DE3822794A1

DE3822794A1 - Verteilerlose kondensator-zuendanlagen fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3822794A1
Application number: DE19883822794
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl Ing Vogler
Original assignee: VOGLER JOHANNES DIPL ING DIPL
Current assignee: VOGLER JOHANNES DIPL ING DIPL
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1988-07-06
Publication date: 1990-01-11

Description

Im Zuge der Motorentwicklung kommen verteilerlose Zündanlagen zum Einsatz.

Bei verteilerlosen Zündanlagen sollen die Zündspulen vor allem dann kleine Abmessungen haben, wenn jeder Zündkerze eine Zündspule zugeordnet wird. Dabei ist als Funkengeber das HKZ-Prinzip vorteilhaft. Hier dient die Zündspule nur als Trans formator und kann daher kleiner als bei einer TSZ ausgeführt werden - eine TSZ-Zündspule übernimmt auch die Energiespei cherung und hat damit größere Abmessungen.

Nachteilig ist die kurze Funkenbrennzeit einer HKZ nach dem Durchbruch. Eine lange Funkenstandzeit wird mit einem Prinzip nach Patent P 34 42 017 (gleiche Anmelder) erreicht.

Will man die Zündspulenabmessungen weiter verringern, so muß die polaritätsbezogene Spannungszeitfläche der Beaufschlagung verringert werden.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung in der mehrere Durchbrüche kurz hintereinander erzeugt werden. Die Kondensatoren C 1 . . . C 4 werden vom Ladeteil LT geladen. Die Thyristoren TH 1 . . . TH 5 zünden in kurzer Folge. (Die Ansteuerschaltung wurde nicht gezeichnet.) Durch die Dioden D 1 . . . D 4 sind die Kondensatoren entkoppelt. Die Spannungs zeitfläche von jedem Impuls kann klein gehalten werden.

Fig. 2 zeigt eine gleichwertige Schaltung zu Fig. 1. Die Funktion ist gleich.

Bemerkung: Die Thyristoren als unipolare Schalter können auch durch Transistoren ersetzt werden. Dies gilt auch für die folgenden Beispiele.

Mehrere Durchbrüche in ausreichender Zahl und im kleinstmöglichen Zeitabstand bringen eine größere Energie in die Funkenstrecke ein. Sie ergeben eine größere Entflammungssicherheit als ein Zündfunken mit einem Durchbruch und einer kontinuierlich anschließenden Nach brennphase - mehrere Durchbrüche die bei einer TSZ auftreten können sind ungesteuerte, zufällige Folgen von Brennraumturbulenzen.

Die Schwierigkeit bei gesteuerten Durchbrüchen liegt in der Ein haltung eines bestimmten Zeitabstandes zwischen den Beaufschla gungsimpulsen. Trifft bei noch fließendem Funkenstrom, d. h. die Zündspule ist noch vormagnetisiert, ein Folgeimpuls auf die Zünd spule, so verpufft diese Energie als Verlustleistung. Es kann sich kein neuer Durchbruch ausbilden. Ein ausreichender Abstand der Folgeimpulse muß ohne sonstige Maßnahmen auch eine Sicherheitsreserve wegen wechselnder Zündungsgegeben heiten (Turbulenzen u. a.) enthalten. Diese feste Zeitreserve ist aber nachteilig für eine möglichst frühe Entflammung.

In Fig. 3 kann obige Sicherheitsreserve entfallen, wenn der Zu stand des Zündkreises abgefragt wird. Beispielsweise wird über einen Operationsverstärker OP die Spannung an der Primärseite der Zündspule gefühlt. (Die Beschaltung des Operationsverstärkers ist nicht gezeichnet.) In Verbindung mit einem UND-Glied U kann der, den zweiten Impuls schaltende Thyristor TH 2 erst nach ent magnetisierter Zündspule angesteuert werden. Dasselbe gilt auch für die Thyristoren TH 2, TH 3 und TH 4.

In Fig. 4 wird ein anderes Verfahren aufgezeigt. Hier wird nach einem Durchbruch die Zündspule mit einem Impuls für einen Folge durchbruch entgegengesetzter Polarität beaufschlagt. Damit geht keine Energie verloren. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Durch brüchen kann ohne Fühlung der Magnetisierung kurz gehalten werden. Die Ent- bzw. Ummagnetisierung der Zündspule erfolgt sehr schnell. Die Abmessungen der Zündspule in Relation zur übertragenen Energie können weiter verringert werden. Das Prinzip von Fig. 4 ist durch die Numerierung der Bauteile ent sprechend ihres zeitlichen Einsatzes ersichtlich.

