DE3708250A1 - Vorrichtung zum steuern der triggerfolge bei zuendsystemen - Google Patents

Description

Kondensator-Zündsysteme werden heutzutage häufig benutzt, insbesondere bei kleinen Kraftmaschinen mit innerer Verbrennung, wo die erforderliche Zündleistung mit einem Schwungradmagnet er­ zeugt wird. Durch Anwendung der modernen Technik können die Sy­ steme mit kleinen Abmessungen hergestellt und einfach an verhält­ nismäßig hohe Motordrehzahlen angepaßt werden. In der jüngsten Vergangenheit wuchs jedoch zunehmend das Bedürfnis sowohl hinsichtlich höherer Motordrehzahlen als auch hinsichtlich einer praxisgerechten Zündkurve. Es besteht auch häufig der Wunsch, mit einfachen Mitteln eine Drehzahlbegrenzung zu er­ reichen, ohne die Zündfunktion anderweitig zu beeinträchtigen.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend die technischen Probleme zusammengefaßt, die bei sogenannten Kondensator-Zündsystemen auftreten. In diesem Zusam­ menhang wird auf die Fig. 1 bis 4 Bezug genommen, die den Stand der Technik wiedergeben.

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaubild eines Kondensator- Zündkreises,

Fig. 2 zeigt eine Art der Wellenform der in einem Kreis gemäß Fig. 1 erzeugten Spannung,

Fig. 3 zeigt eine für einen Betriebszustand zutreffende Kurve, und

Fig. 4 zeigt eine für einen anderen Betriebszustand zutref­ fende Kurve.

Der in Fig. 1 gezeigte Zündkreis besteht aus einer Ladespule 1, die auf einem mit einem Schwungradmagnet zusammenwirkenden (nicht näher gezeigten) Kern angeordnet ist. Die Ladespule 1 ist mit einer Diode 2 verbunden, die ihrerseits in Reihe mit einem Kondensator 3 verbunden ist, wobei die Primärwicklung 4 eines Zündtransformators 5 ebenfalls Bestandteil der Reihenschaltung ist, wobei die Sekundärwicklung 6 des Transformators mit dem Spalt 7 einer Zündkerze in Verbindung steht. Die Ladespule 1, die Diode 2 und der Kondensator 3 und die Wicklung 4 bilden daher eine Reihenschaltung. Ein Thyristor 8 oder Triac ist zwischen die Diode 2 und den Kondensator 3 geschaltet, so daß eine wei­ tere Reihenschaltung gebildet werden kann, die aus dem Konden­ sator 3, dem Thyristor 8 oder dem Triac und der Primärwicklung 4 besteht. Die Steuerelektrode 9 des Thyristor 8 ist mit einer Triggerwicklung 10 verbunden, die ebenfalls auf dem mit dem Schwungradmagnet zusammenwirkenden Kern angeordnet ist.

Es sei angenommen, daß bei der Verdrehung des Schwungrad­ magneten in dem Kreis eine Spannungsfolge erzeugt wird, die für den Leerlauf, d.h. bei ungeladenen Wicklungen 1 und 10 den Kur­ venverlauf gemäß Fig. 2 hat. Die erste bzw. die letzte Spannungs­ halbwelle A und B hat die gleiche Polarität, wogegen die mittlere Spannungshalbwelle C die entgegengesetzte Polarität hat. Es ist üblich, daß die Wicklungen 1 und 10 derart auf den Kern gewickelt sind, daß sie entgegengesetzte Spannungen induzieren. Wenn die Wicklungen gemäß dem Schaubild nach Fig. 1 miteinander verbunden sind, dann ist die Situation während einer Induktionsfolge der­ art, daß die erste Spannungshalbwelle A die Triggerfunktion des Thyristors 8 betätigt, aber der Ansprechwert ist so eingestellt, daß er normalerweise während dieser Halbperiode den Thyristor 8 nicht öffnen kann. Während der nachfolgenden Halbperiode ist der Thyristor 8 demzufolge nicht leitend, während eine Ladungsspan­ nung in der Ladespule 1 erzeugt wird, wobei diese Spannung über die Diode 2 dem Kondensator 3 zugeführt wird, um diesen aufzula­ den. Der Ladungsstrom fließt selbstverständlich auch durch die Primär­ wicklung 4, aber die Induktionsfolge ist hier zu gering, um einen Funken am Zündkerzenspalt 7 zu erzeugen. Wenn der Kondensator 3 vollständig aufgeladen ist, d.h., wenn der höchste Punkt der Spannungshalbwelle C erreicht ist, dann fällt die Spannung ab, und die Polarität wird durch Induktion gewechselt, so daß die Spannungshalbwelle B erzeugt wird. Diese erreicht eine Höhe T, wie dies mit einer unterbrochenen Linie veranschaulicht ist, woraufhin der Thyristor 8 leitend wird und den Kondensator 3 zur Primärwicklung umschaltet, so daß infolge des Stromstoßes eine Spannung in der Sekundärwicklung 6 induziert wird, was einen Funken am Zündkerzenspalt 7 zur Folge hat.

