreicht.

Der beschriebene Funkengeber kann auch in mikroprozessorgesteuerten Kennfeld-Zündanlagen und in Verbindung mit Katalysatoren vorteil haft eingesetzt werden. Er ist auch geeignet, den Entflammungs schwierigkeiten des Magerkonzeptes zu begegnen.

Claims

Kondensator-Zündanlage für Brennkraftmaschinen, mit einem ersten Entladestromkreis, der von einem von einer Ladeeinrichtung (G) auf ladbaren ersten Kondensator (C 1), einem Entladeschalter (TH) und der Primärwicklung einer Zündspule (ZS) gebildet wird, mit einem zweiten Entladestromkreis, der von einem von der Ladeeinrichtung (G) aufladbaren zweiten Kondensator (C 2), dem Entladeschalter (TH), der Primärwicklung der Zündspule (ZS) und einer mit der Primärwick lung verbundenen Drossel (DR) gebildet wird, mit einem dritten Ent ladestromkreis, der von der Primärwicklung der Zündspule (ZS) und einer mindestens eine erste Diode (D 1) aufweisenden Diodenstrecke gebildet wird, und mit einem vierten Entladestromkreis, der von der Primärwicklung der Zündspule (ZS), der Drossel (DR) und einer zweiten Diode (D 2) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung der Entladung der Drossel (DR) in den ersten Kon densator (C 1) und damit zum Zweck der Ausnutzung der vollen Rück schlagspannung der Drossel (DR) zur Aufrechterhaltung des Funken stroms zwischen dem ersten Kondensator (C 1) und dem Verbindungs punkt von Drossel (DR) und Primärwicklung der Zündspule (ZS) eine in Richtung auf den ersten Kondensator (C 1) stromdurchlassende dritte Diode (D 3) angeordnet ist, die zum ersten Entladestromkreis ge hört und zugleich Teil der Diodenstrecke des zweiten Entladestrom kreises ist.