Fig. 5 zeigt eine bauteilsparende Anordnung für bipolare Durch brüche. In den obigen Beispielen wurden einzelne HKZ-Kreise, getrennte Kondensatoren und Thyristoren, für die Impulsabgabe auf die Zündspule benutzt. Hier besteht die entsprechende Schaltung aus einem Pufferkondensator CP und einem Serienkondensator CS. Wenn der Thyristor TH 1 zündet wird die Zündspule mit einem posi tiven Impuls beaufschlagt. Es erfolgt nach einem schnellen Spannungs anstieg an der Zündkerze ein Durchbruch positiver Polarität. Gleich zeitig wird auch der Serienkondensator CS aufgeladen. Während dieses Vorganges fließt der Strom in dem Punkt P, entsprechend den Verhält nissen bei einem Serienresonanzkreis, von links nach rechts. Dabei ge langt die in der Zündspule, insbesondere die in ihrer Streuinduktivität, gespeicherte Energie z. T. in den Kondensator CS. Dessen bisherige Ladung erhöht sich dadurch. Ein Teil der gespeicherten Energie wird in der Funkenstrecke umgesetzt. Wenn sein Haltestrom unterschritten wird erlöscht TH 1. Nach der Freiwerdezeit von TH 1 wird mit dem Zünden des Thyristors TH 2 ein von rechts nach links fließender Strom in P erzeugt. Der Kondensator CS gibt seine gespeicherte Energie an die Zündspule ab. Es erfolgt ein Durchbruch negativer Polarität. Durch das folgende Zünden von Thyristor TH 1 wiederholt sich das Spiel mit einem positiven Durchbruch. Die Kapazität des Kondensators CP muß größer als die Kapazität des Kondensators CS sein um mehrere Durch brüche zu speisen. Bei diesem Verfahren ist eine nutzlose Impulsab gabe auf eine vormagnetisierte Zündspule (s. o.) nicht möglich. Die Durchbrüche erfolgen in sehr kurzen Abständen. Die Zündspulen abmessungen können, im Verhältnis zu der in der Funkenstrecke umgesetzten Energie, sehr klein gehalten werden. Durch die Ver meidung von langen Bogenstromphasen (die als Vorteile bekannter Systeme gelten) ergibt sich eine günstige Beeinflussung des Kerzen abbrandes.

Fig. 6 zeigt die Erweiterung der Fig. 5 zu einer verteilerlosen Zündung mit Doppelfunkenspulen für einen Vierzylindermotor. Die Verwendung von Doppelfunkenspulen ist bekannt. (Der Zündstrom fließt über zwei Kerzen, wobei eine Kerze als Vorfunkenstrecke wirkt.) Die Anschaltung der Zündspulen, entsprechend der Zündfolge kann z. B. mit zwei Triacs TC 1 und TC 2 erfolgen. Es können als bipolare Schalter auch antiparallele Thyristoren oder Transistoren verwendet werden. Dies gilt auch für die folgenden Beispiele.

Fig. 7 zeigt eine Anlage mit 5 Zündspulen für einen Fünfzylinder motor. Hier werden entsprechend der Zündfolge die Triacs TC 1 . . . TC 5 gezündet.

Mit den beschriebenen Schaltungsprinzipien kann erreicht werden, daß

- eine große, entflammungswirksame Energie in die Funkenstrecke eingebracht wird - wesentlich z. B. für Magermotoren
- sich die Zündspulenabmessungen drastisch verringern - dies ermöglicht z. B. verteilerlose Zündanlagen mit Zündspulen in Kerzennähe (Zündspule und Kerzenstecker können eine Einheit bilden
- sich die Kerzenstandzeit erhöht.

Es ist bekannt, die isolierte Hochspannungswicklung einer Zündspule über Hochspannungsdioden auf die Zündkerzen zu führen. Damit kann auch ein Vierzylindermotor mit einer Zündspule verteilerlos betrieben werden.