Die Spannungsfolge während des vorstehend beschriebenen Betriebs ist aber nicht so ideal, wie dies in Fig. 2 darge­ stellt ist. Die tatsächlich auftretende Kurvenform ist in Fig. 3 gezeigt. Wenn eine Spannungsfolge aufgebaut wird, dann wird die Ladespule 1 selbstverständlich aufgeladen, und dies hat eine Verzögerungswirkung zur Folge, wo der jetzt mit C′ bezeichnete Höchstwert zu einem etwas späteren Zeitpunkt als im Leerlauf erreicht wird. Die hat zur Folge, daß beim Beginn des Spannungsabfalls nach dem Laden des Kondensators eine sehr ra­ sche Rückkehr zur Nullspannung erfolgt, was aus der steilen Kur­ venflanke C′′ in Fig. 3 hervorgeht. Die zunehmende Triggerspan­ nung B entgegengesetzter Polarität triggert den Tyhristor in der bereits beschriebenen Weise.

Mit zunehmender Drehzahl muß der Zündzeitpunkt vorverlegt werden, damit die Motor-Zündkurve so geradlinig als möglich wird und an die Motorfunktion angepaßt ist. Eine derartige Vorverle­ gung des Zündzeitpunktes wird häufig durch das Anwachsen der Kurvenbreite erzielt, die mit zunehmender Motordrehzahl ein­ tritt, d.h. mit der zunehmenden Spannungserzeugung. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, verzögert die steile Flanke C′′ die Verbreite­ rung der Kurve B in Richtung der Vorzündung auf der Kurve nach links. Je größer die Motordrehzahl ist, desto größer ist die Nacheilung der Aufladung des Kondensators und desto steiler ist die Kurvenflanke C′′. Es wird daher bei hohen Motordrehzahlen eine unerwünschte Vorzündungskurve erhalten. Es wird daher eine Verzögerung erhalten.

Es wurde versucht, das in Rede stehende Problem zu lösen, indem der Kurventeil C als Triggerfunktion und der Kurventeil A oder B zur Aufladung verwendet wurde (siehe Fig. 4). Der Nachteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß bei geringen Motordreh­ zahlen eine schwache Aufladung des Kondensators eintritt, weil die Potentialhalbwelle A oder B selten besonders hohe Werte erreicht. Bei einer solchen Ausführungsform ist die Triggerfunktion je­ doch halbwegs unbeeinflußt, und das Anwachsen der Kurve C mit zunehmender Drehzahl trägt natürlich wirksam dazu bei, den Zünd­ zeitpunkt vorzuverlegen, wie aus der strichpunktierten Kurve er­ sichtlich ist. Die Potentialhalbwelle B hat jedoch gegenüber B′ ein anderes Aussehen, weil sie jetzt als Energieversorgung zur Ladung des Kondensators dient. Es ist erkennbar, daß die Folge ähnlich derjenigen für die Kurventeile C′, C′′ in Fig. 3 ist. Selbst wenn die Aufladung des Kondensators bei B′ erreicht wird, dann ist die Ladungsspannung häufig unbefriedigend. Es ist daher vorzuziehen, die Vorrichtung derart zu verwenden, daß die Auf­ ladung während des Kurventeils C eintritt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Verwendung eines Kreises, der im wesentlichen demjenigen entspricht, der in Fig. 1 gezeigt ist und vorstehend in Verbindung mit einer Kon­ densatorzündvorrichtung erläutert wurde, wobei die größte Flußän­ derung, nämlich diejenige, die durch die Spannungshalbwelle C repräsentiert ist, als Ladungsphase verwendet wird. Um jedoch mit zunehmender Drehzahl eine Vorverlegung des Zündzeitpunktes zu bewirken, d.h. zur Vermeidung der Wirkung der steilen Flanke C′′ in Fig. 3 ist die Anordnung so ausgebildet, daß der Kurven­ teil B nach der Entladung des Kondensators im wesentlichen un­ terdrückt wird, wobei das Triggern dann im Kurventeil A erfolgt. Es wird daher der Vorteil erreicht, daß die Abstimmung des Zünd­ zeitpunktes einfach erreicht wird, weil die Kurve A vom Aspekt ihrer Zunahme nicht beeinflußt wird. Zur Unterdrückung des Kurven­ teils B ist gemäß der Erfindung vorgesehen, die Triggerfunktion während des der Kurve B entsprechenden Zeitraums zu unterbinden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in den Fig. 5 und 6 der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 5 ein Schaltbild der Ausführungsform und

Fig. 6 die Spannungskurve in einem Betriebszustand der Vorrichtung nach Fig. 5.

In den Fig. 1 und 5 sind gleiche Bauteile mit gleichen Be­ zugszeichen bezeichnet.

Es ist erkennbar, daß der eigentliche Zündkreis in Überein­ stimmung mit Fig. 1 aufgebaut ist, mit der Ausnahme, daß fol­ gende Kreise hinzugefügt wurden: Ein aus einer Diode 11 und einem Kondensator 12 bestehender Serienkreis überbrückt die Ladespule 1. Ein Anschluß 13 zwischen der Diode 11 und dem Kon­ densator 12 ist mit der Steuerelektrode 14 eines weiteren Thyri­ stors 15 oder eines Triac verbunden. Der Thyristor 15 überbrückt seinerseits die Triggerwicklung 10. Die Vorrichtung arbeitet fol­ gendermaßen:

Während der Ladephase, d.h., wenn Strom von der Ladungs­ wicklung 1 durch die Diode 2 zum Kondensator 3 fließt, um die­ sen aufzuladen, findet auch ein Stromfluß durch die Diode 11 statt, so daß der Kondensator 12 aufgeladen wird. Die am Kon­ densator 12 auftretende Spannung wird jetzt an der Steuerelek­ trode 14 des Thyristors 15 angelegt. Der Thyristor 15 wird jetzt in einen leitfähigen Zustand versetzt (wenn eine Spannung an die­ sen angelegt wird). Während der soeben beschriebenen Phase wird auch der Kondensator 3 auf sein volles Betriebspotential aufge­ laden. Wenn die Spannung wieder abfällt und schließlich ihre Po­ larität ändert, dann wird in der Triggerwicklung 10 eine Trig­ gerspannung induziert. Diese Triggerspannung erreicht aber nicht den Triggerwert, weil der Thyristor 15 im wesentlichen als Kurz­ schlußkreis wirkt, und demzufolge wird an der Steuerelektrode 9 des Thyristors 8 keine Triggerspannung erreicht. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, wie dies in den Kurven ausgedrückt ist, wo nach der steilen Flanke C′′ der Ladephase die Kurve B jetzt einen stark geschrumpfen Verlauf B′′ aufweist, der erheblich unter dem Triggerspannungswert T liegt. Der Schwungradmagnet führt wie­ der eine Umdrehung aus, und die nachfolgende Potentialfolge wird induziert, wobei die Spannungshalbwelle A zuerst auftritt. Diese wird jetzt als Triggerspannung benutzt, weil die Spannung am Kondensator 12 in der Zwischenzeit abgefallen und der Thyri­ stor demzufolge nicht leitend geworden ist. Bei dem jetzt auf­ tretenden Triggermoment wird der Thyristor 8 leitfähig, und am Zündkerzenspalt 7 wird ein Funken getriggert.