In Fig. 8 wurde Fig. 1 mit einem Polwendeschalter, z. B. bestehend aus den Transistoren T 1 . . . T 4 und einer "Dioden-Zündspule" ergänzt. Die Wirkungsweise ist aus der Durchlaß- bzw. der Sperrfunktion der Dioden D 5 . . . D 8 bei unterschiedlicher Polarität der Spannung an der Hochspannungswicklung ersichtlich. (Ebenso wie bei einer Doppelfunkenspule sind zwei Zündkerzen in Reihe geschaltet, d. h. eine Kerze wirkt als Vorfunkenstrecke, da sie bei fehlender Verdichtung durchschlägt.)

Fig. 9 ersetzt die Vollbrücke des Polwenders von Fig. 8 durch zwei Schalter, z. B. die Transistoren T 1 und T 2 und eine Zündspule mit Mittelanzapfung.

In Fig. 10 ist die Kombination von Fig. 4 mit einer "Dioden-Zündspule" gezeigt. Hier sind allerdings keine bipolaren Durchbrüche möglich. Die bipolare Beaufschlagung der Zündspule bewirkt alleine die Verteilung entsprechend der Zündfolge. Damit zünden bei einem Zylinder hinter einander die "positiven" Thyristoren TH 1, TH 3 . . . und beim nächsten Zylinder die "negativen" Thyristoren TH 2, TH 4 . . .

In Fig. 11 ist das Prinzip aus Fig. 5 mit einer "Dioden-Zündspule" dargestellt. TH 1 zündet bei einem Zylinder. Dann zündet TH 2 beim nächsten Zylinder. Dann wird wieder TH 1 gezündet usw. Es erfolgt hier aber pro Zündvorgang nur ein Durchbruch. Damit ist der Vor teil der bisherigen Schaltungen, mehrere Durchbrüche bei einem Zündvorgang zu erzielen, nicht mehr gegeben.

Ergänzend ist in Fig. 12 die Schaltung nach Fig. 1 zur verteilerlosen Anlage erweitert. Da nur unipolare Impulse erzeugt werden, genügen für die Anschaltung der Zündspulen auch unipolare Schalter, z. B. die Transistoren T 1 . . . T 4.

Claims

1. Kondensatorzündanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zündzeitpunkt die Zündspule mit mehreren Impulsen beauf schlagt wird damit mehrere Durchbrüche hintereinander erfolgen.

2. Anspruch nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagne tisierung der Zündspule überwacht wird und ein Folgeimpuls an der Zündspule erst nach ihrer ausreichender Entmagnetisierung anliegt.

3. Anspruch nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Folgeimpuls die umgekehrte Polarität des vorausgegangenen Impulses hat.

4. Anspruch nach 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unipolaren Schalter durch Thyristoren oder Transistoren gebildet werden können.

5. Anspruch nach 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Serie mit der Primärwicklung der Zündspule geschalteter Kondensator ab wechselnd geladen und entladen wird.

6. Anspruch nach 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung des Serienkondensators aus der Ladung eines Pufferkondensators stammt und mittels eines Schalters vorgenommen wird und die Entladung des Serienkondensators ebenfalls durch einen Schalter erfolgt.

7. Anspruch nach 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter durch Thyristoren oder Transistoren gebildet werden.

8. Anspruch nach 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zündspulen entsprechend der Zündfolge durch bipolare Schalter beaufschlagt werden.

9. Anspruch nach 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bipolaren Schalter Triacs, antiparallele Thyristoren oder Transistoren sind.

10. Anspruch nach 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Doppel funkenzündspulen verwendet werden.

11. Kondensatorzündanlagen nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zündspule mit Diodenausgängen verwendet wird.

12. Kondensatorzündung nach 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zündung eines Zylinders die Zündspule mit mehreren Folge impulsen gleicher Polarität beaufschlagt wird und für die Zündung des nächsten Zylinders die Beaufschlagung mit mehreren Impulsen entgegengesetzter Polarität erfolgt.

13. Kondensatorzündung nach 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zündspule mit Diodenausgängen verwendet wird.

14. Kondensatorzündung nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zündspulen entsprechend der Zündfolge mittels unipolarer Schalter beaufschlagt werden.

15. Kondensatorzündung nach 14, dadurch gekennzeichnet, daß die unipolaren Schalter durch Thyristoren oder Transistoren gebildet werden.