Wie aus Fig. 6 deutlich hervorgeht, kann der in Rede ste­ hende Kurventeil A des Kreises jetzt anwachsen, so daß der Triggerpunkt automatisch in der gewünschten Weise mit zuneh­ mender Drehzahl vorverlegt wird. Die übrigen Kurventeile wer­ den demzufolge in keiner Weise beeinflußt, und der Kreis wirkt im übrigen in der vorteilhaften Weise, wie sie stets mit Konden­ sator-Zündkreisen erreicht wird. Die den bekannten Systemen an­ haftende Verzögerung tritt überhaupt nicht auf.

Mit dem in Fig. 5 gezeigten Kreis ist auch eine Begrenzung der Drehzahl möglich. Wenn z.B. für den Kondensator 12 ein be­ stimmter Wert gewählt wird, dann kann die Ladung für eine aus­ reichende Zeitdauer beibehalten werden, damit die vom Kurventeil A eingeleitete Triggerfunktion ebenfalls gehemmt wird. Das hat zur Folge, daß der Kreis so eingestellt werden kann, um die Mo­ tordrehzahl sehr genau zu begrenzen, wodurch ein Überdrehen des Motors verhindert wird. Um eine bessere Steuerung der Zeitkon­ stante zu erzielen, kann ein Ableitwiderstand den Kondensator 12 überbrücken, oder es kann irgendein Zeitschaltkreis vorgesehen sein.

Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich nicht notwendig, daß die Triggerwicklung 10 durch den Thyristor 15 oder einen Triac kurzgeschlossen ist, und es ist auch ein Ab­ schalten der Triggerwicklung während einer bestimmten Zeitdauer denkbar. Sowohl die Ladewicklung 1 als auch die Triggerwicklung 10 können durch andere Spannungsquellen gleicher Wirkung er­ setzt werden.

• Bezugszeichenliste  1 Ladespule
   2 Diode
   3 Kondensator
   4 Primärwicklung von 5
   5 Zündspannungstransformator
   6 Sekundärwicklung von 5
   7 Zündkerzenspalt
   8 Thyristor oder Triac
   9 Steuerelektrode von 8
  10 Triggerwicklung
  11 Diode
  12 Kondensator
  13 Anschluß
  14 Steuerelektrode
  15 Thyristor oder Triac

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Steuern der Triggerfolge bei Zündsystemen, insbesondere für Kraftmaschinen mit innerer Verbrennung, wobei die in dem System erzeugten Spannungsfolgen mindestens drei Spannungshalbwellen für jede Triggerfolge umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Spannungshalbwelle (C) so ausge­ bildet ist, daß sie den Triggerkreis (8, 9, 10) in einem gehemm­ ten Zustand (B′) anordnet, der zumindest während der nachfolgen­ den Spannungshalbwelle (B) existiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Spannungshalbwelle (C) in an sich bekannter Weise ausgebildet ist (2), um einen Kondensator in einem zuge­ ordneten Kondensator-Zündsystem (4, 5, 6, 7) aufzuladen, und um außerdem einen Zeitkreis (11, 12) zu betätigen, der mit dem Trig­ gerkreis (8, 9, 10) in Verbindung (14, 15) steht, um letzteren während der nachfolgenden Spannungshalbwelle (B) unwirksam zu halten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Kondensatorladekreis (2, 3, 4) ein weite­ rer Kreis, der einen Gleichrichter (11) und einen Kondensator (12) in Reihe umfaßt, mit der Ladespannungsquelle (1) verbunden ist, wobei der Gleichrichter eine solche Polarisation hat, daß er den Kondensator während der Ladephase des Zündkondensators auflädt, und wobei der Kondensator mit der Steuerelektrode (14) eines Schalters (15) in Verbindung steht, der die Triggerspannungs­ quelle (10) für den Funken-Triggerkreis (8, 9, 3, 4, 5, 6, 7) überbrückt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Ladespannungs­ quelle aus einer Wicklung (1) in einem Schwungradmagnetsystem besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Gleichrichter (11) in dem zusätzlichen Kreis in Reihe geschaltete Kondensator (12) die Ladewicklung (1) überbrückt, wobei der üblicherweise von einem Thyristor (15) oder Triac gebildete Schalter eine dem System zugeordnete Triggerwicklung (10) überbrückt.